城市污水处理能耗能效研究论文

城市污水处理能耗能效研究论文（共7篇）

篇1：城市污水处理能耗能效研究论文

摘要：分析了中国城市污水处理存在的问题，研究了完善城市污水处理技术，以提倡节能处理，从根本上解决污水处理高能耗问题。

关键词：城市污水处理；能耗能效；节能处理技术；途径

引言

众所周知，城市污水处理作为保障城市稳定运转，保护城市生存环境的关键技术，其对于城市发展有着重要的作用。而随着人们的能源意识逐渐加强，城市污水处理的高耗能问题逐渐成为人们关注的焦点，现今，我们的城市污水处理技术在能源消耗上还存在着巨大的问题，如何通过节能的手段、技术和途径来降低污水处理能耗就成为了研究的重点。下文针对当前我国城市污水处理存在的问题进行研究，就一些节能技术和手段展开分析。

1当前中国城市污水处理存在的问题

1.1中国城市污水处理现状分析

所谓城市污水物理就是对城市生产生活废水进行处理，改变污水的性质，使其不会对环境水域产生危害而采取的措施。目前，我国的污水处理面临着水污染严重、污水治理起步较晚、基础差、要求高等形式。在传统的污水处理基础上进行了一系列的升级和创新，根据不同特性研制出了多种新型处理技术。尽管我国在全国661个城市中设有多个污水处理厂，但与国际上的行情相比较，我国城市污水处理效率低下，再加上污水处理厂建设滞后，污水处理设施和方案耗能较高，最终影响着城市污水处理的效果。而能源问题一直以来都是我国污水处理的焦点，因技术不成熟、工艺处理占不到优势，导致城市污水处理能源消耗高，以及致使污水处理成为高能耗的工程。根据相关调查显示，我国城市污水处理厂能耗主要对于污水、污泥的处理耗能就能[2]占到整个污水厂直接消耗能源的60%以上。

1.2当前城市污水处理存在的问题

另外，因我国对于耗能没有一个明确且清晰的界限和标准，在实际的污水处理过程中，缺乏对于污水处理厂能量需求的制定，这就使得污水处理厂的能量消耗测定更加有挑战性。再加上缺乏对污水处理设施和污水处理厂能耗的相应调查，在实际使用中的耗能[1]与间接消耗则无法反映出来。除此之外，因缺乏一个科学合理的标准对城市污水处理能耗进行评价，各地对于能耗的标准不一，采用的指标也不同，有的是根据污水处理量来制定，以一定数量的污水处理量电耗值作为指标，而有的却是以污染物的数量，以其所表示的能耗作为指标。因此，很多城市对于污水处理能耗的最终评价不一，再加上处理工艺与步骤复杂，最后使得能耗评价不能准确反映出实际处理消耗。

2城市污水处理节能途径

2.1完善能源使用审计与管理

需要特别注意的是，城市污水处理能耗分析研究与技能技术、手段的发展往往是不同步的，因污水处理能量平衡分析不成熟，尽管政府和相关部门制定了一系列的技能措施和实施措施，但技术和研究跟不上，使得污[3]水处理节能战略止步不前。因此，为推动城市污水节能处理战略的进一步落实，首先要做的就是完善能源使[4]用审计与管理，促进相关战略和措施落实。早在20世[5]纪70年代，WPCF所编制的污水处理厂运行手册中就曾提出过针对当时污水处理厂节能的基本方案，包括各单元过程的能量用量分析、节能措施制定等。后来，更有研究者针对特定的单元过程，将污水处理厂作为一个整体来考虑能源消耗要素，提出了减少能量费用的两种策略：节约和符合管理，这对于跟踪节能方案的实际效果和实现手段都有促进作用。

2.2提高能效技术手段

1）事实上，城市污水处理工艺能量密集过程和操[2]作主要集中的就是生物处理单元，尤其是曝气系统和污泥处理系统。通过对曝气设备进行改进来提高曝气系统的能效技术，随着设备的不断革新与改进，总体上可以分为两种。一方面，利用淹没式的多孔散头使其产生空气泡，通过空气泡的运动将氧气运送至溶液中。另一方面通过机械的胶东，是大气中的氧进入到溶液中。前者因输氧效率较高，因此可以节约很大一部分风量，从而减少能源损耗，目前被使用在很多国家的污水处理技术中。而后者通过改变曝气系统的运行方式以达到节能的效果，同时这种方式还能增加生物处理系统功能，在污泥处理中用淹没式搅拌器混合还能有效去除磷，保证系统运行稳定性。2）污泥处理系统对于污泥处理系统来说，要实现其高能效，最关键的就是进行能量回收。正如前面所说，在实际的城市污水处理中，污泥处理大约占到了总污水处理厂耗能的6成左右，而通过技术处理进行改革，至少可以消化四成左右。而最后还要对消化的气体进行存储，以转化为机械能活着电能，实现高效的循环再利用。另外，将固体的废弃物与污泥进行集中焚烧，也就是城市垃圾焚烧发电技术，将燃烧余热转化为电能，还能为污水处理厂提供一定的电量，最终[1]降低能耗。

2.3推广节能新工艺

当前城市污水处理技术的能耗较高，而随着人们意识的提升，选择合理的节能高效措施成为关注的解决城市污水高耗能问题的重要途径。综合国内外的相关研究得出，未来节能研究发展还将进一步深入，将会涉及到生物热力学、化工热力学以及能源工程学等多个领域。而更多节能新工艺的使用需要更多的资金投入和政策支持，相信在未来，绿色、低能耗的城市污水处理技术将广泛发展，为我们打造一个安全、舒[4]适的生存环境。

3结语

城市污水处理是一个长期性、涉及面广的工作，因其高耗能使其成为城市发展的一大阻碍因素。而通过完善能源使用审计与管理，提高能效技术手段，同时进一步推广节能新工艺，全面促进城市污水处理新工艺的运用，最终从根本上解决污水处理高能耗问题。

参考文献

[1]高旭,龙腾锐,郭劲松,等.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报(自然科学版),2002(6):143-148.[2]李红启.城市污水处理能耗能效研究进展[J].科技传播,2010(23):23.[3]刘娜娜.城镇污水处理厂能耗分析及节能措施研究[D].河北工程大学,2013.[4]王磊.深圳某污水处理厂节能试验及能效评价[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.[5]谢家峰.山西省典型污水处理厂能耗分析与节能措施研究[D].太原:太原理工大学,2013

篇2：城市污水处理能耗能效研究论文

城市给水处理厂能耗研究进展

综述了近年来有关给水处理厂的能耗及节能的研究现状.由于缺乏对城镇给水处理厂典型工艺中各单元能耗的`全面研究和相应的理论,造成分析方法和评价手段滞后于实际的应用和发展,因此化学、热力学及能源工程学等基础学科与给水处理厂各工艺的交叉和融合是必然趋势,这一趋势将促使给水处理厂能耗研究系统化,并推动节能工作的深入开展.

