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| 发布时间：2024-07-04 17:33:28 | 来源：净水技术 | 作者：本站编辑 | 浏览次数： |
中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于《净水技术》期刊的原创论文或由《净水技术》情报咨询板块精选翻译的国外经典文献，供同行交流参考。 北方某深度处理水厂能耗分析与节能改造 《净水技术》期刊水源与饮用水保障栏目—2023年第10期 摘 要 2018年~2021年北方某市年供水量从1.22x1010 m3增长至1.326x1010 m3，随着社会对供水量需求的增长，降低水厂能耗势在必行。研究通过对水厂A的能耗数据进行统计分析、建立模型，分别从进水提升能耗和水处理能耗两方面提出降低单吨水电耗的建议。分析发现该水厂水处理能耗占总供水能耗的35.95%，显著高于常规工艺水厂的水处理能耗占比。通过对比进水提升泵房两个泵组的耗电量和变频泵频率发现，在相似的供水量条件下，以较低频率运行的提升泵组具有更低的单吨水电耗。在工艺中，预臭氧、后臭氧和紫外消毒能耗比例占前3位，通过对预、后臭氧投量和单吨水电耗建模分析，并结合预、后臭氧投加剂量优化论证，提出了在满足出水水质的前提下、以节能降耗为目标的预、后臭氧的投加方案。 关键词 水厂 节能降耗 模型 提升泵 变频泵频率 工程案例 【引文格式】 张静, 张晓岚, 申今生, 等. 北方某深度处理水厂能耗分析与节能改造[J]. 净水技术, 2023, 42(10):70-75, 189. ZHANG J, ZHANG X L, SHEN J S, et al. Engineering case study of a WTP in north city on energy saving and consumption reduction of treatment process and pumping station[J]. Water Purification Technology, 2023, 42(10):70-75, 189. 实现“碳达峰”和“碳中和”将是一场新的技术革命和产业变革，各行各业都在积极构建本行业碳中和技术路径与方案。据我国碳排放数据库公告，在全国所涉及化石能源的行业中，电力行业的排放量最大，占总排放量的44%，而电能是自来水厂日常生产中的主要能源，因此，节能提效是水厂达到“双碳”目标最直接和最有效的方案。 随着经济的发展，社会对自来水供应量需求日益提升。2018年~2021年，北方某市自来水年供水量从1.22x1010 m3增长至1.326x1010 m3，自来水厂从29座增加至42座，供水能力从4.50x106 m3/d增加至5.81x106 m3/d。供水量的提升意味着水处理能耗的大幅提升。然而，目前给水排水行业主要依靠能耗提升出水水质和处理水量，对整个水在社会循环中的碳排放量与碳中和率的关注还需提升。相比于污水处理厂，由于水厂原水水质较好，直接碳排显著低于间接碳排，即水处理过程中直接产生的温室气体排放量显著低于电能消耗和药剂的生产及运输产生的碳排放。因此，水厂在满足供水水质水量的前提下，节能降耗是碳减排的重要路径。 《关于加强城镇供水企业挖潜降耗管理的指导意见》也提出了要优化水厂工艺组合，科学调配水泵机组，以降低生产能耗。近年来，对于水厂节能降耗的研究主要集中在配水水泵的优化调度、紫外消毒设备和超滤膜工艺的能耗分析等方面，对于进水提升泵和整个净水工艺的分析尚且不足。因此，本研究对北方某自来水厂水处理工艺和进水提升能耗进行分析，并提出相应的节能降耗措施。 水处理能耗、配水能耗、进水提升能耗、水处理总电耗的计算分别如式(1)~(4)。 水厂A为北方自来水厂，处理规模为5.0x105 m3/d。水厂A工艺流程如下图1所示。水厂A能耗组成主要包括3个部分，即进水提升泵房能耗、水处理工艺能耗和配水泵房能耗。其中，水处理工艺主要设备及参数如表1所示。 图1：水厂A工艺流程 表1：水处理工艺主要设备及参数 水厂A记录的能耗数据包括水处理每日耗电量、进水提升泵房和配水泵房的每日耗电量、进水提升泵房定频泵和变频泵工作频率。进水提升泵房有两组提升泵交替运行，每组提升泵包括1台定频泵和1台变频泵，以满足水量变化和检修的需求，其中，2#定频泵和4#变频泵为一组，5#定频泵和3#变频泵为一组。需要指出的是，净水工艺每日耗电量为整体工艺的电耗，由于各工艺单元没有单独的电表，各工艺单元运行能耗根据各单元所涉及机械设备的装机容量及实际使用情况计算得到，其中预臭氧和后臭氧投加方式不同，预臭氧通过水射器投加、后臭氧通过曝气盘投加。因此，根据A水厂预臭氧、后臭氧的年平均臭氧投量和所涉及的设备分别计算出预臭氧、后臭氧工艺单元的能耗。 （1）通过对水厂A能耗构成分析发现，该厂水处理能耗占总供水能耗的35.95%，显著高于常规工艺水厂的水处理能耗，且随着深度处理工艺的引入和发展，水处理能耗也逐年升高。进水提升能耗占总耗电量的14.91%，为了降低进水提升能耗，建议水厂A保持较高的供水量，且在满足供水量和供水压力条件下保持变频泵低频稳定运行。净水工艺中运行能耗占比从大到小的顺序为：预臭氧31.78%、后臭氧25.67%、紫外消毒17.99%，活性炭滤池9.51%、污泥处理8.84%。 （2）对两个泵组能耗和变频泵频率的统计学分析发现，在满足供水量的前提下，降低变频泵频率可降低提升电耗。综合预臭氧和后臭氧的能耗及对水质影响的分析，建议水厂A月供水量尽量不低于1.3x107 m3，降低后臭氧投加量，预臭氧投加量为0~0.3 mg/L，可依水质需求适当放宽至0.6 mg/L。 （3）在“双碳”目标下，水厂的首要目标仍然是保障供水安全，但仍需寻找水质与能耗关系的平衡点，即在水质水量满足要求的基础上，保持低能耗运行。
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