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江南,污水处理厂能耗评估与优化现状 污水处理是能耗密集型技术，为了能对污水处理过程进行合理的能耗评估和降低污水处理能耗，各国研究学者在此方面都做了大量的研究工作。文章从污水处理厂能耗现状入手，对能耗
时间：2023-12-10
焦点提醒：污水处置厂能耗评估与优化近况 污水处置是能耗稠密型手艺，为了能对污水处置进程进行公道的能耗评估和下降污水处置能耗，列国研究学者在此方面都做了年夜量的研究工作。文章从污水处置厂能耗近况入手，对能耗评估目标、能耗基准线的规定方式、能源效力提高法子、能源监管等几个方面进行了综述。经由过程阐发发觉，污水处置厂的能源效力经由过程评估和治理是能够年夜幅度晋升的，未来还良多值得研究的空间
时候：2018-10-30
来历：工业水处置
作者：李云等
污水处置是能耗稠密型手艺，为了能对污水处置进程进行公道的能耗评估和下降污水处置能耗，列国研究学者在此方面都做了年夜量的研究工作。文章从污水处置厂能耗近况入手，对能耗评估目标、能耗基准线的规定方式、能源效力提高法子、能源监管等几个方面进行了综述。经由过程阐发发觉，污水处置厂的能源效力经由过程评估和治理是能够年夜幅度晋升的，未来还良多值得研究的空间。
污水处置厂承当水情况改良的主要使命，但也是能耗稠密型企业。其能耗规模较广，污水处置厂电耗一般占总能耗的70%~90%，是以污水处置厂的能耗一般多指电耗。据统计，我国2014年污水处置厂电耗占全国总电耗的0.26%，算上工业废水处置和污泥处置，所占比例将跨越2%。若何公道评估污水处置能耗和下降能源耗损是今朝污水处置范畴存眷的热门。
1 污水处置电耗评估目标
今朝以处置水量和污染物的去除量为电耗评估目标。
1以处置水量为电耗评估目标
我国根基是以处置水量为电耗评估目标的，且污水处置收费也是按水量为单元进行收费。据报导，我国今朝城市污水处置电耗平均程度为0.29~0.40 kW·h/m3。以处置水量为电耗评估目标有比力年夜的缺点，这一评估目标利用的条件是污水处置厂的进水水量、水质(COD、氨氮、SS、总氮和总磷等)波动比力小，各污水处置厂进水水质水量环境比力接近，不同不年夜。别的，我国污水管网采取雨污分流，但现实上有时雨水、污水也会夹杂一路进入污水处置厂，致使进水污染物被必然水平稀释，计较出的电耗偏低。
2以污染物的去除量为电耗评估目标
污染物的去除量为电耗评估目标又可细分为：以年办事生齿当量为电耗评估目标、以COD去除量为电耗评估目标、以总悬浮固体去除量为电耗评估目标、以总氮去除量为电耗评估目标。
德国、Australia等国度采取的是以年办事生齿当量为电耗评估目标。每1生齿当量能够按COD或BOD进行折算，通常为天天1生齿当量60 g BOD或120 g COD。北美处所的污水厂一般天天1生齿当量80 g BOD或160 g COD，或天天1生齿当量发生400 L污水来进行折算。
几种经常使用电耗评价目标的合用性对照见表 1。
表1 几种首要评价目标的合用性对照
由表1可知，以污染物的去除量为电耗评估目标更正确一些，可是仍然具有不足。起首，污水中污染物评价目标比力多，包罗SS、COD、BOD、TN、TP、NH3-N等。拔取单一品种的污染物去除量为电耗评价目标不周全。其次，每一个污水厂进出水水质纷歧样，处置尺度也纷歧样。跟着对水情况质量改良要求的提高，污水处置厂的处置排放尺度逐步提高，要求愈来愈严，所以需要斟酌采取周全笼盖所有污染物去除结果的一个分析目标来进行电耗评估。
3 能量流阐发
能量流阐发是将进出污水处置系统的各类污染物依照能量的体例同一计量，将污水处置厂的运转结果从物资角度的多目标评价转化成从能量角度的单一目标评价。能量流的界说如式(1)所示。
利用能量流评估方式需要计较污水中的能量，这里用化学潜能来代表。化学潜能指的是废水中的无机物完全氧化成CO2和H2O时释放出的热能。污水中常见的无机物与化学潜能的对应关系：每1 g COD相当在14 kJ化学潜能，每1 g VSS相当在22.15 kJ化学潜能。
