博冠城市污水处理厂能源有效利用策略

供水以及污水处置惩罚体系是能源消费年夜户，水以及污水处置惩罚占到美国总用电量的3%~4%。于今朝的经济情况下，于水以及污水处置惩罚厂找到提高水以及能源使用效率的要领，很是具备吸引力。对于水以及污水处置惩罚厂举行能源审计是能源治理职员可以发明时机，节约资金、能源以及水的措施。为此，本文以科罗拉多州的克雷斯特德比特污水处置惩罚厂的能源审计历程为例，申明污水处置惩罚厂能源哄骗的主要性。能源审计经由过程不雅察高耗能装备以及工艺，确定显著的节能时机。本案例研究可为寻求节能降耗的水以及污水处置惩罚厂治理职员提供很好的实践经验，旨于提高能源治理职员对于水以及污水处置惩罚于社会总能耗中所饰演脚色的理解。

译者：在东（美国明尼苏达明尼阿波利斯市）

一、先容

1.1水以及污水处置惩罚的能源使用

供水以及污水处置惩罚体系是显著的能源消费者，美国电力耗损的3%~4%用在水以及污水的挪动以及处置惩罚。能源使用简直切成本于差别的处置惩罚厂不同很年夜，约占到总运营成本的2%~60%。能源代表了一笔可不雅的用度，对于在污水处置惩罚厂，它发生于处置惩罚历程中的每一个阶段，包孕从污水网络处处理后的排放。因为水以及污水处置惩罚厂的设计以及运转目的不因此能源效率为主，当使用能源改良工程资金时，这些体系常被轻忽。然而，年夜量的能源以及成本节省于经由过程对于水以及污水处置惩罚企业运营调解以及本钱改良中被发明。

运营商、水以及污水处置惩罚厂治理职员有许多的优先事变，能耗只是此中之一。他们的重要职责包孕：˙到达法例划定以切合客户、大众康健以及生态要求；˙于可接管的费率条件下，提供靠得住的办事；˙均衡维修改换以及持久欠债、装备前提、连续运转以及维护成本、支出的瓜葛；˙优化运转以及维护，降低成本，掩护资产寿命。分配时间举行能源审计，并举行须要的物理以及操作上的转变可孕育发生可不雅的效益。能源审计，可以帮忙确定最年夜的能源消费装备，发明时机，改良运营，并监测老旧以及体现欠安的装备问题。审计的成果有助在提高能源效率，为市政污水厂降低运营成本，有利在情况以及周围社区。1.2EPA第8地域的互助

美国环保署（EPA）8区办公室为美国西部山区提供办事，包孕科罗拉多、蒙年夜拿、北达科塔、南达科塔、犹他、怀俄明州。2010年10月EPA于第8地域倡议针对于大众污水以及供水的能源治理互助步履，重点帮忙都会供水以及污水处置惩罚企业降低能耗，提高靠得住性以及运营机能，并最年夜限度地削减对于情况的影响。这个工程结合10~15个供水以及污水处置惩罚厂一路完成如下方针：˙于EPA治理东西中清楚今朝以及未来的能源耗损；˙举行工艺能源审计；˙哄骗EPA的污水厂以及供水厂能源治理引导手册确保可连续成长，开发一个能源治理规划；˙于EPA第8地域配合实行能源有用哄骗，同享结果。为了提高该方案的广度，对于没有到场进来的市政举措措施，EPA第8地域规划创立一组案例研究，与其他水以及污水厂同享，先容介入工程的厂以及工艺流程，和于优化能源机能历程中的受益以及应战。

图1克雷斯特德比特市,科罗拉多州

二、案例研究：克雷斯特德比特市

2.1配景

作为对于工程的撑持，克雷斯特德比特市被要求对于污水厂举行能源审计。能源审计重要存眷已经经存于的、可以经由过程工艺转变以及提高可操作性来实现的节能时机；思量优化已经有的工艺，晋升节制程度、监控程度以及污水厂排水品质；同时也帮忙该市最先跟踪以及基准化能源使用。