作 者：王圃 龙腾锐 陆柯 李肖 Wang Pu LONG Teng-rui Lu Ke Li Xiao  作者单位：王圃,龙腾锐,陆柯,Wang Pu,LONG Teng-rui,Lu Ke(重庆大学三峡库区生态环镜教育部重点实验室,重庆,400045)

李肖,Li Xiao(重庆市水务集团,重庆,401147)

刊 名：给水排水  ISTIC PKU英文刊名：WATER & WASTEWATER ENGINEERING 年，卷(期)： 31(1) 分类号： 关键词：给水处理厂   能耗   研究进展  

篇3：城市污水处理能耗能效研究论文

1 城市污水处理厂节能规划的紧要性

城市的命脉就是水。这几年来, 随着迅速进展的社会与接连推动的城市化, 相应增加的是城市污水排放量, 日趋出众的问题是缺水, 日益增大的是用水冲突。增产节约, 城市化过程中一般筛选的是加大中水的运用率。而实际状况是, “好女愁嫁”的尴尬是各地中水在现实运用进程中遇到的。而人们保持生活的一定元素就是环境。紧密相连的是资源与环境, 想要保护环境, 就要有节能, 生产工人算过一笔账:俭省一度电相等于俭省0.4 kg标准煤, 净水4 L, 碳粉尘降低0.272 kg, 二氧化碳0.03 kg, 二氧化硫0.997kg, 氮氧化物的0.015 kg排放。一直与能源的保障息息相通的是城市的可继续进展, 钱易院士比较早地建议了清洁出产、轮回经济与可继续进展的问题, 这里头重要提出了观点的问题, 此中在分别的地点提到了外国的可继续进展的污水治理形式, 可继续生物除磷脱氮工艺还得到了引见。

2 城市污水处理厂消耗的重要能源

现在, 以生物处理工艺为主的二级或三级处理是城市污水处理厂多数使用的处理工艺, 一般包含预处理、生化处理与污泥的处理处置三部分。电、燃料和药剂等方面的消耗是污水处理厂的能源消耗。在污水提升系统、二级生化处理的供氧系统与污泥处理系统三部分是城市污水处理厂中电耗发生的重要地方, 各自占工艺总电耗的25%、55%与13%。鼓风机、搅拌器与内外回流泵上是此中二级生化解决单元的能耗首要集合之地, 占二级处理单元电耗的7513%是鼓风机, 占总运行电耗的5181%, 是全厂极大的耗能解决单元, 因此在鼓风机的节能降耗上是二级解决单元和全厂的节能核心。所以, 和优秀的污水治理厂比拟自来水耗大, 加强了污水治理本钱, 同步水资源糟蹋了。

3 城市污水处理厂重要的节能降耗办法

3.1 管理节能降耗

城市污水治理厂所有安排进程的能耗状况经过解析, 明白分别解决单元对热能的需要, 明确和污水处理厂能耗紧密相关的掌控节点, 解析所有掌控步骤的节能降耗实力。边界界定、一致能耗审计与估算的目标要建设齐备明白, 建设考虑不一样的污水治理工艺、不一样工程范围等要求下的污水治理体系能耗评定目标, 报告各部分的能耗标准, 便于实行工艺间的横向对照, 建设污水处理厂不一样的单元能耗评定目标。

3.2 俭省药剂的办法

国内现有水治理药剂出产厂家220家, 品种100多个, 总产量近20×104t, 治理污水、污染物的浓度、酸碱值、本质、温度和杂质等因素, 这些是在选择絮凝剂的种类与用量时所要根据的依据而定的, 与此同时, 药剂的高效性、经济本钱和它运用时是不是会发生二次污染等这些都要思考进去, 想要获得最高效的收入就要图谋用最经济的价钱。俭省絮凝剂的办法主要有:运用脱水效果更高的、可以降解生物的、不会变成二次污染的天然高分子, 改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、多糖类与蛋白质等种类的衍生物等代替传统的聚丙烯酰胺絮凝剂;准确投加药剂, 防止不需要的挥霍:经过实验肯定高分子絮凝剂和混凝剂配制药液浓度、投加量, 让絮凝剂呈现最好的絮凝和混凝结果, 降低药剂的投加量;请求药液投加装备计量精准, 降低偏差。

3.3 俭省自来水耗的办法

跟着连续提高的社会, 越来越高的是大家对饮用水的质地、安稳与办事的请求。仍作为国有企业的有海内绝大多数给水企业, 所请求担当的社会负担愈来愈多。中水回用是俭省自来水耗的首要路线。中水回用系统是城市污水处理厂建设的, 使中水用于厂内污泥脱水的反冲洗用水、用水清洗车间、风机冷却水、用水绿化等, 自来水的耗费可以得到大波动的降低, 污水的能源化可以得到执行, 污水处理本钱得以下降。

4 节能进展动向

污水处理技术说到将来的发展动向时, 将来污水处理要向着强化脱氮除磷、增强污水返回利用和推动环保低排放目标进展。被称为一项概括性工作的是污水厂的节能低排放, 规划到工艺、装备和其它好多步骤。所以, 污水厂的节能技术要从工艺规划、装备选型、运行管理等步骤每个步骤开始, 四处建立节能认识, 连续开采探讨节能新工艺;能耗绩效的治理评定体系是污水厂要建立的, 在实验中概括节能经历, 同步模仿国外优秀治理经历, 污水处理厂的运行治理水平才能得到提升, 让污水处理技能从高能耗向低能、高效的目标进展。

5 结语

一项概括性工作就是污水厂的节能低排放, 牵涉到材料、工艺、装备、治理、电气、自动化掌控等好多步骤。节能降耗办法在污水处理厂执行, 同步增强治理, 能源可以俭省, 下降运营本钱, 从而推动污水解决企业的可继续进展。

参考文献

[1]王夙, 刘峻.污水处理厂能耗分析与节能技术研究进展[J].四川有色金属, 2011, (3) :59-64.

篇4：城市污水处理能耗能效研究论文

夏丽平

上海安科瑞电气股份有限公司

嘉定

201801 0 概述

建设智能用电及能效管理系统，实现对工矿企业用电及能源消耗状况的全面监测、分析和评估，通过对能源消耗过程信息化、可视化管理，优化企业生产工艺用能过程，科学、合理地制定企业能耗考核标准和考核体系，有效提升企业能源效率管理水平。

中国经济在持续高速增长的同时也伴随着能源紧张和环境恶化的巨大压力，而面对这一挑战的最有效、经济的办法是在高能耗企业建设能耗监测、管理、控制系统，通过技术创新提高能源使用效率，帮助企业实现节能增效、清洁生产的目标。

据国外统计资料：工业企业每年10%以上能源损耗源于没有能源监测及维护计划，每年12%的能源损耗源于没有能源管理及控制系统。欧美发达国家先进企业除了生产过程中广泛采用计算机监测、控制系统（DCS，SCADA）外，能源数据的在线监测、分析和优化系统占有重要的位置。通过现代计算机技术、网络通信技术和分布式控制技术，建立完善的能耗监测、管理体系，实现能源消耗动态过程的信息化、可视化、可控化，对企业生产过程中能源消耗的结构、过程及要素进行管理、控制和优化，提高能源使用效率。智能用电及能效管理系统简介

系统在线监测整个企业的生产能耗动态过程，收集生产过程中大量分散的用电、用水、用气等能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立企业能耗评估、管理体系，提高企业现有供能设备的效率，实现节能增效、高效生产。

系统为用户提供以下能耗数据和节能信息：①掌握企业耗能状况：能源消耗的数量与构成、分布与流向；②了解企业用能水平：能量利用损失情况、设备效率、能源利用率、综合能耗；③找出企业能耗问题：管理、设备、工艺操作中的能源浪费问题；④查清企业节能潜力：余能回收的数量、品种、参数、性质；⑤核算企业节能效果：技术改进、设备更新、工艺改革等的经济效益、节能量；⑥明确企业节能方向：工艺节能改造、产品节能改造、制定技改方案、措施等。系统功能

1）能源消耗过程的信息化、可视化

目前国内大多数企业是靠人工定时抄表的方式统计用电及能源消耗状况，这种方式存在数据滞后、时效性差、数据单一等问题，不能及时掌握各生产环节和重点能耗设备的实时能耗数据。能效管理信息系统在线监测整个企业（集团）的生产能耗动态信息，并将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相结合，现场运行管理人员可了解和掌握生产环节和重点设备的实时能耗状况、单位能耗数据、能耗变化趋势和实时运行参数等信息。

