能耗是目前国内外污水厂所面临的一个共同问题，高能耗导致污水处理设施运营成本高，且在一定程度上加剧了我国现阶段能源紧缺危机。如何能降低能耗、更有效的利用能源、提高水处理能力是亟待解决的重要课题。国际上的发达国家在污水处理节能方面进行了很多实践与研究，而国内的污水处理行业则侧重在设施的建设方面，对污水处理的节能降耗及其运营优化等方面尚未进行系统研究。另一方面，由于污水处理工艺系统复杂、动态变化大，而且水处理能量分析涉及到污水处理工艺学、化学反应工程学、生物反应工程学、热力学与微生物学等多个方面，理论研究还不够完善。因此，我国在建设城市污水处理厂进行工艺系统选择时，关键因素首先考虑的还是对水质的处理效率和建设费用以及工艺的可持续性，而与能耗相关的运行费用只是作为一种重要比较因素。

　　因此，针对目前我国污水处理行业的具体状况，通过对新工艺的研发与应用、运行的优化调控、设施设备的改良改造、先进控制的应用，对形成系统的污水处理节能降耗技术具有重要意义。

　　1、城市污水处理厂能耗控制理论基础

　　污水处理厂的运行过程中，实际电能消耗与污水处理厂的处理规模、原水水质特征、处理工艺的选择以及排放标准等因素有关，这其中污水及污泥的提升、生物处理的供氧以及污泥处理这几个工艺过程不仅是出水水质保障的核心，也是电能效耗的重点，仅前两个工艺过程的电能消耗量一般要占整座污水处理厂直

　　接能耗量的 60％以上。污水处理中鼓风机、进水泵等工艺设备进行控制和调节，使各系统风量、水流量等负荷工况参数按照负荷的实际情况得到适时的调节，不但能改善系统的调节品质，达到阀门、风门节 / 回流调节、变极调速等落后的调节方式所不能相比的调节性能，更能节省大量电能，降低运营成本。因此解决好运行过程中风机水泵的电能降耗就成为了一座污水处理厂节能降耗的重点。那么，如何有效降低风机水泵的能耗呢？

　　一般来说，污水处理厂中的风机水泵类负载较多是根据满负荷工作需用量来选型，但在实际运行过程中该类设备大部分时间并不需要满负荷状态工作，因此会产生一部分不必要的能耗；另一方面，由于风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性，很难进行变速调节，只能依靠节流调节对管道上的风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量及水泵流量，但这种操作会增加管路的阻力，从而增大管路系统的损失，导致能耗损失大，不利于风机、水泵的节能运行。通过交流电机的调速可以在一定程度上缓解这种能耗，这其中变频调速是最高效的一种调速、节能手段。变频调速的主要特点在于其无附加转差损耗、效率高、调整范围比较宽，特别适合于低流量运行较多或启停运行频繁的风机水泵类，它可以实现水泵风机的无级调速，并可方便的组成闭环控制系统，实现恒压或恒流量控制。风机水泵变频调速的节能原理如图 1 所示。

　　图 1 离心风机水泵的风压、（水压）H-风量（流量）Q 曲线特性图

　　其中：

　　n1：风机水泵 在额定转速运行时的特性；

　　n2：风机水泵降速运行在 n2 转速时的特性；

　　R1：代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性；

　　R2：风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

　　从图可以看出，风机水泵在管路特性曲 R1 工作时，工况点为A，其流量压力分别为 Q1、H1，此时风机水泵所需的功率正比于H1 与 Q1 的乘积，即正比于 AH1OQ1 的面积。由于工艺要求需要减小风量（流量）到 Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机水泵的工作点移到 R2 上的 B 点，风压（水压）增大到 H2，这时风机水泵所需的功率正比 H2Q2 的面积，即近比广 BH2OQ2 的面积，显然风机水泵所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速，风机水泵转速由 n1 下降至 n2，这时工作点由 A 点移到 C 点，流量仍是 Q2，压力由 H1 降到 H3，这时变频调速后风机（水泵）所需的功率正比于 H3 与 Q2 的乘积，即正比于 CH3OQ2的面积，功率减少十分明显的。

　　2、变频调速技术在污水处理厂的应用

　　曝气系统的鼓风机和进水系统的潜水泵是污水厂的核心设备，功率较大且都为全天候运转，因此用变频器对鼓风机和潜水泵进行变速调节，不仅可以从工艺角度有效控制设备的运转，而且还可以节省电能，并减少设备的故障率以延长设备的使用寿命。

　　目前，国内的生物处理污水厂大多数采用鼓风曝气工艺，鼓风机作为污水处理活性污泥法中经常采用的机械设备，对污水处理厂的正常运行起着重要作用。鼓风机的能耗占污水厂总能耗的50%以上，其运行质量的好坏直接关系到污水处理的安全性与经济性，以及处理后出水水质指标的高低。几乎全部的城市污水处理工艺都与鼓风曝气有关。污水处理厂中生物池好氧段的溶解氧浓度对处理结果有很大影响，如果溶解氧浓度太低，出水水质将不能达到排放标准；如果溶解浓度太高，不仅大量浪费电能，还可能使活性污泥上浮同样会造成出水水质不能达标的现象。通常人工手动调节鼓风机的输出风量及风压，无法使生物池内的溶解氧浓度精细化控制在一个稳定的数值，且电能浪费现象严重。在鼓风机上增加变频控制就是为了准确控制生物内池溶解氧的浓度值，从而起到节电和稳定出水水质的作用。

　　实际运用中，生物池好养段的溶解氧浓度由池中的溶解氧仪检测出并实时传送给 PLC，PLC 根据设定的所需溶解氧浓度值通过 PID 方式变频控制鼓风机运行，自动调节出风系统的风量及风压，使生物池中的溶解氧浓度稳定在设定值。

　　3、变频器在潜水泵上的应用

　　污水处理厂中的潜水泵的数量一般较多，例如进水提升泵、各种回流泵以及棑泥除砂泵等。这些潜水泵不仅数量众多功率较大，水头提升的高度一般都较高。因此，在潜水泵启动时的急扭与停机时的水锤现象往往会造成管道的松动或破裂，严重时可能会造成潜水泵的损坏；同时由于污水处理厂工艺的需要大多数潜水泵都为全天候运转，电能的消耗也非常大。

　　在潜水泵安装变频调速器以后，可以通过延长潜水泵的开启与停止时间来实现电机的软起、软停，从而解决急扭与水锤现象的发生，大大减小潜水泵由于启动和停止时对机械系统及潜水泵自身的冲击，而且变频调速器还可以配合 PLC 以及现场检测仪表根据不同工况下设定的水位及流量状态来自动调节潜水泵的转速，从而起到节能的目的。