能耗是目前國內外污水廠所面臨的一個共同問題，高能耗導致污水處理設施運營成本高，且在一定程度上加劇了我國現階段能源緊缺危機。如何能降低能耗、更有效的利用能源、提高水處理能力是亟待解決的重要課題。國際上的發達國家在污水處理節能方面進行了很多實踐與研究，而國內的污水處理行業則側重在設施的建設方面，對污水處理的節能降耗及其運營優化等方面尚未進行系統研究。另一方面，由于污水處理工藝系統復雜、動態變化大，而且水處理能量分析涉及到污水處理工藝學、化學反應工程學、生物反應工程學、熱力學與微生物學等多個方面，理論研究還不夠完善。因此，我國在建設城市污水處理廠進行工藝系統選擇時，關鍵因素首先考慮的還是對水質的處理效率和建設費用以及工藝的可持續性，而與能耗相關的運行費用只是作為一種重要比較因素。

　　因此，針對目前我國污水處理行業的具體狀況，通過對新工藝的研發與應用、運行的優化調控、設施設備的改良改造、先進控制的應用，對形成系統的污水處理節能降耗技術具有重要意義。

　　1、城市污水處理廠能耗控制理論基礎

　　污水處理廠的運行過程中，實際電能消耗與污水處理廠的處理規模、原水水質特征、處理工藝的選擇以及排放標準等因素有關，這其中污水及污泥的提升、生物處理的供氧以及污泥處理這幾個工藝過程不僅是出水水質保障的核心，也是電能效耗的重點，僅前兩個工藝過程的電能消耗量一般要占整座污水處理廠直

　　接能耗量的 60％以上。污水處理中鼓風機、進水泵等工藝設備進行控制和調節，使各系統風量、水流量等負荷工況參數按照負荷的實際情況得到適時的調節，不但能改善系統的調節品質，達到閥門、風門節 / 回流調節、變極調速等落后的調節方式所不能相比的調節性能，更能節省大量電能，降低運營成本。因此解決好運行過程中風機水泵的電能降耗就成為了一座污水處理廠節能降耗的重點。那么，如何有效降低風機水泵的能耗呢？

　　一般來說，污水處理廠中的風機水泵類負載較多是根據滿負荷工作需用量來選型，但在實際運行過程中該類設備大部分時間并不需要滿負荷狀態工作，因此會產生一部分不必要的能耗；另一方面，由于風機和水泵的機械特性均為平方轉矩特性，很難進行變速調節，只能依靠節流調節對管道上的風門、風道檔板或閥門的開度來調節風機風量及水泵流量，但這種操作會增加管路的阻力，從而增大管路系統的損失，導致能耗損失大，不利于風機、水泵的節能運行。通過交流電機的調速可以在一定程度上緩解這種能耗，這其中變頻調速是最高效的一種調速、節能手段。變頻調速的主要特點在于其無附加轉差損耗、效率高、調整范圍比較寬，特別適合于低流量運行較多或啟停運行頻繁的風機水泵類，它可以實現水泵風機的無級調速，并可方便的組成閉環控制系統，實現恒壓或恒流量控制。風機水泵變頻調速的節能原理如圖 1 所示。

　　圖 1 離心風機水泵的風壓、（水壓）H-風量（流量）Q 曲線特性圖

　　其中：

　　n1：風機水泵 在額定轉速運行時的特性；

　　n2：風機水泵降速運行在 n2 轉速時的特性；

　　R1：代表風機水泵管路阻力最小時的阻力特性；

　　R2：風機水泵管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

　　從圖可以看出，風機水泵在管路特性曲 R1 工作時，工況點為A，其流量壓力分別為 Q1、H1，此時風機水泵所需的功率正比于H1 與 Q1 的乘積，即正比于 AH1OQ1 的面積。由于工藝要求需要減小風量（流量）到 Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機水泵的工作點移到 R2 上的 B 點，風壓（水壓）增大到 H2，這時風機水泵所需的功率正比 H2Q2 的面積，即近比廣 BH2OQ2 的面積，顯然風機水泵所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節能，是以高運行成本換取簡單控制方式。若采用變頻調速，風機水泵轉速由 n1 下降至 n2，這時工作點由 A 點移到 C 點，流量仍是 Q2，壓力由 H1 降到 H3，這時變頻調速后風機（水泵）所需的功率正比于 H3 與 Q2 的乘積，即正比于 CH3OQ2的面積，功率減少十分明顯的。

　　2、變頻調速技術在污水處理廠的應用

　　曝氣系統的鼓風機和進水系統的潛水泵是污水廠的核心設備，功率較大且都為全天候運轉，因此用變頻器對鼓風機和潛水泵進行變速調節，不僅可以從工藝角度有效控制設備的運轉，而且還可以節省電能，并減少設備的故障率以延長設備的使用壽命。

　　目前，國內的生物處理污水廠大多數采用鼓風曝氣工藝，鼓風機作為污水處理活性污泥法中經常采用的機械設備，對污水處理廠的正常運行起著重要作用。鼓風機的能耗占污水廠總能耗的50%以上，其運行質量的好壞直接關系到污水處理的安全性與經濟性，以及處理后出水水質指標的高低。幾乎全部的城市污水處理工藝都與鼓風曝氣有關。污水處理廠中生物池好氧段的溶解氧濃度對處理結果有很大影響，如果溶解氧濃度太低，出水水質將不能達到排放標準；如果溶解濃度太高，不僅大量浪費電能，還可能使活性污泥上浮同樣會造成出水水質不能達標的現象。通常人工手動調節鼓風機的輸出風量及風壓，無法使生物池內的溶解氧濃度精細化控制在一個穩定的數值，且電能浪費現象嚴重。在鼓風機上增加變頻控制就是為了準確控制生物內池溶解氧的濃度值，從而起到節電和穩定出水水質的作用。

　　實際運用中，生物池好養段的溶解氧濃度由池中的溶解氧儀檢測出并實時傳送給 PLC，PLC 根據設定的所需溶解氧濃度值通過 PID 方式變頻控制鼓風機運行，自動調節出風系統的風量及風壓，使生物池中的溶解氧濃度穩定在設定值。

　　3、變頻器在潛水泵上的應用

　　污水處理廠中的潛水泵的數量一般較多，例如進水提升泵、各種回流泵以及棑泥除砂泵等。這些潛水泵不僅數量眾多功率較大，水頭提升的高度一般都較高。因此，在潛水泵啟動時的急扭與停機時的水錘現象往往會造成管道的松動或破裂，嚴重時可能會造成潛水泵的損壞；同時由于污水處理廠工藝的需要大多數潛水泵都為全天候運轉，電能的消耗也非常大。

　　在潛水泵安裝變頻調速器以后，可以通過延長潛水泵的開啟與停止時間來實現電機的軟起、軟停，從而解決急扭與水錘現象的發生，大大減小潛水泵由于啟動和停止時對機械系統及潛水泵自身的沖擊，而且變頻調速器還可以配合 PLC 以及現場檢測儀表根據不同工況下設定的水位及流量狀態來自動調節潛水泵的轉速，從而起到節能的目的。