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摘要：本文以小榄自来水厂为例，针对电耗和药耗存在的问题，从技术和经济上进行分析，提出节能降耗的有效实践办法。主要通过送水泵机组的搭配、水泵叶轮切割、空压机变频改造、排泥车改造、排水回用和半自动投加系统这几方面来阐述自来水厂的降耗技术。
关键词：自来水厂 节能降耗 技术
一、引言
随着社会的不断发展，企业管理的逐步完善，以节能降耗为中心的科学发展观渐渐被各界人士所重视。自来水厂作为用电耗能大户，在整个制水成本中，电力消耗占了约40%。除此之外，随着水资源费的上涨，企业制水成本更加加剧，增长约18%，这使得节能降耗、提高水的利用率显得更加重要。
二、节能降耗方法
1.送水泵机组搭配。
自来水厂日内供水量的变化较大，根据我厂经验，一般的供水高峰期为中午11点至12点和下午6点至夜晚11点，而低峰期为凌晨3点至早上6点，高低峰供水量差额达60%。可见，合理的送水泵机组搭配，保持机组的高效运转，能有效地提高用电效率。电耗主要受清水池水位和供水压力影响，通过高低功率水泵的不同搭配，2016年的用电量比2015年下降约4.4%，共节省40多万元。可见，合理的送水泵机组搭配，能起到有效的节能降耗作用。
2.水泵改造。
自来水厂用电主要在水泵上，其中取水泵房和送水泵房占90%以上，故降低水泵的电耗能最直接地降低用电成本。目前，节能改造水泵的方法有三种：（1）更换水泵，选择效率更高，更符合生产需求的水泵；（2）安装高压变频调速设备；（3）切削叶轮。方法一，需要重新投入资金，且涉及改动的设施多，施工周期可能过长，故并不适用。方法二，变频设备价格不菲，改造投资周期长，同样也不适用。方法三，如果切削计算准确，切削方法恰当，既投资少又周期短，是节能改造的可行办法，但只能用在需要减少水泵流量、扬程和功率的情况下。根据切割定律和定流量切割计算，对小榄自来水厂B厂二级3#水泵叶轮直径切削20mm，切削后水泵扬程由47米下降为44米，单耗由148.0KWH下降到137.1KWH，一年约节省15万元电费。
3.空压机改造。
针对传统空压机系统存在的缺点，对其加装变频器调速和PLC控制相结合的自动恒压变速供气系统能有效地提高空压机的使用寿命和减少电源浪费。小榄自来水厂安装一台国产22KW的国产变频器，根据PLC发送的数据值调节空压机转速来调节气量，使得供气量和用气量达到平衡，同时将变频器的运行参数反馈到PLC。通过对比改造前后的电流发现，一年可节约电费为7万元。
4.排泥车改造。
定期启动排泥车清理平流沉淀池淤泥是确保水质稳定的重要方法。但是目前大部分排泥车的运行方式都是根据生产经验来确定设备的运行时间，且排泥车的行进方式单一，不符合池底淤泥的分布情况，从而导致排泥水的含固率普遍较低，浪费大量的水资源，造成水厂制水成本的增加。因此，为了降低生产和改造成本，在不更换整套排泥车设备的基础上，对其运行方式和排泥方式进行改造显得尤为重要。针对我厂现时设备的运行状况，对排泥车进行如下改造。增加挡泥板和改变行车方式，在排泥车穿孔排泥管的后方安装与穿孔排泥管长度相当、高度约500mm的挡泥板。排泥车正走时不需要进行排泥，随着挡泥板的泥层逐渐增多，当堆积到一定的高度时（略低于挡泥板高度）就会触发信号并进行排泥，排泥时间约3分钟。3分钟后关闭排泥阀，排泥车继续行走，直至挡泥板再次触发排泥信号，如此循环直至到达终点，然后自动返回起点。改用气动阀门，由于整个排泥过程中，排泥信号由改造前的一個增加为改造后的多个，使得真空泵的启动次数增加，导致不必要的用电和设备的损耗。因此，在排泥管的出口前安装了自行研制的气动阀门，大大降低真空泵的启动次数（在管道没有泄漏的情况下真空泵启动次数为零），同时将气动阀门以下的DN150管道改成DN100，提高泥水的含固率。改造后，排泥水含固率由0.6%上升至6.2%，增长了933%。同时，气动阀门的应用和排泥车行走的方式改变使得排泥时间大大缩短，由原来的62分钟缩短为12分钟。单次排水量由365m3缩减为65m3，一年大约节省60000m3排泥水，约1.2万元。（按照5万m3供水规模的效益）
