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污水处理厂电气设计和节能措施研究赵葆涵

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赵葆涵

[导读] 摘要：目前，我国越来越重视环境保护，同时也加大了污水处理厂的建设。

        中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430010
        摘要：目前，我国越来越重视环境保护，同时也加大了污水处理厂的建设。然而，目前的污水处理厂耗电量过大，给当地城市带来了很大的压力。因此，对污水处理厂的电气节能提出合理化建议具有重要的理论和现实意义。
        关键词：污水处理厂；电气设计；节能措施；研究
        1污水处理厂工作原理
        目前，我国污水处理厂种类繁多，其工作原理十分相似。微曝气氧化沟是目前比较流行的污水处理方式。该类污水处理厂工艺流程为：收集污水、细格栅截污、旋流沉砂池、微曝气氧化沟、消毒出水池、二沉池、污水排放管道。污水处理厂的电力主要由电力提供，电气设备包括照明设备、电缆、10kV配电系统等，因此污水处理厂的电气节能设计就是对这些电气设备的合理设计。
        2污水处理厂污水处理现状
        随着科学技术的不断进步，污水处理厂的步骤越来越简单，所使用的电气设备也越来越智能化，可以有效地提高污水处理厂的效率。在应用先进设备的过程中，要充分掌握设备的性能，使设备的功率分配更加合理。从目前的实际情况来看，一些可生化性好的污水处理厂一般采用好氧生化法处理污水。这种方法相对简单，可以在很短的时间内有效地处理污水。这种方法虽然有许多优点，但也有一些缺点。最大的问题是它在治疗过程中消耗了大量的能量。其他水质高、可生化性差的污水处理厂一般采用厌氧消化法对污水进行处理，在处理过程中可获得沼气资源。企业在选择处理方式之前，必须充分考虑实际情况，并结合污水处理的具体要求，通过这种方式，选择最科学合理的污水处理方式，才能有效地提高整个处理效率。厌氧消化法最大的优点是既能处理污水，又能得到沼气。收集的沼气资源可以在许多地方使用。在收集沼气资源的过程中，需要使用专业的设备和仪器，工作人员需要随时监控设备的运行情况。当设备出现故障时，应及时进行有效的维护，并对原有设备进行不断升级和优化，帮助污水处理厂实现最大效益。
        3 污水处理厂电气设计
        污水处理厂的效率直接影响着我国的生态环境。在污水处理过程中，污水处理厂需要使用各种电气设备。电气设备的性能对整个污水处理过程有很大的影响，因此有必要不断提高电气设备的性能。从目前的实际发展来看，污水处理厂在建设过程中，最常用的电气设备包括低压配电系统、高压配电系统、照明系统等，对于一些特殊的污水处理工程，也需要防爆电气设备。只有电气设备完善，污水处理工作才能更有效率地进行。在污水处理厂电气设计过程中，应充分考虑企业的实际发展，从长远的角度考虑，并预留一定的设计余量，以便随时应对污水处理厂的发展变化。在电气设计过程中，设计师应充分融入节能降耗的理念，不断提高电气设备的应用价值。由于污水处理厂运行中会用到大量的电气设备，因此各电气设备的启动控制要求不同。因此，在电气设计过程中，应充分考虑当前设备的具体需求，设计高效的机电控制系统，充分发挥系统的监控作用。在具体的设计过程中，需要对电机系统进行模块化设计，并设计一些灵活的模拟和数字信号。这些信号可以及时检测出电路中的一些泄漏和不平衡问题。在设计中，选择合适的扩展数字模块，并通过增加模块增加开关量输入。
        4污水处理工程电气节能分析
        4.1变压器节能设计
        在污水处理工程电气系统中，变压器是主要的耗能元件。整体结构由铁、铜、硅钢片、油箱、储油柜、丙烯酸橡胶密封等组成，损耗主要体现在两个方面：一是空载损耗，如铁芯引起的铁损，与变压器负载无关；另一种是铜元件在变压器负载电流影响下引起的负载电流损耗。一般来说，变压器的铜损耗与负载电流成正比。为了降低变压器的能耗，对其电气设计进行优化，经常更换高效节能的变压器。在污水工程中，为便于检修，大部分选用占地面积小的干式变压器。然而，与油浸式变压器相比，干式变压器具有成本高、空载损耗大、负载损耗大、过载承载能力差等缺点。

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因此，在选择变压器时也可选择油浸式变压器，并可根据容量大小选择油浸式风冷或油浸式自冷方式。变压器的选择应基于空载损耗、负载损耗、空载电流和短路阻抗。此外，还应考虑变压器的初始安装、调试、运行和后期维护费用。
        4.2 减少线路损耗
        每个污水处理项目都有不同类型的电气设备，从十几台到几百台甚至更多。既要有电力电缆，又要有控制电缆，所以大量的电缆敷设对保证工程的正常运行起着重要的作用。由于污水处理工程，电气设备种类繁多，每台设备均铺设电缆。所有电缆的总长度都有几千米甚至数万米。由于电阻的客观存在，电缆长度越长，电阻越大，电压损耗也越大，导致电缆的使用能耗占据很大比例。另一个是选择电缆的材料。一般采用电阻率较低的铜芯电缆代替铝芯电缆。在设计污水处理工程的电缆线路时，考虑到负荷分布，配电室可布置在负荷相对集中的地方，一般为放射状和树干状。在电缆敷设方面，要尽量走直线，不走重复路线，不走远，尽量缩短电缆长度。敷设时应避开易燃易爆场所。如果无法避开易燃易爆场所，应严格按照国家规定敷设电缆。对于精度高的设备，应选用有屏蔽层的电缆，以保证设备的正常工作而不受干扰。总之，在缩短配电线路长度的同时，还要保证设备的正常运行和相关人员的安全。
        4.3电气设备的控制
        在污水处理工程中，一般分为就地控制和远程控制。首先，现场人员可以控制现场的电气设备。这种方法更直观、简单，便于工作人员在现场启停设备和处理突发事件，也便于维修人员对设备进行维修。但这种方法的缺点是整个控制系统缺乏完整性，电缆长度增加。二是对所有电气设备进行DCS控制，有利于对设备的监控和管理。对于每台电气设备的操作一目了然，这种方法可以提高操作人员的安全性。然而，当DCS系统发生故障时，无法对设备进行监视和操作，特别是当继电保护误动而拒动时，可能导致整个污水处理系统瘫痪。因此，在相关的电气设计中，应综合以上两种设置方法，实现就地控制与远程控制的切换。这种方法可以互相弥补，便于集中管理，保证设备的运行。在污水处理工程的电气设计中，经常采用这种远程/本地切换控制。
        结论
        本文对大量小型污水处理厂采用一体化设备进行电气和控制设计，并采取相应的节能措施，希望能为此类污水处理厂的设计和运行提供一些参考。
        目前，我国污水处理率低，能耗大，给环境保护带来很大压力。未来很长一段时间，新建污水处理厂的节能降耗问题将受到社会的高度关注。因此，从污水处理厂初步设计和施工图设计阶段开始，应尽量采用节能设备，并采取相应的电气和控制节能措施。只有这样，才能促进污水处理厂开展电气节能工作，进而有效降低电能损耗，实现污水处理厂的经济运行。另外，应选择节能产品进行优化改造，降低污水处理厂的能耗，从而提高污水处理厂的经济效益。
        参考文献
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