如图：某工厂的工艺流程

图1 水泥磨子系统生产流程单耗监测

2）能耗/能效信息统计、管理

系统自动生成的多种能耗信息统计图形、曲线和报表，如以日、周、月、年为周期的电、水、气、煤等能耗统计报表，报表类型分为全矿、车间、重要耗能设备三个层次，为用户提供能源消耗结构和能源消耗成本分析依据，评估节能措施的效果和关联影响。

系统提供综合能耗/能效统计报表，采用菜单或光按钮直接引导界面模式，图形界面包括企业宏观的能耗数据和相关信息，快捷、直观反映企业、生产车间、班组和重要生产环节实时和历史能耗/能效信息。

图2 企业综合能耗统计

3）历史能耗数据对比、分析

系统具有强大的历史能耗数据追溯和分析功能，企业能效管理及生产工艺分析人员可按不同需要灵活设置工作点参数，在不同时段下生成各种能耗数据报表与能耗曲线：如设备单耗、生产线和班组单耗等，用多种方法对主要能耗设备和生产线的能耗数据进行查询和追溯，并可对多种参量的变化趋势进行对比、分析，从而发现能源消耗结构和过程中存在的深层次问题，对企业能源消耗结构和方式的改进、优化提出方案和建议。

通过动态的单位产量能耗曲线和数据，可以直观地比较企业生产能耗与国际、国内标准的差距，从而对生产、管理、工艺及时进行指导和调整，使企业生产过程的单位能耗和能源效率保持在科学、合理水平。

图3 能耗参数对比、分析

4）电能质量及谐波监测、分析 电力电子技术在电气化铁路、电解工厂、电弧炉冶炼和电机变频调速等领域的广泛应用，在提高生产效率的同时也产生了大量的谐波污染电网，导致谐波和电能质量问题的发生。

用电及能效管理信息系统在线监测电能质量和谐波分量，通过谐波分量图和趋势图，使用户及时了解真实用电环境，避免谐波危害和电能质量问题的发生，同时降低供电系统谐波和无功损耗。通常购置谐波监测设备需要较大的投资，本系统能同时实现电能消耗状况以及谐波监测、分析的双重功能。

图4 供电网络中谐波分量图 系统架构及工作原理

系统主要由数据采集层、数据传输网络、能效管理系统软件三部分组成。

1）数据采集层：通过安装在能耗监测仪表箱（柜）中的带数字接口的智能电力仪表，实施对负荷用电量的实时监测。监测数据包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功无功电能、谐波、环境与开关状态、事件记录等用电参数。监测对象包括：电力需求侧中低压馈线回路、主要耗能机电设备、厂房（生活区）其他耗能设施。同时也可以对用水量、用气量、热量、投料量、产量等，通过电子式流量表、电子式热量表、电子皮带秤、地秤等现场智能数据采集，根据现场条件和系统应用的要求，采集的数据也可以取自用户的其他智能系统的数据接口。

2）数据传输网络：通过在能耗监测仪表箱（柜）中安装的能耗智能数据网关，实时采集能耗计量仪表的数据，并且通过TCP/IP网络传输到能耗监控中心。无需远距离布线，施工简单可靠。瑞申智能数据网关提供多种接入方式，目前支持RS-485/RS-232总线、光纤、工业以太网、433M无线、GSM/GPRS/CDMA网络传输等多种方式。

3）用电及能效管理系统软件：完成数据采集、校验、分析、处理、输出、系统维护、授权使用权限分级控制等；并可将现场运行的重要数据、报警信息、故障信息等传送到企业决策人员。

图5 用电及能效管理信息系统架构 计量及监控产品配置

电力仪表主要用于电网，特别是用户端低压的电参数测量、电能计量、故障诊断、电气控制、报警、保护等功能；电能表用于电网各个环节、用户与用户之间的电能结算，附带有电参数测量，无诊断、控制和保护等功能。

（1）高压回路或低压进线回路选ACR330ELH仪表

该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约。外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。适用于高压重要回路或低压进线柜。

（2）低压联络或出线回路选ACR220EL电力仪表

该表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。适用于低压联络柜、出线柜。

（3）动力柜、照明箱选ACR120EL电力仪表或导轨式电表

ACR120EL电力仪表主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。外形尺寸：开孔尺寸80×80mm，开孔尺寸72×72mm。适用于动力柜。

DTSD1352导轨式电表主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于动力柜。

DTSF1352导轨式电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于用于耗能设备进行计量。

照明箱DDSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：76×89×74mm，4模数。适用于照明箱的电流、电压测量；单相电能计量。技术特点

1）以设备为对象构建的内置实时关系数据库：这种结构化、对象化的实时数据库相比较传统的平面数据库，大大提高了数据检索和访问的速度及效率；

2）灵活的进程调度管理技术：进程调度管理功能可以把大量的数据采集和处理任务分布到不同的服务器上运行来实现负载均衡。支持在线组态，在不影响操作的情况下，允许全部或部分应用程序进行修改；

3）系统的集中管理和维护：有权限的用户，可以在EMIS系统中任意一台服务器或工作站上修改系统配置，在提交以后系统自动同步数据库的配置；

4）网络体系架构：基于先进的网络体系架构，支持多层次网络冗余及故障切换。增强的Web功能和Internet/Intranet浏览器技术，直接支持多文档；

5）支持多种通信协议：I/O通信冗余，直接读取现场数据采集设备存储的数据，同时具备良好的开放性和灵活性。支持RS-232/422/485、Ethernet、Can、LonWorks、MODBUS等多种通信协议和标准；网络通信采用标准的NetBIOS，支持IPX/SPX、TCP/IP等协议；

6）支持多种关系数据库：包括Oracle、SQL Server、dBASE等；实时数据库内置多种功能模块，可实现累计、统计、控制、线形化、PID控制、各种运算等功能。通过高效的压缩7

技术和海量的存储技术，可以处理10万点以上的数据；

7）丰富的图形开发工具以及优化设计的图库：新增更多的矢量子图，使工程画面制作更加丰富、灵活；提供面向对象编程方式，内置间接变量、对象变量、模板变量，方便构造强大的企业级运行系统；

8）开放性：全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX标准，提供OLE、COM、DCOM、动态链接库等多种接口，以便用户利用各种常用开发工具（如：VC++、VB等）进行深层的二次开发。应用案例

广达电脑成立于1988年，是目前全球第一大笔记本电脑研发设计制造公司。以领先群伦的技术与坚强优越的研发团队，屹立于高科技市场领导者地位；除了在笔记本电脑的领域中维持高成长、高品质与高评价之外，更将触角延伸到企业网路系统、家庭娱乐产品、行动通讯产品、车用电子产品以及数码家庭产品等市场，积极拓展产业整合布局。2006年荣登美国「财富杂志(Fortune)」评定为全球五百大企业。2011年广达电脑入住重庆，建成了一个拥有七栋大楼（每栋十层，每层35个房间），员工总人数以万计的重庆广达制造城。

上海安科瑞电气股份有限公司于2011年承接了重庆广达生活服务区一期能耗监测系统的设计与实施。系统采用Acrel-5000型能耗监测系统，实现了对生活服务区内用电量和用水量的在线监测（其中电力仪表2000只、水表5000只），方便了对该建筑群能耗的管理。

重庆广达生活服务区能耗监测系统采用网络分布式结构，整个系统包括该建筑群的七个子系统和中心监控室的一个总监控系统。冷/热水表数据和电表数据当地采集完成后集中传至中心监控室。分控中心和中心监控室之间用光纤网络进行通讯。每个子系统采用五台通讯管理机，其中三台通讯管理机采集楼内每户的冷/热水表数据，另外两台采集楼内电表的数据。