5.排水回用。
小榄自来水厂从2016年初对生产的排水进行收集，并对平流自净后的水样化验。经过4个月的数据收集，运用综合指数评价法对水质进行分析，并与同期河水作比较，得出平流自净后的排水属于二类水资源，符合地表水环境质量标准。其后，邀请华中科技大学教授到现场勘查和评估，并得到专家对水质状况的肯定，最终对排水进行回用。截止2016年底，共回用水量达80多万立方米，约节省13万元。
6.半自动投加系统。
过往自来水厂自动化程度不高，多是以人工经验控制投药量或者观察平流池入口处的矾花来判断药量是否足够。对于河水水质变化情况较大时，往往难以找准最佳投药浓度，导致不必要的浪费。而且，由于聚合氯化铝对原水的pH，浊度和温度的适应性强，使其投加范围广而导致过药量的表现不明显，容易造成浪费。针对存在的问题，小榄自来水厂采用一套半自动的投加系统，根据人工设定的矾耗目标，系统自动改变加药泵的频率和冲程来控制投矾量。除此之外，由于加药泵设有最低的投加量限制，在浊度较低的情况下，不能再系统地降低它的投加量，于是只能对矾液进行稀释投加。根据多次的投加试验，在河水浊度低于10NTU时，对10%的矾液再稀释至4%后投加，能保证供水安全的同时又能进一步
三、未来发展方向
我国部分自来水厂的地势差较大，利用自重流即可完成整个制水的过程。恰好在这过程中，我们可以利用水头落差来产生电力，帮助我们降低生产成本。自来水厂大多数构筑物顶部都是以绿化覆盖或平顶为主，这为太阳能发电提供了重要的基础。从目前的应用案例效果来看，20万平方米的面积全年发电量约2200万千瓦时。从这一数据看，该发电效率足以满足自来水厂的生产需求。不过，光伏发电需要解决生产过程中氮氧化物和硫化物的产生问题和缺乏政策性鼓励后的成本问题，才能更加迅速地被接纳和应用。总体来说，利用水厂各构筑物楼顶或绿化面积安装光伏设备发电在未来是可行的。
参考文献：
[1] 张雪冰，王新元.叶轮切削节电技术应用[C]，石油和化工优秀论文集， 2012：356-359。
[2] 杨茹.变频器在空压机自动恒压供气节能改造中的应用[J]，冶金电气， 2008（24）：30-33。
（作者单位：中山市小榄水务有限公司）
关键词：自来水厂 节能降耗 技术
一、引言
随着社会的不断发展，企业管理的逐步完善，以节能降耗为中心的科学发展观渐渐被各界人士所重视。自来水厂作为用电耗能大户，在整个制水成本中，电力消耗占了约40%。除此之外，随着水资源费的上涨，企业制水成本更加加剧，增长约18%，这使得节能降耗、提高水的利用率显得更加重要。
二、节能降耗方法
1.送水泵机组搭配。
自来水厂日内供水量的变化较大，根据我厂经验，一般的供水高峰期为中午11点至12点和下午6点至夜晚11点，而低峰期为凌晨3点至早上6点，高低峰供水量差额达60%。可见，合理的送水泵机组搭配，保持机组的高效运转，能有效地提高用电效率。电耗主要受清水池水位和供水压力影响，通过高低功率水泵的不同搭配，2016年的用电量比2015年下降约4.4%，共节省40多万元。可见，合理的送水泵机组搭配，能起到有效的节能降耗作用。
2.水泵改造。
自来水厂用电主要在水泵上，其中取水泵房和送水泵房占90%以上，故降低水泵的电耗能最直接地降低用电成本。目前，节能改造水泵的方法有三种：（1）更换水泵，选择效率更高，更符合生产需求的水泵；（2）安装高压变频调速设备；（3）切削叶轮。方法一，需要重新投入资金，且涉及改动的设施多，施工周期可能过长，故并不适用。方法二，变频设备价格不菲，改造投资周期长，同样也不适用。方法三，如果切削计算准确，切削方法恰当，既投资少又周期短，是节能改造的可行办法，但只能用在需要减少水泵流量、扬程和功率的情况下。根据切割定律和定流量切割计算，对小榄自来水厂B厂二级3#水泵叶轮直径切削20mm，切削后水泵扬程由47米下降为44米，单耗由148.0KWH下降到137.1KWH，一年约节省15万元电费。
3.空压机改造。
