基于環(huán)保理念為降低污水對生態(tài)環(huán)境的影響，其提高水資源利用效率，需要對污水處理廠工作模式進行優(yōu)化，對各類資源進行優(yōu)化配置。就我國污水處理廠運行現(xiàn)狀來看，大多數(shù)并未采取節(jié)能措施，整個污水處理過程中電能損耗過大，甚至存在嚴重的資源浪費。為提高污水處理廠工作綜合效益，必須要以其供配電系統(tǒng)為對象，積極應(yīng)用各項先進技術(shù)，提高系統(tǒng)運行節(jié)能效果。
01、污水處理廠電氣節(jié)能方向分析
1.變電站設(shè)計優(yōu)化
對降低電力能耗，需要合理設(shè)計變電站以及配電室位置，對全長運行負荷進行分析，將其設(shè)計到中心位置。例如將變電站設(shè)計在鼓風機房、出水泵房等用電量較大的建筑物附近。此種設(shè)計方式可以減少配電半徑，進而可以降低供電電纜以及各類線路損耗，在降低電力資源損耗的同時，提高供電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性與安全性。另外，還應(yīng)合理設(shè)計變電器數(shù)量與容量，避免數(shù)量過多造成資源浪費，以及數(shù)量較少而影響系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。
2.變壓器設(shè)計優(yōu)化
在對變壓器進行設(shè)計時，應(yīng)盡量保證其運行處于最佳經(jīng)濟負載率狀態(tài)，為減少電力資源的損耗，還應(yīng)以電廠生產(chǎn)用電性質(zhì)來其運行臺數(shù)進行調(diào)整，一般情況下將其負載率控制在0.5～07范圍。變壓器損耗主要包括鐵損與銅損，其中鐵損值大小主要受鐵芯材質(zhì)影響，運行負荷并存在任何影響。
而銅損與負荷電流平方成正比關(guān)系，負載電流為額定值時的銅損，又稱為負載損耗，計算公式為：ΔP=Po+β2Pk，其中ΔP表示有功功率損耗；Po表示變壓器空載損耗；Pk表示變壓器短路損耗；β表示變壓器負載率。
3.抑制高次諧波優(yōu)化
諧波的存在會影響電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，且會使得設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生大量熱，加劇設(shè)備運行損耗。因此，從節(jié)能要求出發(fā)，需要利用各項技術(shù)來降低系統(tǒng)內(nèi)存在的高次諧波含量。
例如對低壓變壓器應(yīng)用Δ/YO-11點接線方式，避免3次以及3n次諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。另外，還應(yīng)結(jié)合污水處理廠運行特點，選擇合適的帶消協(xié)電抗器，并將其與電容器組以并聯(lián)方式設(shè)計成系統(tǒng)補償裝置，利用并聯(lián)諧振來消除諧波對電容器產(chǎn)生的不良影響。
4.配電系統(tǒng)功率因數(shù)優(yōu)化
對污水處理廠配電系統(tǒng)功率因數(shù)進行調(diào)整，適當?shù)奶岣吣軌蛴行p少電氣系統(tǒng)線路以及變壓器的運行損耗。功率因數(shù)的提高，代表著無功功率的減少，在向同一負荷功率提供的負荷電流相應(yīng)降低，基于此能夠提高變壓器與線路截面選擇的合理性。
與原有電氣系統(tǒng)相比，降低功率系統(tǒng)不斷可以達到降低損耗的目的，同時還可以控制系統(tǒng)建設(shè)投入成本。另外，在對污水處理廠電氣系統(tǒng)進行節(jié)能設(shè)計時，需要對系統(tǒng)運行負荷進行計算，主要包括工業(yè)動力負荷與輔助照明負荷兩部分，且動力設(shè)備負荷分為鼓風機與泵類負荷兩部分。其中，主動力設(shè)備的負荷按照軸功率法計算，其余設(shè)備負荷則采用系數(shù)法計算，另外輔助照明負荷以及辦公用電負荷則以建筑面積為依據(jù)進行電指標計算。
02、污水處理廠電氣系統(tǒng)節(jié)能措施分析
1.工程概述
以某污水處理廠為例，對其電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計措施進行研究。該污水處理廠主要應(yīng)用A2/O工藝，目前已經(jīng)完成一、二期升級擴容工程，污水處理能力為5萬t˙d-1，處理后出水水質(zhì)滿足相關(guān)專業(yè)標準。就該廠生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，主要成本為電費，電力能源損耗嚴重，主要集中在進水提升泵房、高效濾池、鼓風曝氣系統(tǒng)等部分。
其中，進水提升泵房設(shè)備容量占到廠內(nèi)總設(shè)備容量的25％，高效濾池設(shè)備占據(jù)總設(shè)備容量7％，以及曝氣系統(tǒng)占據(jù)總設(shè)備容量的40％，各部分綜合運行能耗可以占據(jù)到廠內(nèi)污水處理電力能耗的80％以上。對電氣系統(tǒng)進行節(jié)能改造，需要將其作為對象進行分析。
2.節(jié)能技術(shù)
2.1進水提升泵房
對此部分系統(tǒng)采用變頻技術(shù)進行控制，提高其工作運行效率，對此子項系統(tǒng)前端集水井、管網(wǎng)以及調(diào)節(jié)池等進行優(yōu)化，提高其蓄水能力，可以有效提高水泵前水位，降低是泵吸水揚程，且在運行過程中可減少泵啟停次數(shù)，能夠降低部分運行損耗。
水泵軸功率計算公式為N=ρQH/η，根據(jù)公式進行分析，水泵安裝運行后，水泵運行效率η以及流體密度ρ為恒定值，設(shè)備軸功率N與水泵實際流量Q、有效揚程H則為正比例關(guān)系。這樣在不改變實際流量Q時，降低其運行有效揚程，則其軸功率N越小。由此可以得出，對水泵前水位進行適當?shù)奶嵘?，可以起到一定效果的降低損耗效果。
2.2高效濾池設(shè)計
本廠為保證處理后排出水質(zhì)達到國家一級A排放標準，在二期改造工程階段，對處理工藝增加了高效濾池環(huán)節(jié)，這樣沉池水經(jīng)過中間水池提升到高效濾池后，經(jīng)過消毒處理便可達到排放標準。
對此部分進行節(jié)能優(yōu)化，首先需要對出水在線監(jiān)測設(shè)備以及水質(zhì)化驗監(jiān)測值為依據(jù)，在確定二沉池水質(zhì)達到排放要求后，停止高效濾池的使用，減少此部分設(shè)備運行產(chǎn)生的電能損耗?；蛘呤潜O(jiān)測到二沉池出水水質(zhì)即將超標的情況時，降水提升到高效濾池內(nèi)處理，確保處理后水質(zhì)達到排放要求，在水質(zhì)穩(wěn)定后關(guān)閉高效濾池設(shè)備，降低電能損耗。
本廠污水處理工藝中共設(shè)置有15個單池體，對其輪流進行沖洗，每天2次，每次時間保持為15min。對近幾年運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，每年可運行總天數(shù)為230d，2015年實際運行天數(shù)為125d，該單元節(jié)能效率為45.7％。
結(jié)語
對污水處理廠電氣系統(tǒng)進行節(jié)能設(shè)計，除了要在建設(shè)階段做好基礎(chǔ)功能的優(yōu)化外，更重要的是要對后期生產(chǎn)狀態(tài)進行總結(jié)，對各項高能耗因素進行分析，結(jié)合生產(chǎn)工藝特點，確定節(jié)能優(yōu)化對象，有針對性的采取措施進行優(yōu)化，在保證污水處理效率的同時，降低電力能耗。