系统主要实现的监控功能：

1.界面开发设计成美观大方的图形，设备拓扑关系可自动生成并根据设备带电状态动态着色。

2.可查看各宿舍的当前电能值和当前冷/热用水量。

3.具备远程抄表功能，可查询到任意时刻某一回路的详细电参量。

4.具有用电量和用水量的报表查询功能，支持日报、月报和年报的查询及打印。5.具有Web访问功能，接入局域网的计算机可以打开IE浏览器浏览软件界面。结语

节能工作不仅是对某个设备和工艺的改造，而是对企业全系统用能过程的优化，采用能效管理信息系统可以对企业能源效率水平进行全面监测、分析和评估，找出生产过程中能耗问题根源所在，科学、合理地制定生产工艺流程、建设能耗考核标准和体系，有针对性地制定节能改造方案，是企业节能增效工作的基础和技术方向。

参考文献

[1]上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2011.10版.作者简介：

篇5：城市污水处理能耗能效研究论文

城市污水处理是高能耗行业之一。高能耗一方面造成了污水处理设施运营成本高, 致使一些中小型污水处理厂难以正常运行;另一方面, 也在一定程度上加剧了我国现阶段的能源危机。面对“十二五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右, 主要污染物排放总量减少10%的约束性指标, 城市污水处理行业须在保证出水稳定达标的前提下, 承担着相应的节能减排任务, 同时降低污水处理成本, 实现污水处理企业的可持续发展。而管理和运营好污水处理厂, 在保证污水处理量和污水达标排放的前提下, 优化运行管理方案, 节约能源使用, 降低处理成本是实现这一目标的根本手段[1]。

国内外对城市污水处理能耗的研究远远落后于对污水处理机理和应用的研究, 而分析污水处理厂主要的资源消耗, 确定处理过程节能的方向和环节是实现清洁生产和循环经济的关键课题, 但在我国尚无系统的研究。因此, 针对我国污水处理行业的具体状况, 在国内外研究成果和实践经验的基础上, 参考当前城市污水处理厂的运行情况, 分析污水处理厂消耗的主要资源, 在不改变原有污水处理工艺的基础上采取节能降耗措施, 对污水处理厂的运行进行优化管理, 使其在保证出水水质稳定达标的前提下减少污水处理厂的能耗及其他资源的消耗, 节约生产运行费用, 这也是保障污水处理厂正常运行的必要手段[2]。因此, 围绕着节能、降耗、减污、增效的清洁生产目标对污水处理厂节能降耗措施的研究十分必要。

2 城市污水处理厂消耗的主要资源

2.1 电耗

根据美国的用电统计, 城镇污水处理厂的总电耗约占美国总电力负荷的3%, 随着人口的增长和污染物去除标准的不断提高, 未来15年内用于污水处理的总用电量还将继续增加20%以上[3]。随着我国城镇污水处理事业的快速发展, 污水处理厂电耗占全国总电耗的比例也在逐年增加。目前我国城镇污水处理厂平均电耗为0.29kW·h/m3, 82%以上的污水处理厂电耗不低于0.440 kW·h/m3, 相当于发达国家20世纪初或更早期的水平, 因此, 仍存在很大节能潜力[4]。城市污水处理厂中电耗主要发生在污水提升系统、二级生化处理的供氧系统和污泥处理系统三部分, 分别占工艺总电耗的25%、55%和13%[5]。其中二级生化处理单元的能耗主要集中在鼓风机、搅拌器和内外回流泵上, 鼓风机占二级处理单元电耗的75.13%, 占总运行电耗的51.81%, 是全厂最大的耗能处理单元, 因而对于二级处理单元及全厂的节能重点应该在鼓风机的节能降耗上[6]。

2.2 药耗

城市污水处理厂使用的药剂主要为用于污泥脱水的絮凝剂, 目前, 通常使用聚丙烯酰胺 (PAM) 和聚合氯化铝 (PAC) 等人工合成的絮凝剂, 絮凝效果不理想, 通过调查平均处理每万吨污水需消耗约9kgPAM, 目前市场上的一般的PAM每吨在2.5~5万元之间, 大量的絮凝剂的消耗, 增加了污水处理成本。此外, 这些絮凝剂具有毒性而且难于生物降解, 当填埋后会再次进入环境可能造成二次污染。

2.3 新鲜水耗

目前, 部分污水处理厂尚未建立中水回用系统, 处理后的达标水直接排入纳污水体。污水处理厂厂内污泥脱水车间的反冲洗用水、配药用水、清洗车间用水、风机冷却水、绿化用水、办公用水均用自来水。因此, 和先进的污水处理厂相比自来水耗大, 增加了污水处理成本, 同时浪费了水资源。

3 城市污水处理厂主要的节能降耗途径

3.1 节约电能的途径

污水处理厂在保证出水达标的前提下要节省电能, 减少成本的支出, 可以从生产工艺着手, 重点是功率大的机电设备, 如污水提升泵、曝气机、污泥脱水机、污泥回流泵等。

3.1.1 污水提升泵

污水提升泵的节能应综合考虑整个提升系统, 具体有如下措施:正确科学地选择水泵, 使其在高效率下工作;合理利用地形, 通过减小污水的提升高度来降低水泵的扬程;变频调速技术的应用:通过变频器调整电机转速, 降低水泵提供的扬程使之与实际需要相符合, 降低排水单耗, 而且变频器还可以控制水泵运行台数, 从而节约大量的能源。变频器可设置节能功能, 也就是当变频调速使电动机在变频状态下运行时, 变频器可以随时搜索电动机最佳工作点, 使电动机在任何情况下, 电流最小, 功率因素和效率趋于最佳工况;削切叶轮:污水提升泵若采用离心式水泵, 则其流量、扬程、轴功率和泵轮直径近似有以下规律:流量与泵轮直径比的1次方成正比, 扬程与泵轮直径比的2次方成正比, 轴功率与泵轮直径比的3次方成正比。因此, 可以采用切削泵轮直径的方法 (因叶片的角度已无法改变) , 从而降低设计扬程, 使水泵工作在最优效率区而达到降低能耗的目的;适当增减提升泵运行台数, 对其进行变频调速控制, 以适应不同时间、季节的污水量波动, 有效降低提升泵能耗。定期对系统进行维护和检修, 可减少因渗漏、结垢、机械磨损等原因造成的效率降低, 保证提升泵的高效运行。此外, 还可以通过采用新型的节能泵, 合理调整设备参数, 提高泵的运行效率, 选择水泵的运行台数等途径实现节能。

3.1.2 曝气系统

曝气系统是整个污水处理工艺的核心, 且曝气过程是要消耗大量的电能, 曝气系统的节能是污水处理厂节能降耗的关键, 主要的节能措施有以下几点。

(1) 选择高效率的曝气设备和鼓风设备。鼓风曝气设备主要有微孔气泡、中气泡、大气泡和水力剪切等几种类型。其中, 微孔曝气具有气泡微小、比表面积大和氧转移效率高等特点, 通过提高氧的传质效率起到节能效果。

(2) 通过变频等技术提高鼓风机的运行效率, 使曝气设备一直能在较高的状态下稳定运行, 起到节能效果, 因此, 一般多采用离心式鼓风机并辅助变频控制[7] 。

(3) 曝气量的精确控制。目前绝大部分污水处理厂的曝气调节方式由人工调节曝气立管的阀门开度, 控制精度不高而目劳动强度较大, 而精确曝气流量控制系统是一套集成的智能控制系统, 为曝气系统提供自动化、精确化的曝气解决方案。精确曝气控制系统采用生物处理模型计算当前的曝气需要量, 并按照该气量进行精确控制, 曝气控制系统会连续检测曝气量, 及时检测系统中压力的微小变化, 控制系统及时进行调整。因此, 建立基于生物反应动力学的数学模型, 预测不同进水负荷条件下生物处理系统包括需气量在内的状态参数, 并通过对示范污水厂的历史运行数据或在线运行数据进行分析处理, 确定该污水处理厂生物处理过程的特征参数和补偿参数, 并采用仿真和试验的方法, 检验这些特征参数的有效性。最后, 在综合的环境因素 (温度、pH 值, MLSS) 条件下, 经试验确定示范污水厂的水平衡 (包含污水负荷) 、泥 (底物) 平衡、气 (曝气) 平衡过程的稳态值及其扰动特征[8] 。