针对传统空压机系统存在的缺点，对其加装变频器调速和PLC控制相结合的自动恒压变速供气系统能有效地提高空压机的使用寿命和减少电源浪费。小榄自来水厂安装一台国产22KW的国产变频器，根据PLC发送的数据值调节空压机转速来调节气量，使得供气量和用气量达到平衡，同时将变频器的运行参数反馈到PLC。通过对比改造前后的电流发现，一年可节约电费为7万元。
4.排泥车改造。
定期启动排泥车清理平流沉淀池淤泥是确保水质稳定的重要方法。但是目前大部分排泥车的运行方式都是根据生产经验来确定设备的运行时间，且排泥车的行进方式单一，不符合池底淤泥的分布情况，从而导致排泥水的含固率普遍较低，浪费大量的水资源，造成水厂制水成本的增加。因此，为了降低生产和改造成本，在不更换整套排泥车设备的基础上，对其运行方式和排泥方式进行改造显得尤为重要。针对我厂现时设备的运行状况，对排泥车进行如下改造。增加挡泥板和改变行车方式，在排泥车穿孔排泥管的后方安装与穿孔排泥管长度相当、高度约500mm的挡泥板。排泥车正走时不需要进行排泥，随着挡泥板的泥层逐渐增多，当堆积到一定的高度时（略低于挡泥板高度）就会触发信号并进行排泥，排泥时间约3分钟。3分钟后关闭排泥阀，排泥车继续行走，直至挡泥板再次触发排泥信号，如此循环直至到达终点，然后自动返回起点。改用气动阀门，由于整个排泥过程中，排泥信号由改造前的一個增加为改造后的多个，使得真空泵的启动次数增加，导致不必要的用电和设备的损耗。因此，在排泥管的出口前安装了自行研制的气动阀门，大大降低真空泵的启动次数（在管道没有泄漏的情况下真空泵启动次数为零），同时将气动阀门以下的DN150管道改成DN100，提高泥水的含固率。改造后，排泥水含固率由0.6%上升至6.2%，增长了933%。同时，气动阀门的应用和排泥车行走的方式改变使得排泥时间大大缩短，由原来的62分钟缩短为12分钟。单次排水量由365m3缩减为65m3，一年大约节省60000m3排泥水，约1.2万元。（按照5万m3供水规模的效益）
5.排水回用。
小榄自来水厂从2016年初对生产的排水进行收集，并对平流自净后的水样化验。经过4个月的数据收集，运用综合指数评价法对水质进行分析，并与同期河水作比较，得出平流自净后的排水属于二类水资源，符合地表水环境质量标准。其后，邀请华中科技大学教授到现场勘查和评估，并得到专家对水质状况的肯定，最终对排水进行回用。截止2016年底，共回用水量达80多万立方米，约节省13万元。
6.半自动投加系统。
过往自来水厂自动化程度不高，多是以人工经验控制投药量或者观察平流池入口处的矾花来判断药量是否足够。对于河水水质变化情况较大时，往往难以找准最佳投药浓度，导致不必要的浪费。而且，由于聚合氯化铝对原水的pH，浊度和温度的适应性强，使其投加范围广而导致过药量的表现不明显，容易造成浪费。针对存在的问题，小榄自来水厂采用一套半自动的投加系统，根据人工设定的矾耗目标，系统自动改变加药泵的频率和冲程来控制投矾量。除此之外，由于加药泵设有最低的投加量限制，在浊度较低的情况下，不能再系统地降低它的投加量，于是只能对矾液进行稀释投加。根据多次的投加试验，在河水浊度低于10NTU时，对10%的矾液再稀释至4%后投加，能保证供水安全的同时又能进一步
三、未来发展方向
我国部分自来水厂的地势差较大，利用自重流即可完成整个制水的过程。恰好在这过程中，我们可以利用水头落差来产生电力，帮助我们降低生产成本。自来水厂大多数构筑物顶部都是以绿化覆盖或平顶为主，这为太阳能发电提供了重要的基础。从目前的应用案例效果来看，20万平方米的面积全年发电量约2200万千瓦时。从这一数据看，该发电效率足以满足自来水厂的生产需求。不过，光伏发电需要解决生产过程中氮氧化物和硫化物的产生问题和缺乏政策性鼓励后的成本问题，才能更加迅速地被接纳和应用。总体来说，利用水厂各构筑物楼顶或绿化面积安装光伏设备发电在未来是可行的。
参考文献：
[1] 张雪冰，王新元.叶轮切削节电技术应用[C]，石油和化工优秀论文集， 2012：356-359。
[2] 杨茹.变频器在空压机自动恒压供气节能改造中的应用[J]，冶金电气， 2008（24）：30-33。
（作者单位：中山市小榄水务有限公司）