供水和污水处置系统是能源消费年夜户，水和污水处置占到美国总用电量的3%~4%。在今朝的经济情况下，在水和污水处置厂找到提高水和能源利用效力的方式，很是具有吸引力。对水和污水处置厂进行能源审计是能源治理人员可以发现机遇，节流资金、能源和水的法子。为此，本文以科罗拉多州的克雷斯特德比特污水处置厂的能源审计进程为例，申明污水处置厂能源操纵的主要性。能源审计经由过程不雅察高耗能装备和工艺，肯定显著的节能机遇。本案例研究可为寻求节能降耗的水和污水处置厂治理人员供给很好的实践经验，旨在提高能源治理人员对水和污水处置在社会总能耗中所饰演脚色的理解。 译者：在东（美国明尼苏达明尼阿波利斯市） 1、介绍 1.1水和污水处置的能源利用 供水和污水处置系统是显著的能源消费者，美国电力耗损的3%~4%用在水和污水的移动和处置。能源利用简直切本钱在分歧的处置厂不同很年夜，约占到总运营本钱的2%~60%。能源代表了一笔可不雅的费用，对污水处置厂，它产生在处置进程中的每一个阶段，包罗从污水搜集处处理后的排放。因为水和污水处置厂的设计和运行目标不是以能源效力为主，当利用能源改良项目资金时，这些系统常被轻忽。但是，年夜量的能源和本钱节俭在经由过程对水和污水处置企业运营调剂和本钱改良中被发现。 运营商、水和污水处置厂治理人员有良多的优先事项，能耗只是此中之一。他们的首要职责包罗：˙到达律例划定以合适客户、公共健康和生态要求；˙在可接管的费率条件下，供给靠得住的办事；˙均衡维修改换和持久欠债、装备前提、延续运行和保护本钱、收入的关系；˙优化运行和保护，下降本钱，庇护资产寿命。分派时候进行能源审计，并进行需要的物理和操作上的改变可发生可不雅的效益。能源审计，可以帮忙肯定最年夜的能源消费装备，发现机遇，改良运营，并监测老旧和表示欠安的装备问题。审计的成果有助在提高能源效力，为市政污水厂下降运营本钱，有益在情况和四周社区。1.2EPA第8地域的合作 美国环保署（EPA）8区办公室为美国西部山区供给办事，包罗科罗拉多、蒙年夜拿、北达科塔、南达科塔、犹他、怀俄明州。2010年10月EPA在第8地域倡议针对公共污水和供水的能源治理合作步履，重点帮忙城市供水和污水处置企业下降能耗，提高靠得住性和运营机能，并最年夜限度地削减对情况的影响。这个项目结合10~15个供水和污水处置厂一路完成以下方针：˙在EPA治理东西中清楚今朝和未来的能源耗损；˙进行工艺能源审计；˙操纵EPA的污水厂和供水厂能源治理指点手册确保可延续成长，开辟一个能源治理打算；˙在EPA第8地域配合实行能源有用操纵，同享功效。为了提高该方案的广度，对没有加入进来的市政举措措施，EPA第8地域打算建立一组案例研究，与其他水和污水厂同享，介绍介入项目标厂和工艺流程，和在优化能源机能进程中的受益和挑战。 图1克雷斯特德比特市,科罗拉多州 2、案例研究：克雷斯特德比特市 2.1布景 作为对项目标撑持，克雷斯特德比特市被要求对污水厂进行能源审计。能源审计首要存眷已存在的、可以经由过程工艺改变和提高可操作性来实现的节能机遇；斟酌优化已有的工艺，晋升节制程度、监控程度和污水厂排水质量；同时也帮忙该市最先跟踪和基准化能源利用。 能源部的国度再生能源尝试室(NREL，由可延续能源结合公司运营)和克雷斯特德比特市合作，ARCADIS公司水部分的MalcolmPirnie、资本有用操纵办公室、Gunnison郡电力协会(GCEA)（作为评估小组）配合进行审计工作。