(4) 根据溶解氧 (DO) 浓度调节曝气量。许多污水处理厂的生物反应池会曝气过度, 主要原因是缺乏自动调节系统、过度曝气直接导致了能耗的浪费, 并会使污泥的沉降性变差[9], 能耗随混合液DO浓度的增大而增大, 曝气池中的DO从2mg/L升高到5mg/ L, 所需要消耗的能量增加了近一倍[10]。最节能的方法是根据降解污水中有机物和硝化所需的最低需氧量进行供氧曝气, 并维持稳定的DO浓度。由于进水有机负荷的不稳定, 实际运行中, 一般下午和傍晚的需氧量要比夜间和早晨的需氧量大, 因此维持稳定DO浓度所需的鼓风量也要实时调整。

3.1.3 污泥脱水系统

污泥脱水系统主要是将含水率在98%以上的污泥进行减容、减量、稳定以及无害化的处理, 污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水和干化等过程[11]。目前国内常用的污泥脱水机有带式压滤机、半框压滤机、离心脱水机、螺旋压榨式脱水机, 这几种脱水机处理每吨污泥干固体 (DS) 所需的能耗分别约为5~20、15~40、30~60、3~15kW·h/t DS, 所需能耗有很大的差异, 因此在设备选择时应尽量选择脱水效率高且能耗较低的污泥脱水机。其次, 污泥脱水过程应尽量减少设备运作和缩短处理时间, 根据储泥池内泥量、污泥沉降性能确定脱水机器使用数量和脱水时间。

3.2 节约药剂的途径

污水处理厂降低絮凝剂的消耗也是节能降耗的重点。我国现有水处理药剂生产厂家230 家, 品种100多个, 总产量近20万t, 在选择絮凝剂是不仅要考虑其单价, 还应考虑药剂的高效性, 以使其减量化, 应用能最大限度的降低污泥的含水率并提高污泥的脱水性能的絮凝剂, 这样既可节省药剂用量又能提高混凝效果, 从而使污水处理厂的运行费用大幅降低[12]。

节约絮凝剂的途径主要有:使用脱水效率更高的、可以生物降解的、不会造成二次污染的天然高分子改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、多糖类和蛋白质等类别的衍生物等代替传统的聚丙烯酰胺絮凝剂;精确投加药剂, 避免不必要的浪费:通过试验确定高分子絮凝剂以及混凝剂配制药液浓度、投加量, 使絮凝剂发挥最佳的絮凝及混凝效果, 减少药剂的投加量;要求药液投加设备计量准确, 减少误差。

3.3 节约自来水耗的途径

中水回用是节约自来水耗的主要途径。城市污水处理厂建立中水回用系统, 使中水用于厂内污泥脱水的反冲洗用水、清洗车间用水、风机冷却水、绿化用水等, 由此大幅度的减少自来水的消耗, 实现污水的资源化, 降低污水处理成本。

3.4 建立完善的管理机制

通过加强管理节能降耗的措施主要有:通过对污水处理各个工段的能耗进行分析, 明确不同处理单元的能量需求, 挖掘各控制环节的节能降耗潜力, 提高能耗管理水平, 精确控制城市污水处理厂的运行;加强对设备设施及药剂的管理:建立岗位责任制, 设备设施责任制, 定期分析设备设施的运行情况, 使其达到经济运行的效果。加强对药剂的贮存管理, 严防雨淋、暴晒, 避免对药剂的浪费;建立激励机制:制定科学的考核、控制指标和激励制度, 全体员工积极参与, 职责明细, 奖罚分明, 使员工自觉培养节能降耗的习惯, 实现企业与个人的双赢。

4 废弃物的资源化

4.1 能源的利用

污泥厌氧消化池所产生的沼气能完全燃烧, 而且保存运输比较方便, 是一种清洁燃料, 国内的北京高碑店污水厂和天津市纪庄子污水厂的污泥厌氧消化处理系统产生的沼气就是用于沼气搅拌和发电, 沼气发动机的热水作为消化污泥加热的热源。沼气发电在美国、德国、日本等国家也得到了极大的利用, 它实现了污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的统一, 是一种优良的节能技术[13]。

4.2 污泥的综合利用

在城市污水处理过程中会产生大量的剩余污泥, 为防止环境受到二次污染, 必须科学考虑污泥的处理和处置问题。目前常用的污泥处置方法有填埋、农用、焚烧、制造建材等, 但是污泥填埋没有真正解决污泥问题, 污泥没有被利用, 还可能造成二次污染, 不能算是资源化利用的方式。为此, 许多研究者尝试把污泥直接用于建材, 或利用污泥焚烧后的残渣制造建材。

5 结语

篇6：城市污水处理能耗能效研究论文

随着建筑节能技术的发展, 大量实用的节能技术被广泛应用到民用建筑中, 也对现行的民用建筑能效测评方法提出了更高的要求。中华人民共和国住房和城乡建设部于2012年11月1日发布了JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准, 该标准定义了建筑能效测评应包括与建筑物相关的整个供暖空调系统, 对设有集中供热空调系统的建筑而言, 应包括室外管网及集中冷热源设备。建筑能效测评应尽可能利用已有文件资料及测试报告, 避免重复检测, 同时注重建筑能耗理论计算与实际效果的结合。

在JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中详细介绍了建筑能效测评中对于空调设备能耗的详细计算方法。然而, 在实际运用中, 该标准未给出某些关键性参数的取值或计算方法, 如:比对建筑和标识建筑在部分负荷区间内运行时的累计冷负荷值、机组和水泵在不同负荷下的运行时间等。因此, 本文将结合该标准中规定的计算方法, 通过具体案例分析, 提出更具操作性及简化的计算方法。

1 研究目的

在选用空调冷水机组时, 通常仅考虑冷水机组满负荷运行情况, 而在实际使用时, 因空调负荷逐时变化, 冷水机组通常处于部分负荷运行工况。图1为上海某宾馆冷水机组在整个夏季的运行工况, 从图1中看出该宾馆冷水机组较长时间在低于60%部分负荷下运行。因此如需对冷水机组能耗进行较为精确的计算分析, 就必须对其在部分负荷下运行时的能耗进行分析。

本文将从比对建筑和标识建筑这两方面对空调设备计算方法进行研究分析, 为实际能效标识工作提供借鉴。研究内容包括:能效测评比对建筑和标识建筑单位建筑面积全年空调冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵能耗计算。

2 研究方法

采用JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中规定的关于比对建筑和标识建筑空调冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵能耗计算方法逐项进行计算, 辅以“空调负荷模拟计算软件”, 对该计算方法中需明确但标准中未进行详细说明的参数提出观点, 结合实际案例加以验证。

3 比对建筑空调设备能耗计算

以下仅研究比对建筑空调冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵这三部分的设备能耗。

3.1 比对建筑单位建筑面积全年空调冷水机组能耗

根据JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中式B.0.2-1的定义, 在计算比对建筑全年空调冷水机组能耗时, 对于0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个负荷区间内的机组性能系数 (COPa~d) 的取值由JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中的表B.0.4直接给定。