能源部的国度再生能源试验室(NREL，由可连续能源结合公司运营)以及克雷斯特德比特市互助，ARCADIS公司水部分的MalcolmPirnie、资源有用哄骗办公室、Gunnison郡电力协会(GCEA)（作为评估小组）配合举行审计事情。这类互助让这些构造可以撑持当地成长时机，配合教诲社区、水以及污水厂怎样阐发以及到达能源有用节约方针。2.2克雷斯特德比特市污水厂克雷斯特德比特市是科罗拉多西坡的小镇，是美国最年夜的滑雪游览都会之一。污水厂成立在1997年，办事1500常驻人口。污水厂处置惩罚糊口污水以及商务污水，无重要工业污水。污水厂还从克雷斯特德比特水厂吸收污泥。

污水厂接纳氧化沟工艺，每个月平均日流量最年夜为0.6MGD(2270m3/d)，污水厂有格栅、进水泵、曝气、澄清、紫外消毒以及污泥处置惩罚举措措施，出水排入斯雷特河，污泥经浓缩脱水后外运填埋。详细工艺流程见图2。

图2克雷斯特德比特市污水厂的工艺流程

2.3能源审计

作为介入EPA工程的一部门，需要对于处置惩罚工艺举行能源审计。不包罗于这次研究的内容是修建能源审计，包孕评估照明、加热、制冷以及透风体系，修建也有节约资金以及能源的潜力。

美国采暖、制冷与空调项目师学会(ASHRAE)界说能源审计有3个级别。审计级另外区分是繁杂水平以及提供信息的具体水平。

图3能源审计级别

对于在克雷斯特德比特市，履行了级别1的审计，包孕污水厂现场考查，着重处置惩罚工艺流程的能源使用。

级别1审计：˙经由过程现场查询拜访，评估能源耗损以及效率，以确定维护以及（或者）运营需求，和设备的有余；˙哄骗能耗信息，相识使用模式以及成立能源基准；˙重点采纳低成本或者无成本的办法，来预计可以节约的能源以及成本。

2.4汇集信息

工艺流程的能源审计始在收拾整顿图纸、运营记载、账单以及装备库存，来理解污水厂的能源使用模式。评估小组查抄图纸，寻觅污水厂物理上的设计惹起的运转或者能源问题。例如，图纸显示今朝的消融氧（DO）计量装配位在氧化沟的缺氧位置，这个设置对于节制氧量或者氧化沟运转不会有准确的反馈，典型的更有用位置是让丈量装配位在有氧的位置，如接近沟的排水处。

运转记载以及参数，如BOD以及TSS用来鉴别进水以及污水厂运转品质。按照进水水质的较着差别，污水厂的运转数据被用来成立三个“事情季”，反应了姑且人口以及入渗惹起的网络体系整年的变迁。三个季的前提总结以下：˙季候1（10月—3月）：低流量，低负荷[BOD、TSS天天基在1磅(0.45kg)]，低污水温度；˙季候2（4月—6月）：低流量，平均负载，较低污水温度；˙季候3（7月—9月）：平均流量，高负荷，高污水温度。评估小组审查装备，以确定装备的春秋以及功率，并于厂内确定重要的能源耗损者。重要的能源耗损装备，包孕它们的典型运转以及节制信息，扼要总结于表1。这些信息用来着重审计重要的能源耗损工艺，最年夜化能源节约时机。

表1克雷斯特德比特市污水厂：重要能源耗损装备

2.5现有的工艺机能

评估小组以及工场运营职员对于每一个工艺都举行了具体的会商，相识机能趋向以及存眷点。对于污水处置惩罚厂的工艺机能以及运营计谋的正常性定见以下。

（1）进水泵送/前端处置惩罚

进水体系包孕3台泵：泵1，功率为3.5kW；泵2以及3（一用一备），功率均为13kW。泵2按照监测污水井的液位持续运转。所有的泵都带变频器。

（2）曝气/氧化沟

污水厂的氧化沟接纳好氧法去除了BOD以及氨，沟内存于厌氧区提供反硝化、恢复碱性以及降低需氧量。氧化沟使用55kW马力曝气机，带变频器，按照天天的消融氧浓度手动调治运转。按原理，变频器应该经由过程取患上体系信息主动调治来节约能源，而不是经由过程手工调解。于氧化沟的厌氧区有两个主动运转的搅拌器。今朝的DO丈量仪位在厌氧位置，没有运转。

