（安徽国祯环保节能科技股份有限公司 国祯环保设计研究院 安徽合肥 230088）
摘要：本文以某污水处理厂为例，主要介绍了供配电设计中的电力负荷计算优化和相关的节能控制方法，并对总体节能优化运行途径做了简单叙述。
关键词：污水处理厂；计算；节能控制
引言：
该污水厂的主要污水处理构筑物采用CASS工艺， 污水厂的大功率用电负荷主要为生化池的鼓风机及进水泵房的提升泵。供配电的设计，主要是以负荷计算作为依据来进行的，因此在进行电力负荷的相关计算时，应结合污水处理工艺特点进行合理优化。该污水厂设置CASS 池1座4格，设计规模为2万立方米/天。每格CASS 池每天循环运行6个周期，一个周期4小时，工艺运行过程包括：进水、曝气2小时，沉淀1小时；滗水1小时，依次循环。
鼓风机台数设置与负荷计算优化
根据工艺要求，每格CASS池设置1台额定功率为75kW鼓风机进行曝气，每格生化池的其他设备包括：预反应区每台功率为3.0千瓦的潜水搅拌器2台；选择区功率为1.5千瓦的潜水搅拌器1台；功率为3.0千瓦的污泥回流泵1 台；主反应区每台功率为1.5千瓦的旋转式滗水器2台；功率3.0千瓦的剩余污泥泵1台。 对于单体生化池设备而言，其最大负荷运行的方式为进水和曝气相结合的过程。
按照CASS工艺运行周期，可将4格CASS池的工艺运行过程错开，利用可编程控制器 PLC 编写程序控制，使其运行在不同的工艺过程，由此可能出现设备运行功率最大的工况为两格同时运行在进水+曝气的工艺状态，此时就可将鼓风机数量优化为设置2台，每台鼓风机负荷计算如下：（功率因数COSθ=0.87,效率η=94%）：
P30（有功功率）=75×2/0.94=160kW
Q30（无功功率）= P30tanθ=90kW；
S30（视在功率）= P30/0.87=183 kVA；
I30（计算电流）= S30/1.732×0.38=279A。
CASS 池的污水处理工艺，在进行优化考虑后，主要设备鼓风机同时运行台数为2台。经过与污水处理优化前的对比，优化率在50%左右，本项目少安装2台鼓风机，既节省了工程造价，又减小了全厂负荷计算的设备总容量，避免了对供电设备资源的浪费。
二、污水厂鼓风机控制的优化
由于鼓风机功率大，在运行过程中耗电量相对也较大。CASS 池运行过程中需要根据池中溶解氧浓度来调节供气量。若采用改变阀门的开度来控制气量，难免将造成电能的浪费；想要高效的利用电能来使鼓风机完成对生化池的曝气的控制工作，本工程采用变频控制，可以有效地完成上述工作。CASS的曝气量的大小依据的是水池内设置溶解氧检测仪的溶解氧的检测值的大小，根据溶解氧的浓度实时调节鼓风机电机运行频率，控制 CASS 池的曝气强度，既满足工艺对曝气量的需求，也最终达到了节能的目标。其控制原理：
溶解氧检测仪→ PLC→变频器→罗茨鼓风机
根据风机的压力—流量特性曲线，按照工艺要求的流量，采用变频调速控制是节电的有效方法。
风机风量和电机转速、功率有着极大的关系，从理论上讲，风机的流量与转速成正比，而风机的功率与流量的3次方成正比。不同的频率，风机的节能效果有所不同，经过研究比对，CASS池根据其对溶解氧的工艺需求，实时调整曝气量，采用通过变频调节鼓风机的运行频率，对于污水厂的节电是有一定的效果。
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三、进水泵房提升泵控制的优化