因此, 比对建筑单位建筑面积全年空调冷水机组能耗的计算重点就在于对四个负荷率区间段内的累计冷负荷 (Q0c, a~d) 进行计算。而JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准中未给出相应的取值或计算方法, 本文提出通过以下方法计算得到累计冷负荷。

3.1.1 逐时冷负荷率计算

比对建筑仅作为相对节能率计算中满足国家现行节能设计标准的假想建筑, 并非实际存在, 因此其采用的冷水机组装机容量需根据现行国家标准GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范中第7.2.10条, 以及第8.2.2条进行确定。

在比对建筑冷负荷率的计算中, 提出以逐时冷负荷的综合最大值 (即峰值冷负荷) 代入计算:

其中, εn为比对建筑逐时冷负荷率;Qn为比对建筑逐时冷负荷;qmax为比对建筑峰值冷负荷。

3.1.2 累计冷负荷计算

为了确定比对建筑在0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个区间段内的累计冷负荷, 以负荷计算得到的峰值冷负荷的25%, 50%, 75%作为三个分界点加以分类, 根据式 (1) 计算得到全年8 760 h的逐时冷负荷率, 利用计算机统计计算, 将四个冷负荷率区间段内对应的逐时冷负荷进行归类, 由此可得上述四个区间内的累计冷负荷及对应的运行时间。

3.2 比对建筑单位建筑面积全年冷冻水循环泵能耗、单位建筑面积全年冷却水循环泵能耗

根据JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中式B.0.3-3和B.0.3-4, 计算比对建筑单位建筑面积全年冷冻水及冷却水循环水泵能耗。其中, 比对建筑的水泵台数应与标识建筑相同。

下面将针对如何确定不同负荷下水泵开启的台数及运行时间提出以下观点。

3.2.1 不同负荷下水泵开启台数的确定

本文仅对定频水泵进行研究, 为了确保冷水机组在设计供回水温度的条件下运行, 水流量需根据系统冷负荷的变化而变化, 因此可认为水泵开启的台数应与系统冷负荷的变化程度相适应。

3.2.2 不同负荷下水泵运行时间的确定

水泵在不同负荷下的运行时间与在进行比对建筑单位建筑面积全年空调冷水机组能耗计算时, 所得到的四个不同负荷率区间段的机组运行时间相对应。

由此, 可以通过全年逐时负荷计算来确定水泵在系统不同负荷下所需要开启的台数及运行时间。

4 标识建筑空调设备能耗计算

以下仅研究标识建筑空调冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵这三部分的设备能耗。

标识建筑单位建筑面积全年供冷耗电量。根据JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录A中式A.1.2-4的定义, 标识建筑单位建筑面积全年供冷耗电量的计算方法, 仍需要进行全年逐时冷负荷计算, 而与比对建筑不同的是, 由于标识建筑为实际测评建筑, 因此其围护结构构造作法及建筑物内部采用的设备情况均已知。

1) 逐时冷负荷率计算。由于标识建筑在测评阶段冷热源已确定, 可直接获得冷水机组的装机容量、机组类型、额定输入功率等信息。因此, 与比对建筑不同的是, 在进行标识建筑的逐时冷负荷率计算时, 以实际采用的冷水机组最大制冷量代入计算:

其中, ε'n为标识建筑逐时冷负荷率;Q'n为标识建筑逐时冷负荷;qmax为标识建筑冷水机组最大制冷量。

2) 累计冷负荷计算。采用与比对建筑相同的方法来确定标识建筑在0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个区间段内的累计冷负荷。

对于0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个负荷区间内的机组制冷量Qjz, a~d与机组耗电量Wjz, a~d, 均可由厂家提供的设备参数表中得到;对于0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个负荷区间内的水泵耗电量Wb, a~d均以定频泵进行计算, 开启台数与运行时间的确定方法均可以参照3.2.2中所提及的方法进行。

3) 部分负荷机组性能系数简化计算。建筑空调系统能耗包括输配系统能耗, 且冷水机组的耗电量分为0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个负荷区间段进行计算, 对于配置复杂的输配系统形式以及冷水机组资料不全的情况下开展能效测评计算具有一定难度, 为提高可操作性, 本文提出以下简化计算方法:

对于同种类型的冷水机组, 我们认为其在不同负荷运行时的性能系数的比值相等。在能效测评阶段, 对于标识建筑, 可在冷水机组的铭牌上得到其满负荷运行工况点下的制冷量与输入功率, 从而得到标识建筑冷水机组满负荷运行工况点下的COP值, 通过下式计算得到其余负荷工况点所对应的COP:

其中, COP'100%为标识建筑冷水机组在满负荷运行时的COP;COP100%为JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中表B.0.4中定义的比对建筑冷水机组在满负荷运行时的COP;COP'φ为标识建筑冷水机组在部分负荷运行时的COP;COPφ为JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准附录B中表B.0.4中定义的比对建筑冷水机组在部分负荷运行时的COP。

5 典型案例分析

根据上述提出的设备能耗计算方法, 现对一标识建筑进行详细案例分析。

某办公楼建筑位于上海市徐汇区, 总建筑面积为22 006 m2, 是一栋地下1层、地上15层的钢筋混凝土框架剪力墙结构建筑, 地下建筑面积为1 923.72 m2, 地上建筑面积为20 082.28 m2, 建筑高度为57.05 m。

建筑围护结构保温形式如下:

外墙采用60 mm厚无机保温砂浆保温体系, 传热系数为0.87 W/ (m2·K) ;屋面采用60 mm厚岩棉板, 传热系数为0.48 W/ (m2·K) ;外窗采用断热铝合金低辐射中空玻璃窗 (6+12A+6遮阳型) , 传热系数2.60 W/ (m2·K) , 玻璃遮阳系数0.51, 气密性为6级, 水密性为4级, 可见光透射比0.55。

空调系统冷源采用螺杆式冷水机组, 配备有3台冷冻水循环泵和3台冷却水循环泵, 设备性能参数如表1, 表2所示。

5.1 累计冷负荷计算

首先对本建筑进行全年8 760 h逐时冷负荷计算, 根据式 (2) 计算得到全年8 760 h的逐时冷负荷率, 式中qmax为2台螺杆式冷水机组的最大制冷量之和930.2 k W。

利用计算机统计计算, 将本建筑在0%~25%, 25%~50%, 50%~75%, 75%~100%四个冷负荷区间段内对应的逐时冷负荷进行归类, 得到上述四个区间内的累计冷负荷及对应的运行时间, 见表3。

5.2 冷水机组部分负荷工况性能系数

根据式 (3) , 计算得到冷水机组在部分负荷运行时的COP, 见表4。

5.3 冷水机组耗电量

根据表2和表4的计算结果, 得到本建筑冷水机组在四个负荷运行时的耗电量, 见表5。

将上述四个负荷区间所对应的冷水机组耗电量相加, 可得冷水机组全年总耗电量为354 015.44 k Wh。

5.4 水泵耗电量

根据3.2中的方法, 结合表3中的计算结果, 可得水泵随负荷变化时, 其运行时间及对应的开启台数 (见表6) 。

由于冷冻水泵及冷却水泵均为定频泵, 因此根据表6可得水泵运行耗电量计算结果, 见表7。

将上述四个负荷区间所对应的冷冻水泵耗电量相加, 可得冷冻水泵全年总耗电量为138 180 k Wh。

同样地, 可得冷却水泵全年总耗电量为138 180 k Wh。

因此, 输配系统全年总耗电量为276 360 k Wh。

根据4中的计算结果, 可得空调系统全年设备能耗为630 375.44 k Wh。其中冷水机组全年耗电量为354 015.44 k Wh, 输配系统全年耗电量为276 360 k Wh。