（3）澄清

污水厂有两个澄清池，一个持续运转，另外一个于高流量时辅助运转。

（4）紫外消毒

紫外消毒的设计流量为1.3MGD（4900m3/d）(是污水厂最年夜流量的两倍)。体系今朝两组同时运转。污水厂操作职员每一年改换一次紫外线灯，做预防性维护。

自从2008年以来，排水中的粪年夜肠杆菌平均浓度为8.3个/100mL，7d平均值为214.3个/100mL。划定答应排放的菌群浓度为1372个/100mL(30d平均值)以及2744个/100mL(7d平均值)。从今朝的运转成果来看，年夜肠杆菌程度远远低在答应值。

（5）污泥处置惩罚

污水厂有一套自热式高温好氧消化（ATAD）体系，因为臭气缘故原由没有运转。以是，今朝污泥于污泥罐浓缩后，送到浓缩污泥存储罐暂存。因为今朝污水厂于更改管道，污泥必需泵送到ATAD存储罐，然落伍入离心计心情脱水。只管如许可以提供更多的存储量，削减去填埋的次数，但却要求ATAD存储罐的鼓风机（功率为11kW）始终运转。别的，离心计心情的功率为30kW，变频节制，可是重要以一个速率运转。离心计心情每一周装满一个20立方码（15m3）的垃圾箱。离心计心情出水颠末管路送到氧化沟，可能会影响氧化沟工艺机能。

2.6污水厂实地不雅察

按照这些运转参数，评估小组履行了级别1的污水厂实地不雅察。这项事情包孕目视查抄来辨认操作或者维护问题，从污水厂重要装备上网络能源数据。这些信息被该市用来评估运转以及维护孕育发生的成本节约，和资金投入改良污水厂举措措施的优先秩序序。

GCEA于审计历程中与评估小组协作，丈量重要装备现实降低的用电量，包孕污泥转运泵以及鼓风机增长15min运转时间来记载现实电耗。使用一致的时间距离来丈量功耗，答应充足时间确定开关机时的电耗。这些信息被该市用来确定举措措施改良的优先秩序序。

图4网络紫外消毒体系的功耗信息

审计历程中，丈量了氧化沟的消融氧浓度来确定曝气效率。哄骗这些浓度数值创立了一个消融氧浓度模子，用来更好地舆解污水厂的运转。

图5丈量消融氧

按照进水水质、温度、汗青消融氧浓度、凡是曝气速率、消融氧测试成果，成立BioWin模子。使用这个工艺模子，评估小组确定了此刻的曝气机已经经使用了15年摆布，与新的曝气机比拟，转换效率很低，这象征着按照此刻的消融氧程度，污水厂使用了更多的能量来驱动这个曝气机。

2.7重要的能源节约时机

按照污水厂的运转信息以及审计网络的资料，评估小组向污水厂提出了节能提议。

（1）进水泵/前端处置惩罚

提供应污水厂的流量信息申明入渗以及入流(I I)于季候2（4月—6月）是个问题。为减缓这些问题，确定网络体系中的走漏以及分裂区域会有所帮忙。这些信息将有助在确定优先挨次，维修或者改换体系管路。另外一个给污水厂的最佳实践是量身定制前端处置惩罚的运转计谋，以切合3个差别季候要求。按照典型的逐日流量情势，进水泵1可以于季候1(10月—3月)的夜晚和白日低流量时使用，于季候3（7月—9月）的夜晚低流量时使用。按照进水泵1的使用年限，该市思量改换成更高排量的变频泵，以应答污水井的颠簸，这于增长流量的同时削减了另外一台更年夜功率泵的使用。

（2）曝气/氧化沟

氧化沟的消融氧含量测试，连同其他运转数据，显示曝气机没有有用运转。于污水厂中它带有功率最年夜的机电，曝气机行将到达使用寿命，评估小组提议改换成更节能的装备。污水厂也思量于接近出水位置安装一个新的消融氧丈量仪以及（或者）氨传感器，以更有用地监控氧化沟机能。把这个丈量计毗连到监控中央（SCADA）体系，将可以持续监控以及节制消融氧量。