这类合作让这些组织可以撑持当地成长机遇，配合教育社区、水和污水厂若何阐发和到达能源有用节流方针。2.2克雷斯特德比特市污水厂克雷斯特德比特市是科罗拉多西坡的小镇，是美国最年夜的滑雪旅游城市之一。污水厂成立在1997年，办事1500常驻生齿。污水厂处置糊口污水和商务污水，无首要工业污水。污水厂还从克雷斯特德比特水厂领受污泥。 污水厂采取氧化沟工艺，每个月平均日流量最年夜为0.6MGD(2270m3/d)，污水厂有格栅、进水泵、曝气、澄清、紫外消毒和污泥处置举措措施，出水排入斯雷特河，污泥经浓缩脱水后外运填埋。具体工艺流程见图2。 图2克雷斯特德比特市污水厂的工艺流程 2.3能源审计 作为介入EPA项目标一部门，需要对处置工艺进行能源审计。不包括在此次研究的内容是建筑能源审计，包罗评估照明、加热、制冷和透风系统，建筑也有节流资金和能源的潜力。 美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)界说能源审计有3个级别。审计级此外区分是复杂水平和供给信息的具体水平。 图3能源审计级别 对克雷斯特德比特市，履行了级别1的审计，包罗污水厂现场考查，侧重处置工艺流程的能源利用。 级别1审计：˙经由过程现场查询拜访，评估能源耗损和效力，以肯定保护和（或）运营需求，和设备的不足；˙操纵能耗信息，领会利用模式和成立能源基准；˙重点采纳低本钱或无本钱的办法，来估量可以节流的能源和本钱。 2.4汇集信息 工艺流程的能源审计始在清算图纸、运营记实、账单和装备库存，来理解污水厂的能源利用模式。评估小组查抄图纸，寻觅污水厂物理上的设计引发的运行或能源问题。例如，图纸显示今朝的消融氧（DO）计量装配位在氧化沟的缺氧位置，这个设置对节制氧量或氧化沟运行不会有准确的反馈，典型的更有用位置是让丈量装配位在有氧的位置，如接近沟的排水处。 运行记实和参数，如BOD和TSS用来分辨进水和污水厂运行质量。按照进水水质的较着分歧，污水厂的运行数据被用来成立三个“工作季”，反应了姑且生齿和入渗引发的搜集系统全年的转变。三个季的前提总结以下：˙季候1（10月—3月）：低流量，低负荷[BOD、TSS天天基在1磅(0.45kg)]，低污水温度；˙季候2（4月—6月）：低流量，平均负载，较低污水温度；˙季候3（7月—9月）：平均流量，高负荷，高污水温度。评估小组审查装备，以肯定装备的春秋和功率，并在厂内肯定首要的能源耗损者。首要的能源耗损装备，包罗它们的典型运行和节制信息，扼要总结在表1。这些信息用来侧重审计首要的能源耗损工艺，最年夜化能源节流机遇。 表1克雷斯特德比特市污水厂：首要能源耗损装备 2.5现有的工艺机能 评估小组和工场运营人员对每一个工艺都进行了具体的会商，领会机能趋向和存眷点。对污水处置厂的工艺机能和运营策略的一般性定见以下。 （1）进水泵送/前端处置 进水系统包罗3台泵：泵1，功率为3.5kW；泵2和3（一用一备），功率均为13kW。泵2按照监测污水井的液位持续运行。所有的泵都带变频器。 （2）曝气/氧化沟 污水厂的氧化沟采取好氧法去除BOD和氨，沟内存在厌氧区供给反硝化、恢复碱性和下降需氧量。氧化沟利用55kW马力曝气机，带变频器，按照天天的消融氧浓度手动调理运行。按事理，变频器应当经由过程获得系统信息主动调理来节流能源，而不是经由过程手工调剂。在氧化沟的厌氧区有两个主动运行的搅拌器。今朝的DO丈量仪位在厌氧位置，没有运行。 （3）澄清 污水厂有两个澄清池，一个持续运行，另外一个在高流量时辅助运行。 （4）紫外消毒 紫外消毒的设计流量为1.3MGD（4900m3/d）(是污水厂最年夜流量的两倍)。系统今朝两组同时运行。污水厂操作人员每一年改换一次紫外线灯，做预防性保护。 自从2008年以来，排水中的粪年夜肠杆菌平均浓度为8.3个/100mL，7d平均值为214.3个/100mL。划定答应排放的菌群浓度为1372个/100mL(30d平均值)和2744个/100mL(7d平均值)。从今朝的运行成果来看，年夜肠杆菌程度远远低在答应值。 （5）污泥处置 污水厂有一套自热式高温好氧消化（ATAD）系统，因为臭气缘由没有运行。所以，今朝污泥在污泥罐浓缩后，送到浓缩污泥存储罐暂存。因为今朝污水厂在更改管道，污泥必需泵送到ATAD存储罐，然落后入离心计心情脱水。虽然如许可以供给更多的存储量，削减去填埋的次数，但却要求ATAD存储罐的鼓风机（功率为11kW）一向运行。别的，离心计心情的功率为30kW，变频节制，可是首要以一个速度运行。离心计心情每周装满一个20立方码（15m3）的垃圾箱。离心计心情出水颠末管路送到氧化沟，可能会影响氧化沟工艺机能。 2.6污水厂实地不雅察 按照这些运行参数，评估小组履行了级别1的污水厂实地不雅察。这项工作包罗目视查抄来辨认操作或保护问题，从污水厂首要装备上搜集能源数据。这些信息被该市用来评估运行和保护发生的本钱节流，和资金投入改良污水厂举措措施的优先顺序。 GCEA在审计进程中与评估小组协作，丈量首要装备现实下降的用电量，包罗污泥转运泵和鼓风机增添15min运行时候来记实现实电耗。利用一致的时候距离来丈量功耗，答应足够时候肯定开关机时的电耗。这些信息被该市用来肯定举措措施改良的优先顺序。 图4搜集紫外消毒系统的功耗信息 审计进程中，丈量了氧化沟的消融氧浓度来肯定曝气效力。操纵这些浓度数值建立了一个消融氧浓度模子，用来更好地舆解污水厂的运行。 图5丈量消融氧 按照进水水质、温度、汗青消融氧浓度、凡是曝气速度、消融氧测试成果，成立BioWin模子。利用这个工艺模子，评估小组肯定了此刻的曝气机已利用了15年摆布，与新的曝气机比拟，转换效力很低，这意味着按照此刻的消融氧程度，污水厂利用了更多的能量来驱动这个曝气机。 2.7首要的能源节流机遇 按照污水厂的运行信息和审计搜集的资料，评估小组向污水厂提出了节能建议。 （1）进水泵/前端处置 供给给污水厂的流量信息申明入渗和入流(I I)在季候2（4月—6月）是个问题。为减缓这些问题，肯定搜集系统中的泄露和分裂区域会有所帮忙。这些信息将有助在肯定优先挨次，维修或改换系统管路。另外一个给污水厂的最好实践是量身定制前端处置的运行策略，以合适3个分歧季候要求。按照典型的逐日流量情势，进水泵1可以在季候1(10月—3月)的夜晚和白日低流量时利用，在季候3（7月—9月）的夜晚低流量时利用。按照进水泵1的利用年限，该市斟酌改换成更高排量的变频泵，以应对污水井的波动，这在增添流量的同时削减了另外一台更年夜功率泵的利用。 （2）曝气/氧化沟 氧化沟的消融氧含量测试，连同其他运行数据，显示曝气机没有有用运行。在污水厂中它带有功率最年夜的机电，曝气机行将到达利用寿命，评估小组建议改换成更节能的装备。污水厂也斟酌在接近出水位置安装一个新的消融氧丈量仪和（或）氨传感器，以更有用地监控氧化沟机能。