6 结语

在实际能效测评工作中, 采用JGJ/T 288—2012建筑能效标识技术标准中规定的空调设备全年能耗计算方法, 需要先进行全年空调逐时负荷模拟计算, 并引入“逐时负荷率”参数, 从而确定空调冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵在不同负荷区间段内的运行时间和运行台数, 最终计算得到全年空调设备能耗值。

另外, 本文还就实际工作中对于配置复杂的输配系统形式, 以及冷水机组资料不全的情况下开展能效测评计算提出了相应的简化计算方法, 提高了可操作性, 为实际能效测评工作提供一定的参考。

摘要：通过比对建筑空调冷水机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵这三部分的设备能耗, 针对性地对其进行了全年能耗的计算, 并进行了分析研究, 给出了较为详细的计算方法, 为实际能效测评工作提供一定的参考。

关键词：建筑能效测评标识,空调系统,能耗计算方法

参考文献

篇7：城市污水处理能耗能效研究论文

关键词：污水处理厂,能耗,节能,能源及污泥综合利用

目前,国内外对污水处理能耗以及运行优化研究相对有限,滞后于水质特性相关的机理和应用研究。Owen W F[1]以直接能耗和间接能耗的概念,阐述和比较了各种污水处理与污泥处理工艺。Karlsson 提出了潜在耗氧势概念,研究了氮磷排放导致藻类生长在环境中分解所需耗氧的二级需氧要求。国内的羊寿生对我国典型一级、二级污水处理厂各单元进行过能耗估算,给出了估算值[2],但未揭示各部分能耗的影响因素,也未根据各部分能耗的特点给出估算值和未揭示不同单元的能耗特点,不利于进行进一步节能潜力和节能途径的分析研究,不便作为能耗管理的依据。在此基础上,许多研究者做了进一步研究[3,4]。

污水处理厂的能耗包括电耗与热耗,其电能的主要来源为外部电网,热能消耗主要用于污泥加热及厂区供热。污水厂热能来源为外部供热管网、厂内利用外来燃料或厂内沼气产生的热量。

1 污水处理厂的一般工艺流程及耗能设备

目前,城市污水处理厂均采用以生物处理工艺为主体的二级或二级以上处理工艺。该工艺是指将二级出水再通过絮凝、过滤方法进一步去除水中的悬浮物和少量有机物,使其达到回用目的,工艺流程见图1。

污水处理厂的耗能设备有:粗细格栅、污水提升泵、曝气沉砂池吸砂泵、初沉池刮泥机、二沉池刮吸泥机、浓缩池刮泥机、鼓风设备、回流泵、加药设备的搅拌机、消化池的污泥加热设备、污泥泵、脱水和照明设备。其中,主要的耗能设备是污水提升泵、回流泵、鼓风机和污泥加热设备。

2 主要设备的能耗

在污水处理厂中,由于处理工艺的差别,非主要设备不尽相同,其能耗相对较小,因此不进行详细计算,通常非主要设备的耗能量不会大于污水厂总耗能量的30%[5]。

2.1 污水提升泵和回流泵的耗能

污水提升泵是污水处理厂预处理段的主要耗能设备,它与回流泵(包括混合液内回流泵和污泥外回流泵)一样,与要求的提升高度有密切关系,其耗能量估算公式为[3]:

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式中,N为配用电机功率(kW);r为污水比重,取9.8×103N/m3;Q为污水流量(m3/s);h为污水提升高度(m);η1为水泵效率,取0.65—0.85;η2为电极效率,取0.95。在污水处理厂的设计中,污水提升泵是按最大流量进行配置的,而回流泵则是根据污水平均流量与设计回流比配置的。

2.2 鼓风机的耗能

鼓风机是污水处理厂中耗能最大的设备,主要是为曝气沉砂池和生化池提供所需的空气。城市污水处理厂常用的鼓风机主要为离心鼓风机和罗茨风机。离心鼓风机与离心泵的工作原理相似,噪音小,风量、风压可调,但效率低,一般用在生化池的供气上;罗茨风机的噪音大、效率高,但风量、风压不可调,一般用在曝气沉砂池的供气上。鼓风机的能耗与供气量和出口风压有关,一般根据供气量和出口风压选定设备能耗。在曝气沉砂池中,鼓风机的供气量与水量有关,出口风压则与有效水深和管路损失有关。在生化池中,鼓风机的供气量不但与水量有关,而且还与有机污染物去除量、风压与有效水深和管路损失有关。

2.3 污泥消化池的能耗

污泥消化池的能耗表现为新鲜污泥的加热、消化池壳体的散热和管道部分的散热,其计算过程为[6]:

新鲜污泥的加热量:Q1=VC(T1-T0) (2)

式中,Q1为新鲜污泥加热量(kJ/h);V为新鲜污泥体积(m3/h);T1为消化温度,取35℃;T0为新鲜污泥温度(℃);C为污泥比热,取4.18×103kJ/(m3·℃)。

壳体的散热量:Q2=Fk(T1-T2) (3)

式中,Q2为壳体散热量(kJ/h);F为壳体总面积(m2);k为传热系数(kJ/(m2·℃)),一般为1.67—2.51;T2为环境温度(℃)。

管道散热量:输泥管道的散热计算是比较复杂的,且散热较小,故管道的散热量可用Q1、Q2之和的10%计入,即Q3=0.1(Q1+Q2)。污泥消化池的总能耗即为上述三项之和。依据德国的污水处理厂运行情况统计[7],用于污水生物处理过程的电耗约占全厂用电的70%、污泥处理电耗占20%、其他用电占10%。国内部分污水处理厂设计的能耗见表1(未考虑污泥消化的能耗)。由表1可见,污水提升和鼓风供气的电耗占污水处理厂污水处理耗电量的60%以上。

注:括号内为能耗所占的比例。

3 污水处理厂的节能

3.1 污水提升的节能措施

污水提升泵站是污水处理厂的能耗大户之一,占污水处理电耗15%以上。因此,泵站的节能对降低污水厂的能耗具有重要意义。提升泵的节能首先应从设计入手进行节能设计,对已投产的污水厂仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。

精确计算水头损失,合理确定泵扬程:从(1)式可见,当r、Q一定时,N与h呈正比,因此降低泵扬程的节能效果显著。目前在进行污水厂设计时,水头损失估算普遍偏高,导致泵扬程计算值偏高。降低泵扬程可采取以下措施:①总体平面布置要紧凑,连接管路要短而直,尽量减少水头损失。②改非淹没堰为淹没堰[8],落差可由35—40cm减少到10cm。

水泵梯级搭配:目前污水处理厂水量往往随时间、季节波动,并在污水处理厂运行初期水量也会与设计水量有较大的差距。在这种情况下,污水处理厂运行初期可按污水提升泵的大小进行泵梯级搭配,这样就可保证泵站集水池中的水位长期稳定在高水位上,从而使水泵的工作扬程减小,最终达到节能目的。

3.2 曝气系统的节能

选择高效率的曝气设备和鼓风设备:鼓风曝气设备主要有微孔气泡、中气泡、大气泡和水力剪切等几种类型。其中,微孔曝气具有气泡微小、比表面积大和氧转移效率高等特点,通过提高氧的传质效率起到节能效果。如绵阳塔子坝污水处理厂、长沙第一污水处理厂、成都三瓦窑污水处理厂等污水处理厂均采用微孔曝气器进行曝气。鼓风设备是活性污泥法生物处理的主要动力设备,因此选择高效的鼓风机也是污水处理厂节能的一个重要环节。通过变频等技术手段提高鼓风机的运行效率,使曝气设备一直能在较高的状态下稳定运行,起到节能效果。目前,一般多采用离心式鼓风机并辅助变频控制。因为离心鼓风机不但效率高,而且还可根据水质、水量的变化调节风量,避免能量损失。