假如这些消融氧读数用在主动节制曝气机速率，可以越发节能。更好的转变是，搅拌器被提议只要于曝气机不运转的时辰才开启，这将可以更多地降低工艺运转历程中的能耗。

图6氧化沟的曝气机

（3）紫外消毒

今朝紫外消毒体系的运转基在1.3MGD（4700m3/d）的流量。因为今朝最年夜流量是0.6MGD(2300m3/d)，低在设计流量的一半，污水厂跨越了尺度要求。同时，评估小组提议污水厂只使用一组紫外体系，而不是全数。由于紫外体系设计远超污水厂现实，污水厂可以以及打造商一路修改体系来节能，移除了一些灯管，改造或者断电一些镇流器。把紫外消毒体系毗连到监控中央（SCADA）也能够提高节制效率。

污水厂也思量削减改换灯管的频次——打造商提议灯管寿命为13500h或者1.5年。今朝的环境是改换灯管固定于年维护记载日程上，无关真实运转时间。延伸灯管改换距离会节约质料成本以及污水厂的烧毁物量。

（4）污泥处置惩罚

今朝的污泥处置惩罚工艺效率低，由于使用了已经有的ATAD体系管道来进入离心计心情脱水。污水厂思量更改管道来让污泥间接从浓缩罐进入离心计心情，绕开ATAD体系。转变后体系内的转运以及泵送将会削减。

污水厂的一个重要产物是市政污泥或者称生物污泥。直到二三十年前，第8区的污水厂对于污泥的尺度处置惩罚都是填埋或者点火。昨天，很多污水厂将污泥举行有利哄骗，于第8区中85%的污泥今朝都被轮回哄骗了，最多见的是用在泥土增添剂以及肥料，施放到农田，或者修复泥土。

克雷斯特德比特市污水厂可以研究措置污泥所需要的能耗，把原先的污泥填埋改变为制成农业肥料。措置污泥到A级或者B级需要更多的能耗，但可以削减使用卡车外运污泥至填埋场，削减温室气体排放，防止填埋措置的持久环保承担。

（5）削减进水流量

切确定位网络体系的入流以及入渗问题位置，可以帮忙污水厂集中维修以及改换事情。地下水的入渗多是最年夜的进水来历。常常清洁、查抄、修复网络体系管道内壁可以最年夜限度地削减入渗以及降低污水处置惩罚量。

（6）社区撑持

活跃的社区规模对于话是另外一个很主要的削减污水厂进水量的要领。以及社区互动，推广环保理念，采纳步履如安装节水装配，可以显著削减进水流量并节约能源。

节能提议以及预计可节约的成本见表2。这些提议分为短时间时机（包孕低成本以及立刻可以实行的）以及持久时机（可能需要更好的规划以及资金撑持）。表2显示，曝气工艺可认为该市提供最年夜的节能以及省钱时机。

表2节能提议

2.8下一步

该市将更深切量化能源节约，实行提议以及最先能源治理规划。

能源治理规划将成立目的以及方针，来丈量节能的进度以及改良资金使用，提高污水厂运转维护程度。更进一步的信息，即怎样使用这些信息可以于EPA的引导手册中找到。

该市的污水厂以及EPA的投资司理一路用能耗信息作为基准，以及其他污水厂举行比力。投资司理可以帮忙该市确认未来的节能时机，革新机能，优化投资。

三、思量的计谋

该市的研究是一个绝佳的案例，履行能源审计可以提高一个污水厂或者社区能源司理对于水厂以及污水厂能源节约的理解。下文为一个简短的针对于几个重要能源节约计谋的概述。污水厂以及社区能源司理情愿思量怎样将这些计谋（表3）实行到他们的厂。情愿制订以及实行周全能源治理规划的业者，感乐趣的读者可以从浏览EPA的“确保可连续成长的将来”：《污水厂以及水厂的能源治理引导手册》最先。

