全康環(huán)保:構建節能粗評估方法，在眾多運行的污水處理廠(chǎng)中找到節能空間較大的，集中力量和資源減低其電費成本，通過(guò)逐漸降低有節能空間的污水處理廠(chǎng)電費。構建的節能粗評估方法主要針對進(jìn)水提升單元和生物處理單元，從運行調控和設備配置兩方面進(jìn)行計算，考慮了運行水位、污泥濃度、設備效率等影響因素，通過(guò)計算優(yōu)化條件下的功率與實(shí)際功率之間的差值，找到節能空間較大的污水處理廠(chǎng)。為驗證該方法有效，從100多座污水處理廠(chǎng)中篩選出4座采用該方法進(jìn)行計算，結果顯示B廠(chǎng)的節能空間最大，對B廠(chǎng)進(jìn)行詳細分析后，通過(guò)調整水泵運行水位、優(yōu)化排泥等方法將該廠(chǎng)的電耗降低了15%，證明了構建的節能粗評估方法的有效性。

前言

隨著(zhù)城鎮水務(wù)市場(chǎng)化發(fā)展，集中運行多座污水處理廠(chǎng)的集團型水務(wù)公司數量不斷增加，管理難度逐年增大。為使各個(gè)水廠(chǎng)的運營(yíng)維持有質(zhì)量可持續發(fā)展，需保證成本支出科學(xué)合理，其中電費成本在市政污水處理廠(chǎng)的生產(chǎn)成本中占比較大，需要重點(diǎn)解決。因此急需構建城市污水處理廠(chǎng)節能粗評估方法，以便在眾多污水處理廠(chǎng)中找到節能空間相對較大的污水處理廠(chǎng)，集中力量和資源降低其電耗，通過(guò)逐漸改善有空間的污水處理廠(chǎng)電耗，從而降低公司整體的電費成本支出，提高整體運行管理水平。但由于影響城市污水處理廠(chǎng)電耗的因素很多，例如處理規模、產(chǎn)能負荷率、進(jìn)水水質(zhì)、出水標準、處理工藝、設備配置等，單從污水處理廠(chǎng)的電耗指標數值無(wú)法判斷是否有節能空間，因此需要在眾多因素中找到可優(yōu)化的關(guān)鍵因素，確定可行的分析方法，從而構建體系化且有效的市政污水處理廠(chǎng)節能粗評估方法。

1 目的、原則和評估對象

1.1 構建目的

主要目的是建立剔除各污水處理廠(chǎng)不能改變的設計因素和環(huán)境因素，僅對能夠通過(guò)工作改善以獲得節能效果的重要因素進(jìn)行分析,構建可普適應用的節能粗評估方法和原則，以便在眾多的市政污水處理廠(chǎng)中篩選出節能空間較大的污水處理廠(chǎng)，集中資源解決問(wèn)題。

1.2 構建原則

客觀(guān)性原則: 盡量剔除不可控的影響因素，找到能通過(guò)管理提升和技術(shù)更新解決的節能空間，并且僅關(guān)注項目自身，不關(guān)注橫向對比。

重要性原則：采用抓大放小的原則，首先關(guān)注節能節費空間較大的生產(chǎn)環(huán)節和影響因素，可隨著(zhù)管理水平不斷提高再逐漸完善。

可操作性原則: 要求該體系的指標精煉，計算簡(jiǎn)便，能夠在各污水處理廠(chǎng)均能提供的數據基礎上進(jìn)行計算。

信息溝通原則:該體系的評估結果能夠反饋有價(jià)值的信息，能夠指導并確定下一步工作方向。

平衡性原則: 要求該體系的短期戰略目標與污水處理廠(chǎng)的長(cháng)期目標相一致，避免追求眼前利益損害長(cháng)期利益的情況出現。

1.3 評估對象

基本實(shí)現穩定達標的污水處理廠(chǎng)，出水水質(zhì)達標率達到90%以上。

城鎮污水處理廠(chǎng)，工業(yè)廢水比例小于40%。

2 指標體系

2.1 各處理單元的電耗分析

某座典型城市二級污水處理廠(chǎng)的電耗分布如表1所示。

表1 某典型城市二級處理污水處理廠(chǎng)電耗分布

各主要工藝單元的電耗占比顯示進(jìn)水提升和生物處理單元的電耗是污水處理廠(chǎng)電耗占比最高的兩個(gè)處理單元，因此將進(jìn)水提升和生物處理作為節能粗評估重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)處理單元。