曝气器的合理布置:活性污泥法的曝气器应根据生化池内的微生物反应规律布置,使供气量在曝气池的各段内与该段微生物反应的需氧量相适应。如采用传统活性污泥法就应布置成渐减曝气的形式;否则,就会出现前段供氧不足,后段供氧过剩的现象,既不节能又影响处理效果。采用阶梯式曝气方式可使池内形成局部混合,提高充氧效率。此外,布满曝气池底部的微孔曝气系统比传统曝气方式的传氧效率有很大提高。

根据生物曝气池对氧的实际需要自动调节供气量:污水处理厂的进水水质和水量是变化的,需要调节控制曝气量,以适应其变化。由于曝气的目的是保证曝气池中有一定的溶氧浓度,因此可根据曝气池中的溶氧浓度调节曝气量。实践证明,根据溶氧浓度调节曝气量可节省空气量10%[9]。溶氧控制方式主要有:①直接控制。在完全混合式曝气池中的任何一点设置溶氧仪,按设计的溶氧浓度(0.5—2.0mg/L)调节曝气量。这种方式不适用于推流式曝气池。②气水比控制。根据污水量的变化按固定的气水比调节供气量,使溶氧浓度维持在一定的范围内。由于这种方式的气水比是固定的,所以对水质和水温的变化适应性较差,处理效果不稳定。但这种方式简单、易操作,而且投资较少。③溶氧多点控制。推流式曝气池可认为是一系列串联的、独立的池子,在每个单独的池子中按混合液的需氧量各不相同,因此采用上述单点溶氧控制不是最佳的方法。最好的方法是将曝气池分为几个控制区,在每个控制区均设置溶氧监测仪,实现溶氧多点控制,按各控制区所需的溶氧浓度控制鼓风机的运行,以达到按需供气的目的,最终达到节能和保证出水水质的双重效果,溶氧多点控制具有较好的节能效果。

3.3 污泥消化池的节能

目前多数污水处理厂对污泥的处理采用浓缩减容并外运至垃圾填埋厂填埋的处理方式,但污泥消化的深度无害化处理是必然的趋势。污泥消化的能耗主要包括对污泥加热并保持其消化温度为35℃所消耗的能量。其节能主要可考虑:①选择效率高、能耗低的加热设备。②对污泥消化壳体和污泥输送管道系统采取保温措施,尽量减少热量散失。

4 污水处理厂能量及资源回收再利用

污水处理厂拥有的能量主要为污染物所含的潜能,如按我国目前的污水水质标准折算相当于COD约21.9kg/(cap·a) ,将其转化为能量则相当于87.5kW·h/(cap·a)[7]。由此可见,污水中蕴含的能量是极其丰富的,有必要对其进行回收再利用。污水中有机污染物所含潜能的工程利用主要是通过对所产沼气的利用来实现。沼气是污泥厌氧消化时产生的消化气,主要成分是甲烷气体,约占60%,其燃烧热值约为(2.10—2.52)×104kJ/m3[10]。将沼气用于发电可回收大量电能,同时还可利用沼气发电机的冷却水和废气的热量给消化池加温或生产热水。一般大中型城市污水二级处理厂的沼气发电量可补偿全厂用电量的30%。由此可见,沼气发电对降低污水处理厂的动力费用具有重要意义。

4.1 沼气燃烧利用

许多污水厂利用污泥消化所产生的沼气烧锅炉为污泥消化池加热或为污水厂生活提供炊事、采暖、洗浴的热源。这种沼气利用方式系统组成简单,应用工艺成熟,沼气的能量利用率高(约为70%—90%,因设备不同而异),运行管理及维修和维护方便。

4.2 沼气发电利用

沼气发电机发电:沼气可作为往复式发动机和汽轮机的主要燃料来源,以发动机的动力来驱动发电机发电,将沼气的化学能转变为电能。如高碑店污水处理厂在二期工程中将污泥消化产生的沼气用于发电,共设置了3台沼气发电机,其总发电量2000kW,所发电量并入市政公用电网。沼气发电系统在运行中产生的大量余热可作为加热污泥的热源,这将节约大量热能,达到节省能降耗的目的。图2为沼气回收发电的能源利用流程图。

沼气燃料电池:燃料电池是一种清洁、高效、噪音低的发电装置,近年来日本和欧美国家包括国内许多学者都做了大量研究[11,12,13]。沼气燃料电池是将沼气化学能转换为电能的一种装置,它所用的“燃料”并不燃烧,而是直接产生电能。沼气燃料电池系统一般由3个单元组成:燃料处理单元、发电单元和电流转换单元。与热机效率不同,燃料电池能量转换的效率不受内燃机因素的限制,其值等于电池反应的吉布斯焓变ΔG与燃烧反应热ΔH之比,可达90%左右。若考虑电动机、传动系统的效率,系统的发电效率可达40%—60%,有废热回收系统的总能量利用率可达70%—90%。

污水处理微生物燃料电池:微生物燃料电池是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置,它可将废水中的有机污染物转变成电能,并同时处理废水[14]。燃料在微生物的催化作用下在阳极室中被氧化产生的电子通过位于细胞外膜的电子载体传递到阳极,再经过外电路到达阴极,质子通过交换膜或直接通过电解质达到阴极,氧化剂在阴极室与质子和电子反应生成水,从而实现蓄电放电过程。微生物燃料电池是燃料电池中特殊的一类,它利用生物催化剂将化学能转变为电能。微生物燃料电池的发展潜力很大,目前输出功率比较低,运行成本较高。若能降低成本,势必为废水处理节省大量的投资及成本。随着生物电化学、修饰电极及燃料电池的深入研究,必将推动从废水中回收能源的微生物燃料电池技术发展。

污泥的资源回收利用技术: 每年我国城市污水处理厂产生的污泥量都在以10%的速度增加,对污泥的处理处置费用也是污水处理厂正常运行的一大开支。传统的污泥处理方法是填埋法,一方面占用大量土地,另一方面渗滤液、臭气等易产生二次污染。无论从环境效益和经济成本来讲,该方法都不是首选方法。在诸多污泥综合处理及资源利用方法中,生物堆肥和焚烧后的污泥资源利用是研究得比较多的方法,也是相对“绿色”的方法。堆肥是可资源化利用的处理方法。污泥中含有丰富的有机物和一定量的纤维素、木质素以及N、P、K等营养元素和植物生长必需的各种微量元素Ca 、Mg、Zn、Cu、Fe 等,若能进行适当加工处理、综合利用,可实现污泥的资源化,充分发挥消除污染、保护环境的作用。利用纸浆污泥和烟草废料的联合堆肥处理研究表明,不同菌株的协同作用加快了处理速度,降低了物料含水量,提高其过程效率。发酵后得到的有机物可作为无公害生产用肥的原料[15] 。生物堆肥处理的成本相对较低,有利于推广,是污泥实现稳定化、无害化、资源化、减量化的重要方法。

焚烧对污泥减容减量化程度很高,可彻底解决污泥的污染问题,然而设备投资大、运行费用高、能耗高、可产生一些气态污染物等缺点限制了其推广应用。国外学多学者对焚烧后的污泥做了大量研究,在碱性条件下用水热处理焚烧后的污泥可制备沸石分子筛,如A型沸石。分子筛广泛用于石油、化工领域,也常用作吸附分离及催化剂的载体,这在很大程度上提高了污水处理厂污泥的资源回收利用价值。污水处理厂的污泥含有大量的有机物,其含碳量相对较高,一些学者利用低温低压水热碳化方法增加污泥的含碳量和热值用于燃料和发电[16]。该技术在德国、日本已经有相关专利和文献报道,离大规模工业化还有待观察,但为污泥的资源化利用提供了新的途径和思路。

5 结论