3.1工艺能源

当举行能源审计时，请专一在厂内最年夜的能源耗损者。这个可以按照查阅图纸、标牌或者丈量装备能耗来确定。曝气工艺对于在年夜部门污水厂来讲是最年夜的能源耗损者，典型的污水厂能耗情势以下图所示。

图7典型污水厂的能源耗损者

3.2运转节制

运转一个污水处置惩罚厂不成能“一个规格所有人合用”。按期评估进水以及出水趋向可以帮忙污水厂量身定制响应的运转计谋。这些参数可能随季候、时间的差别而差别，以及/或者有其他怪异的参数。体系节制使用中控（SCADA）反馈以及变频节制可以优化出水品质以及能源耗损。这类均衡是持续的历程，污水厂司理必需留意，更高的排放品质凡是象征着更高的能源耗损。到达品质以及能量之间的完善均衡是最终方针。

图8品质vs能量

3.3维修以及改换

作为资金规划的一部门，最好的要领是污水厂按期评估状况、机能以及工艺装备的使用寿命。年久的装备机能更差，可能维修起来更为昂贵，凡是比新装备能耗高。当举行能源审计时，装备春秋以及运转效率是重要思量要素。评估预防性维护操作可以确保装备遭到适量的维护，到达使用要求。

3.4生物污泥

于提供更高品质的生物污泥以及随后的能耗之间，有着显著的环保以及财政衡量。当评估污泥措置以及抛弃选项时，下面的要素是污水厂需要重点思量的：

˙运输：污水厂以及填埋场的间隔，输送污泥的成本；

˙附加成本：处置惩罚费以及可能孕育发生的填埋附加措置费；

˙支出：污水厂可能从作为泥土增添剂的污泥获得的支出；

˙碳排放：填埋污泥比泥土哄骗会形成更高的碳排放；

˙可连续成长：使用生物污泥削减填埋需乞降合成肥料需求，可以帮忙棕地复垦以及恢复植被。

3.5入渗、入流以及走漏

污水网络体系是污水厂的另外一个节能时机。相称数目的能源华侈于处置惩罚经毁坏管道入渗的地下水。一样，网络体系的裂痕以及走漏增长了污水泵的能耗。起劲查找入渗以及入流区域，分裂以及走漏，让污水厂能间接举行补缀以及改换，会极年夜地帮忙节约能源以及资金。

3.6实地再生能源

最佳的实践是寻觅时机于污水厂举行现场再生能源打造。除了了提高能源效率，再生能源是另外一个节约能耗以及资金的有用路子。所有的再生资源均可以于社区找到，风、太阳能、水、本地的烧毁物，或许可以被看做是潜于的能量来历。选择以及安装可再生体系，最年夜化能源出产。污水厂接纳厌氧消化提供了一个怪异的现场打造热能以及电能的时机，经由过程网络沼气作为燃料孕育发生能源。

3.7掩护

有用的社区沟通可以年夜幅度削减水的使用以及污水的孕育发生。可以激励社区成员、商家以及企业削减其用水量。经由过程打折收费提供低流量装配，举行用水审计，以及/或者使用倒挡费率布局，如许可以年夜年夜削减待处置惩罚的污水量，并显著降低能源使用。经由过程大众教诲规划促成人们转变举动是促成掩护的另外一个主要办法。只有处所水权答应，最年夜限度地哄骗“合适用途”或者反复使用水可视为另外一种掩护计谋。

表3总结了可能用在市政污水厂来提高能源效率的计谋。

表3市政污水厂的能源效率计谋

四、资源

NREL提供数百个有效的东西条款，作为开放能源信息发起（OpenEI）。OpenEI是答应用户为了于可再生能源以及能源有用性方面同享资源，输入信息到数据库里的百科全书。

NREL经由过程美国联邦规划提供有限的技能协助。于这些规划中，公司可以申请接管NREL的技能撑持，理解并有用哄骗能源，哄骗再生能源技能：5结语

美国克雷斯特德比特市的研究注解了能源审计的主要性，让社区能源治理职员可以熟悉以及哄骗污水厂里的节能时机。起劲提高能源模式以及效率，是所有社区可采纳的最好做法。经由过程跟踪能源的使用，定立基准，并改良运营，所有社区均可以最先起劲削减能源的使用，实现成本节省。