把这个丈量计毗连到监控中间（SCADA）系统，将可以持续监控和节制消融氧量。 假如这些消融氧读数用在主动节制曝气机速度，可以加倍节能。更好的改变是，搅拌器被建议只有在曝气机不运行的时辰才开启，这将可以更多地下降工艺运行进程中的能耗。 图6氧化沟的曝气机 （3）紫外消毒 今朝紫外消毒系统的运行基在1.3MGD（4700m3/d）的流量。因为今朝最年夜流量是0.6MGD(2300m3/d)，低在设计流量的一半，污水厂跨越了尺度要求。同时，评估小组建议污水厂只利用一组紫外系统，而不是全数。由于紫外系统设计远超污水厂现实，污水厂可以和制造商一路点窜系统来节能，移除一些灯管，革新或断电一些镇流器。把紫外消毒系统毗连到监控中间（SCADA）也能够提高节制效力。 污水厂也斟酌削减改换灯管的频率——制造商建议灯管寿命为13500h或1.5年。今朝的环境是改换灯管固定在年保护记实日程上，无关真实运行时候。耽误灯管改换距离会节流材料本钱和污水厂的烧毁物量。 （4）污泥处置 今�����hth.txt朝的污泥处置工艺效力低，由于利用了已有的ATAD系统管道来进入离心计心情脱水。污水厂斟酌更改管道来让污泥直接从浓缩罐进入离心计心情，绕开ATAD系统。改变后系统内的转运和泵送将会削减。 污水厂的一个首要产物是市政污泥或称生物污泥。直到二三十年前，第8区的污水厂对污泥的尺度处置都是填埋或燃烧。今天，很多污水厂将污泥进行有益操纵，在第8区中85%的污泥今朝都被轮回操纵了，最多见的是用在泥土添加剂和肥料，施放到农田，或修复泥土。 克雷斯特德比特市污水厂可以研究措置污泥所需要的能耗，把本来的污泥填埋改变为制成农业肥料。措置污泥到A级或B级需要更多的能耗，但可以削减利用卡车外运污泥至填埋场，削减温室气体排放，避免填埋措置的持久环保承担。 （5）削减进水流量 切确定位搜集系统的入流和入渗问题位置，可以帮忙污水厂集中维修和改换工作。地下水的入渗多是最年夜的进水来历。常常洁净、查抄、修复搜集系统管道内壁可以最年夜限度地削减入渗和下降污水处置量。 （6）社区撑持 活跃的社区规模对话是另外一个很主要的削减污水厂进水量的方式。和社区互动，推行环保理念，采纳步履如安装节水装配，可以显著削减进水流量并节流能源。 节能建议和估量可节流的本钱见表2。这些建议分为短时间机遇（包罗低本钱和顿时可以实行的）和持久机遇（可能需要更好的打算和资金撑持）。表2显示，曝气工艺可觉得该市供给最年夜的节能和省钱机遇。 表2节能建议 2.8下一步 该市将更深切量化能源节流，实行建议和最先能源治理打算。 能源治理打算将成立目标和方针，来丈量节能的进度和改良资金利用，提高污水厂运行保护程度。更进一步的信息，即若何利用这些信息可以在EPA的指点手册中找到。 该市的污水厂和EPA的投资司理一路用能耗信息作为基准，和其他污水厂进行比力。投资司理可以帮忙该市确认未来的节能机遇，改良机能，优化投资。 3、斟酌的策略 该市的研究是一个绝佳的案例，履行能源审计可以提高一个污水厂或社区能源司理对水厂和污水厂能源节流的理解。下文为一个简短的针对几个首要能源节流策略的概述。污水厂和社区能源司理愿意斟酌若何将这些策略（表3）实行到他们的厂。愿意制订和实行周全能源治理打算的业者，感爱好的读者可以从浏览EPA的“确保可延续成长的将来”：《污水厂和水厂的能源治理指点手册》最先。 3.1工艺能源 当进行能源审计时，请专注在厂内最年夜的能源耗损者。这个可以按照查阅图纸、标牌或丈量装备能耗来肯定。