2.2 影響因素的分析

城鎮污水處理廠(chǎng)電耗的影響因素，分別為環(huán)境因素、設計因素、運行調控因素和設備配置因素。其中進(jìn)水水質(zhì)和進(jìn)水水量等屬于環(huán)境因素，處理工藝、設計規模和排放標準等屬于設計因素，在一座穩定運行的污水處理廠(chǎng)中環(huán)境因素和設計因素是不可優(yōu)化因素，不會(huì )隨著(zhù)運行調控水平的提升和設備配置的改善而有所改變，因此節能粗評估中不考慮此類(lèi)不可優(yōu)化因素。

運行調控和設備配置為可優(yōu)化因素，可通過(guò)提高運行調控水平或改善設備配制而降低電耗。通過(guò)各處理單元的電耗占比分析，運行調控和設備配置鎖定進(jìn)水提升和生物處理兩個(gè)主要耗電單元。其中這兩個(gè)單元在運行調控過(guò)程中影響電耗的主要因素為水泵的運行水位、溶解氧控制、污泥濃度控制等，設備配置相關(guān)的影響電耗的主要因素為進(jìn)水泵、曝氣風(fēng)機和曝氣頭等設備的型號，設備參數與實(shí)際工況的符合度、設備本身的效率等。

因此根據抓大放小、不斷完善的原則，節能粗評估主要考慮進(jìn)水提升和生物處理兩個(gè)處理環(huán)節中能通過(guò)運行調控改善和設備配置改善能夠提高的影響因素，即進(jìn)水提升單元中的運行水位、生物處理單元中的溶解氧控制和污泥濃度控制等運行優(yōu)化因素，以及提升泵效率、曝氣設備效率等設備配置因素。

2.3 評估指標的確定

通過(guò)以上分析，初步構建了節能粗評估指標體系，具體如表2所示。

表2 粗評估指標體系

3 評估方法

3.1 工藝運行電耗空間的評估方法

（1）進(jìn)水提升電耗空間的評估方法。在水泵沒(méi)有更換的前提下，將運行狀態(tài)由低水位運行改變?yōu)楦咚贿\行會(huì )降低電耗。改變運行水位引起的電耗變化可根據式（1）計算：

式中 P提升變化――提升功率變化，kW?h；

Q――提升水量，m3/h；

H變化――提升水位變化，m

η――水泵效率，%。

（2）生物處理電耗空間的評估方法。生物池中MLSS和MLVSS反映了污泥的有效性，MLSS過(guò)高，并且MLVSS/MLSS比值較低，說(shuō)明池中有效污泥過(guò)少，惰性污泥會(huì )影響氧傳質(zhì)效率，需要增大曝氣量來(lái)維持運行，從而增加電耗。理論污泥濃度可通過(guò)式（2）計算：

式中 Q――進(jìn)水量，m3/h;

X――反應池混合液濃度，mg/L；

Si――進(jìn)水BOD5濃度，mg/L；

Se――出水BOD5濃度，mg/L；

θd――污泥齡，d；

Yt――污泥產(chǎn)率，kgSS/kgBOD5；

Vo――好氧池容積，m3。

將實(shí)際污泥濃度與理論污泥濃度進(jìn)行對比，若超過(guò)50%，則認為污泥濃度控制的過(guò)高。測試并計算MLVSS/MLSS比值，若該比值小于0.5，則認為該廠(chǎng)需要排泥，減小惰性污泥的占比。

惰性污泥在超過(guò)3 000 mg/L，每增加1 000 mg/L影響氧轉移效率降低20% (3)，假定影響電耗增加10%，可按照理論MLSS和MLVSS/MLSS為0.5核算理論MLVSS。由MLVSS引起的電耗變化可通過(guò)式（3）計算：