林涛等利用比能耗和能量流两种评价目标阐发A2/O污水处置工艺的能耗环境，发觉能量流评价目标相当在多个比能耗构成的阐发系统，是一个更分析、更周全的评价方式。就全体而言，能量流评价是一个新方式，利用很少，今朝还不太完美，此后需要斟酌纳入反硝化进程和除磷反映。
2 能耗基准
因为污水处置能耗较高，对污水处置规定能耗基准有助在帮忙污水处置厂成立适合的能耗评价系统，进一步下降能源耗损。肯定能耗基准的方式比力多，年夜致能够分为归一化方式、统计学方式、编程手艺三类。
1 归一化方式
利用归一化方式规定能耗基准利用特殊多，首要是由于该方式比力简单，成果通俗易懂，但其依靠在年夜量污水处置厂的样天职析。为了在分歧的污水处置厂规定能耗基准，需要必然的评价目标，好比以办事生齿量为尺度、以处置单元水量为目标或以污染物的去除量为目标等。可是单一的评价目标过在简单，而且利用的条件是假定所有的污水处置厂在污水处置类型、范围、地舆位置都是一个怀抱尺度。单一的评价目标只合适在污水处置厂分歧功能的单个处置环节。
L. B. Yang等在2006年对中国599个污水处置厂运转和能耗数据进行统计阐发，最初采取7个三程度的能耗目标成立了能耗基准线。将成立的这一能耗基准线对3个污水厂的能耗进行评估，成果发觉顺应性比力好，能到达节流能耗、提高能源效力的目标。经由过程能耗基准的规定，3个污水厂在曝气方面节流能源结果显著。
C. Belloir等对英国2座具有低级处置、二级出水和深度处置的污水处置厂成立了能耗基准。成果发觉，找到能耗最高的举措措施能有用提高能耗基准规定的效力。成立能耗基准需要对污水厂有周全的熟悉，需要晓得污水厂出水水质参数、现场操作环境和污水厂项目结构。
操纵单一或多个评价目标进行归一化能耗基准的规定有两个方面的缺点。第一，对处置范围相差很年夜的污水处置厂不具有线性关系，不克不及间接套用;第二，单一评价目标只能反应污水处置厂的部门功能。是以，凡是归一化方式只利用在处置范围和污水水质比力近似的污水处置厂。
2 统计学方式
统计学方式以最小二乘法(OLS)为例。OLS经由过程年夜量污水处置厂能源耗损样天职析，成立回归函数或模子暗示年夜量污水处置厂样本的能源平均耗损程度。再将单一的污水处置厂能耗程度与回归函数进行比力，假如能耗值高在回归线，申明该污水处置厂能源利用效力低，反之则是能源利用效力高。用OLS成立回归模子所需要的参数包罗：污水厂平均进水流量、进水BOD、进水COD、污水厂负荷率和养分物的去除环境等。OLS法也有不足的地方：第一，该方式一样需要年夜量的样本数据阐发;第二，回归成果对函数的表示情势比力敏感。
3 编程手艺
编程手艺以数据包络阐发(DEA)为例，DEA是经由过程成立一个包络面来评估系统或装备运转效力的编程手艺。DEA的劣势：是当新的决议计划单位添加到样本集中，参数模子不需要跟着函数情势的改变而采取鸿沟函数情势的假定，同时DEA答应触及多种输入同时生成多个输出进程的阐发。这使得专家对DEA在污水处置厂手艺经济效益方面的评价利用发生了普遍的爱好。但DEA与OLS一样，其依靠肯定性的能源效力分数的假定，而轻忽了能源耗损是具有很年夜随机成份的现实，能源耗损会遭到季候和气候等身分的影响。DEA对数据是高度顺应的，是以基在单一丈量对能源效力进行估测是具有一些问题的。
3 提高能源操纵效力的方式
运转进程优化是一种投资少、又能够短时候内提高能源操纵效力的方式。污水处置厂常见的运转进程优化首要在能源耗损占比力年夜的环节，如污水晋升泵(约10%~20%)、曝气(约50%~70%)和污泥脱水处置(约10%~25%)等。
1 污水晋升泵