进水泵房设置提升泵3台，2用1备，单台功率37千瓦，由于是连续运行，其耗电量在整个污水厂中占了较大的比重，使提升泵的节能设计具有了相当的意义。提升泵可采用工频运行，也可采用变频运行。前者根据进水泵房水池高低液位实现高液位开泵，低液位停泵，采用软起动器控制，或者通过减小阀门开度以控制流量，或者造成CASS 池过负荷运行；后者则根据进水流量变频控制，变频运行既能够较为稳定的来实现水量的供给状况，满足工艺设计要求，也可有效的减少水泵的开启次数，保证进水泵房输送到后续生产构筑物内的流量保持在设定流量范围内，进而改善了CASS 生化池进水量的周期不固定的状况，也可以较为明显的改善污泥的培养等一些情况。例如白天的进水量多而夜晚少的现象，根据进水泵房的进水瞬时流量信号控制提升泵的运行频率，既达到了工艺处理的最佳状态，又可实现节能的效果。以下为控制原理：
电磁流量计→PLC→变频器→提升泵。
对于变频控制在提水泵中的合理应用可以有效的保证水泵的运行稳定，有效的减少了设备的运行电耗，实现了节能减排的效果。本工程提升泵2台采用软起控制工频运行，1台采用变频器控制变频运行；正常情况下，工频运行1台提升泵，根据进水流量变频运行1台提升泵，经过对提升泵采用软起与变频器控制的两种运行工况的电机参数比较得知，当1台变频和1台软起控制的提升泵同时运行时，提升泵房的运行功率大约减少了9千瓦，如果以年运行8000小时来进行计算，提升水泵每年节约的电能数目达到72000千瓦/小时，如果电价按0.55 元/千瓦/小时来计算的话，节约的电费达到3.96 万元，可见节能经济效果的显著。
四、总体节能优化运行途径
对于污水处理厂的全流程节能优化技术的实现途径而言，它的总体思路是建立在污水处理过程中各项资源和能量的合理配置上。通过污水处理厂的能量平衡分析，使得污水处理所消耗的能源能够通过过程控制在各个环节中不断减少，使得废水处理装置中处理污水的内能能够实现结合能量物质的目的，从而在污水流量变化特征的条件下，对污水内能的流向进行合理配置，以达到减少有机污染物在处理单元中使用作为电子受体的用氧量。城市污水处理厂优化运行节能的战略总体指导思想是：坚持以污水处理全流程节能优化为主要目标，以保证水的质量为前提条件，实现全局能源消耗的最优，适应当地共同控制的原则，从而以全厂区节能控制为主要手段，以多参数智能控制为基础，形成完整的城市污水处理全流程节能优化节能技术。
五、污泥处理单元的节能优化运行方式
目前，我国污泥处理单元主要还是以实现能源消耗为目标，以资源循环利用为辅助。节能措施主要包括：提高脱水机的进泥含固率，从而降低脱水机的的工作时间，提高工作效率，以减少药物剂量的投入量。虽然带式压滤机的运行功率显着低于离心脱水机，但在污水处理厂中，由于带式浓缩脱水一体机是在环境非常恶劣的实际情况下，对其进行维护工作存在着困难，所以很多大型污水处理厂仍然更倾向于选择离心脱水机。目前，新的污水处理厂基本配置了自动加药系统，根据进泥量的变化实时用药量的控制。虽然也有一些污水处理厂在进行各种药物组合投入，以减少药物剂量的研究，但由于这些改进方法需要添加不同的药品配药和给药系统，将增加设备投资，使加药系统更加复杂，因此，在实际工程中很少会应用。
结束语
本文主要以先进的CASS污水处理工艺为例，简单扼要阐明了实际工程中主要用电设备容量计算的优化，还有曝气系统以及提升泵的合理的控制，通过这些措施就可以在确保水质达标的情况下，减少对供电设备资源的占用，同时降低电耗，实现了污水处理厂节能的最终目标，并为其实现节能减排、运营优化奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]英莹,李博通.污水处理厂供配电系统设计[J].建筑电气,2010(05).
[2]熊伟,陈小宜.关于污水处理厂电气节能措施[J].科技传播,2013(02).
论文作者:童鹰
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/21
标签：污水处理论文; 节能论文; 功率论文; 鼓风机论文; 泵房论文; 工艺论文; 流量论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;