式中 P曝氣變化――曝氣功率變化，kW?h；

MLVSS變化――實(shí)際MLVSS與理論MLVSS的差值；

P曝氣――曝氣功率，kW?h。

3.2 設備配置電耗空間的評估方法

（1）進(jìn)水提升泵電耗空間的評估方法。關(guān)注運行年限較長(cháng)，提升水量和提升高度已經(jīng)下降比較明顯的水泵，根據實(shí)際運行的水量和揚程，選擇符合實(shí)際要求的高效水泵，并確定其效率。更換水泵前后的電耗變化可按式（4）計算：

式中 P水泵變化――水泵更換的功率變化，kW?h；

Q――提升水量，m3/h；

H――提升水位，m；

η新水泵/舊水泵――新舊水泵效率，%。

（2）風(fēng)機的電耗空間的評估方法。關(guān)注運行年限較長(cháng)，且型號比較老舊的風(fēng)機，例如多級離心、羅茨等低效風(fēng)機。根據實(shí)際運行所需的水量和水質(zhì)，確定符合實(shí)際要求的高效風(fēng)機的型號，確定其功率。更換風(fēng)機前后的電耗變化可按式（5）計算：

式中 P風(fēng)機變化――風(fēng)機更換的功率變化，kW?h；

P新風(fēng)機/舊風(fēng)機――新舊風(fēng)機功率，kW?h；

T運行時(shí)間――運行時(shí)間，h。

3.3 全廠(chǎng)電耗空間的評估方法

全廠(chǎng)節能空間主要由以上4項因素組成，因此可根據式（6）進(jìn)行計算：

4 結果示例和應用

在100多座污水處理廠(chǎng)中篩選出4座污水處理廠(chǎng)用以上評估方法進(jìn)行計算。評估結果如圖1所示。

圖1 示例污水處理廠(chǎng)評估結果

4.1 評估結果

（1）根據評估結果，B廠(chǎng)的可優(yōu)化電耗空間最大，可在提高提升泵運行水位、加強排泥、提高水泵和風(fēng)機的設備效率等方面進(jìn)行深入分析和診斷。

（2）4座污水處理廠(chǎng)均在曝氣優(yōu)化方面存在較大優(yōu)化空間，可進(jìn)一步在溶解氧控制和污泥濃度控制等方面開(kāi)展工作。

4.2 結果應用

（1）根據該方法確定以B廠(chǎng)作為重點(diǎn)水廠(chǎng)開(kāi)展節能優(yōu)化工作。

（2）針對B廠(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行深入分析和診斷，根據診斷結果確定以下調整方案，第一階段保證進(jìn)水提升泵在高水位下運行、加強排泥并同步檢測MLVSS和MLSS，逐漸使MLSS和MLVSS＼MLSS貼近理想值，在此基礎之上，逐步調整曝氣量，使好氧池末端DO控制在2左右。第二階段由于水泵使用年限較長(cháng)，效率已大幅下降，更換高效率水泵可取得較好的節能效果，且經(jīng)過(guò)計算后投入回收期在2年之內，因此確定更換水泵。在以上方案的執行下，B廠(chǎng)單位水量電耗下降15%，由0.4 kW?h/m3降至0.34 kW?h/m3。

5 結論

（1）構建的節能粗評估方法，可初步計算各污水處理廠(chǎng)的節能空間，優(yōu)先找到節能空間較大的污水處理廠(chǎng)進(jìn)行詳細診斷，例如文中的4座污水處理廠(chǎng)經(jīng)過(guò)計算后，優(yōu)先對B廠(chǎng)進(jìn)行詳細診斷。

（2）構建的節能粗評估方法，能夠大致指明節能優(yōu)化的大致方向，例如文中的B廠(chǎng)第一階段先調整進(jìn)水提升泵運行水位，保持高水位運行，加大排泥減小無(wú)效電耗。第二階段更換高效率的水泵。取得了較好的節能效果。

（3）節能粗評估方法是依據客觀(guān)性原則、重要性原則、可操作性原則、信息溝通原則、平衡性原則構建的，目前主要針對進(jìn)水提升和生物處理兩個(gè)環(huán)節，可隨著(zhù)管理精度的提高，逐漸改善并補充內容。