污水晋升泵的优化是一种很是常规的优化办法，没有表现太多进步前辈手艺。首要包罗对泵的操作设置、配备变频器、采取高效力的水泵等。一般对污水晋升泵的优化能将这部门的能耗下降5%~30%。向伟芳对污水晋升泵加设变频调控，运转数据注解，用变频调控手艺能分析节流能源耗损到达20%~40%。除此以外，也需要按期对水泵进行调养保护，增强运转治理，同时连系本身污水处置厂现实运转环境来调剂运转前提，帮忙实现能源效力的最年夜化。
2 曝气
对污水处置进程而言，曝气环节是能源耗损最年夜的环节。影响曝气效力最主要的参数是平均细胞保存时候，有报导注解氧转移速度与平均细胞保存时候成反比，与分散器的空气流速成反比。
(1)溶氧节制
A. Thunberg等报导，在瑞典某污水处置厂安装在线溶氧监测仪能节俭26%的空气流量。有文献报导，假如采取更进步前辈的溶氧节制装备能够节俭总能耗的15%或更高。国内方面，杨岸明对曝气智能节制方面睁开了具体研究并建模阐发。将研究功效利用在20 m3/d城市污水处置厂的鼓风曝气优化上，终究在连结污水处置达标的条件下，月能耗下降7%，月均单元能耗下降9.7%。
(2)鼓风装备
A. C. Firmin等的研究注解，用涡轮鼓风机替代保守的鼓风装备能够下降35%的能耗。比来又有文献报导注解，与保守弹性膜分散装配比拟，采取超细气泡分散器能够节俭能耗10%~20%。除改换鼓风装备，给现有鼓风装备安装变频调控，能够在工艺产生转变时主动调速，节流电能。刘铁军对SBR工艺污水处置厂的罗茨鼓风机安装变频调控，每个月起码节俭电量6 810 kW·h，1 a节俭电费7.35万元。
3污泥脱水处置
国内年夜型污水处置厂的污泥脱水处置费用占总费用的15%，对此采取节能降耗优化能够下降本钱。首要革新方面包罗修建物布局革新、药剂品种和添加量优化、污泥脱水设备和工艺调剂等。
宋繁����APP永等针对污泥脱水能耗高的环境，研究污泥预处置工艺，改良污泥机器脱水机能，其开辟的高效污泥机器脱水装备实现了污泥含水率在60%以下。
4 能耗治理法子
1 能源治理指南和能源治理系统
美国能源局(EPA)2008年发布了水和污水操纵进程中的能源治理指南，里面提出了一些下降能源耗损和能源本钱的方式。美国还一些特地的组织机构在污水处置能源治理和提高能源操纵率方面一向在尽力，如WERF(The Water Environment Research Foundation)在规画制订一个最好能源操纵方式汇编。而我国在这方面相对照较掉队，今朝唯一一些小公司帮忙污水处置厂供给能源治理和提效办事，国度层面缺少响应的尺度和指南。
2 能源审计
能源审计也是能源治理的一个有用办法。常规能源审计就是在污水处置厂设立特地的能耗记实台账，包罗遍地理单位或装备的电耗、药耗和水耗。按期对台账记实进行清算和阐发，把握该污水处置厂能源耗损的整体环境，并针对初步审计成果，对污水处置各单位环节做出简单的调剂。高级能源审计对污水处置厂相干工作人员的要求比力高，工作触及装备现场实验、清点装备节能机能数据、装备和系统的能量散布、会商潜伏的节能办法、同时供给具体的进程审核材料并提出节能建议。
3 能源监测系统
能源监测系统是由硬件和软件构成的一个平台，能将一些有用的能源治理法子引入污水处置厂的实践中，能够对污水处置厂的能源利用进行监测和治理，实现下降能耗的目标。例如今朝监测和收集系统(SCADA)在污水处置厂中获得了普遍的利用，该系统能监测多种装备的参数和操作前提，同时可以或许供给处置工艺进程中能源耗损的及时数据。SCADA系统的有用利用能够在2~4 a内收回投资本钱。
5 结论与瞻望
现有能耗评估目标都有必然的局限性，能耗基准的规定方式也混乱纷歧，方式各有好坏，没有普适性。从国表里研究进展看出我国在此方面还很长一段路要走。未来污水处置厂能源提效应在以下几方面增强研究：
(1)构成更周全的能耗评估法子，成立尺度化能耗评估法式和治理记实台账;
(2)开辟更周全、更合用的能耗评估目标，按照污水厂的范围、工艺和进出水水质尺度等规定同一的尺度能耗基准;
(3)增强污水处置厂能源监测自控系统数据搜集和年夜数据阐发，在此根本上总结能源耗损纪律，研究高效节能降耗的方案。