曝气工艺对年夜部门污水厂来讲是最年夜的能源耗损者，典型的污水厂能耗情势以下图所示。 图7典型污水厂的能源耗损者 3.2运行节制 运行一个污水处置厂不成能“一个规格所有人合用”。按期评估进水和出水趋向可以帮忙污水厂量身定制响应的运行策略。这些参数可能随季候、时候的分歧而分歧，和/或有其他怪异的参数。系统节制利用中控（SCADA）反馈和变频节制可以优化出水质量和能源耗损。这类均衡是持续的进程，污水厂司理必需留意，更高的排放质量凡是意味着更高的能源耗损。到达质量和能量之间的完善均衡是最终方针。 图8质量vs能量 3.3维修和改换 作为资金打算的一部门，最好的方式是污水厂按期评估状况、机能和工艺装备的利用寿命。年久的装备机能更差，可能维修起来更加昂贵，凡是比新装备能耗高。当进行能源审计时，装备春秋和运行效力是首要斟酌身分。评估预防性保护操作可以确保装备遭到恰当的保护，到达利用要求。 3.4生物污泥 在供给更高质量的生物污泥和随后的能耗之间，有着显著的环保和财政衡量。当评估污泥措置和抛弃选项时，下面的身分是污水厂需要重点斟酌的： ˙运输：污水厂和填埋场的距离，输送污泥的本钱； ˙附加本钱：处置费和可能发生的填埋附加措置费； ˙收入：污水厂可能从作为泥土添加剂的污泥获得的收入； ˙碳排放：填埋污泥比泥土操纵会造成更高的碳排放； ˙可延续成长：利用生物污泥削减填埋需乞降合成肥料需求，可以帮忙棕地复垦和恢复植被。 3.5入渗、入流和泄露 污水搜集系统是污水厂的另外一个节能机遇。相当数目的能源华侈在处置经破坏管道入渗的地下水。一样，搜集系统的裂痕和泄露增添了污水泵的能耗。尽力查找入渗和入流区域，分裂和泄露，让污水厂能直接进行补缀和改换，会极年夜地帮忙节流能源和资金。 3.6实地再生能源 最好的实践是寻觅机遇在污水厂进行现场再生能源制造。除提高能源效力，再生能源是另外一个节流能耗和资金的有用路子。所有的再生资本都可以在社区找到，风、太阳能、水、本地的烧毁物，或许可以被看做是潜伏的能量来历。选择和安装可再生系统，最年夜化能源出产。污水厂采取厌氧消化供给了一个怪异的现场制造热能和电能的机遇，经由过程搜集沼气作为燃料发生能源。 3.7庇护 有用的社区沟通可以年夜幅度削减水的利用和污水的发生。可以鼓励社区成员、商家和企业削减其用水量。经由过程打折收费供给低流量装配，进行用水审计，和/或利用倒挡费率布局，如许可以年夜年夜削减待处置的污水量，并显著下降能源利用。经由过程公共教育打算增进人们改变行动是增进庇护的另外一个主要办法。只要处所水权答应，最年夜限度地操纵“合适用处”或反复利用水可视为另外一种庇护策略。 表3总结了可能用在市政污水厂来提高能源效力的策略。 表3市政污水厂的能源效力策略 4、资本 NREL供给数百个有效的东西条目，作为开放能源信息倡议（OpenEI）。OpenEI是答应用户为了在可再生能源和能源有用性方面同享资本，输入信息到数据库里的百科全书。 NREL经由过程美国联邦打算供给有限的手艺协助。在这些打算中，公司可以申请接管NREL的手艺撑持，理解并有用操纵能源，操纵再生能源手艺：5结语 美国克雷斯特德比特市的研究注解了能源审计的主要性，让社区能源治理人员可以熟悉和操纵污水厂里的节能机遇。尽力提高能源模式和效力，是所有社区可采纳的最好做法。经由过程跟踪能源的利用，定立基准，并改良运营，所有社区都可以最先尽力削减能源的利用，实现本钱节俭。
