污水处理厂电气设计及节能对策分析

　　刘阳

　　【摘 要】为追求可持续性发展，社会各界日益关注污水处理。高效的污水处理有助于创造更健康的环境，但也意味着污水处理厂处理程序的复杂化，对其中电气设计提出了更高的标准。在这一背景下，相关工作人员应以高质、高效为前提，秉持节能理念，将节能概念有机融入电气设计中，以确保污水处理的有效性和节能性得到实质性的提升。文章深入分析污水处理厂电气设计及其节能设计方法，旨在为相关从业者提供有益的参考，以推动污水处理行业的可持续发展。

　　【关键词】污水处理厂；电气设计；节能

　　引文

　　电气设计在污水处理过程中发挥着举足轻重的作用，电气系统能否正常运行关系着污水的处理效率。设计精良的电气系统不仅可以实现对各大污水处理设备的有效监督，同时还关系着污水处理的最终效果，辅助整个污水处理过程的安全有序进行。此外，合格的电气设计还能够为污水处理收集、分析数据，并提供数据分析结果，实现对污水处理过程的远程监控从而实现资源的合理配置，更好地提高处理效率。然而，电气系统也存在着显著的能源消耗弊端，在全球能源危机加剧的情况下，思考如何科学地应用电气系统实现污水处理的同时降低耗能显得尤为重要。

　　一、污水处理厂电气设计相关概述

　　（一）污水处理厂污水处理

　　污水处理是一项综合的环保工程，旨在有效清除城市和工业区域产生的废水中的污染物，以确保排放水质符合环保标准。该过程涵盖物理、化学和生物处理阶段，配合先进的电气设备以实现高效处理效果。首先，通过预处理单元，如格栅和沉淀池，去除大颗粒杂质和沉淀物，为后续处理创造条件。电气设备在此阶段的运行监控和控制起着关键作用。接着，化学处理阶段使用各种药剂协同作用，以去除废水中的溶解性有机物和无机物，同时电气系统输配电系统确保化学剂的稳定供应。最后，通过生物处理，利用微生物将有机废物降解成稳定的无害产物，而电气控制系统则协调整个生物反应过程。整个过程中，电气设备的设计和运行保障了污水处理过程的高效性和可靠性，为环保的实现提供了重要支持。[1]。

　　（二）污水处理厂电气设计

　　电气设计在污水处理厂的污水处理过程中发挥着关键作用，极大地影响着污水处理系统的运作效率以及稳定性，因此其组织架构也需具备极强的精密性。电气设计需要考虑类型、组织布局、组成架构等多个方面。进行选型时，必须充分考虑设备的性能、运作的稳定性等条件。在进行布局时，需要结合设备功能、设备之间的联系以及整体系统的需要进行设计，在发挥每个设备的功能的同时实现设备利用的最优化，确保空间的利用率等。另外，从组成架构层面来看，电气系统与多个系统之间联系密切，在设计时需要充分考虑系统与系统之间的协同性，根据各个系统的功能规划和完善回路，确保运行的可行性和稳定性。总而言之，污水处理厂中的电气设计应该在实现良性运转的同时保障运作的稳定性与灵活性。

　　二、污水处理厂电气设计原则

　　（一）可靠性与稳定性原则

　　在对污水处理厂进行电气设计时，需要坚持贯彻可靠性和稳定性这两个重要原则，这是污水处理厂进行电气设计时所必须重视的两个因素。所谓可靠性原则，就是在进行电气设备选择时要关注设备的质量以及性能，选择高质量且更加耐用的设备，从而从材质方面确保在面临危急情况时也能平稳运作，不妨碍污水处理效率。同时，为了应对处理过程中多种可能的突发情况，需要合理安排备用设备并进行一定的冗余设计，以此防止因某一突发因素而引起的整个污水处理系统的运作中断。另外，建立起完善的运作系统后，需要对各个设备进行定期的检修以及保养、维护，防范并有效化解因设备故障而引发的风险。而所谓稳定性，就是利用多种监测技术对系统开展检查监督，发现并及时处理各项问题，确保电气系统在不同情况下也能正常运作。综上，遵循可靠性与稳定性两个原则能够有效防范化解污水处理过程中可能存在的多种危机，保障处理系统运作的连续性与高效性。

　　（二）安全性与合规性原则

　　在污水处理厂的电气设计中，安全性与合规性原则是不可忽视的关键考量。确保电气系统符合相关的安全标准和法规，是保障运行人员和设备安全的首要任务。采用符合规定的电气设备，设计系统时要考虑降低潜在的电气安全风险，通过合适的防雷和接地措施来确保电气系统的安全性。合规性原则要求系统设计和运行符合环保法规和标准，避免对环境产生负面影响。通过定期的安全检查、培训和设备维护，可确保电气系统始终处于符合规定的安全和合规状态，保障运行的可持续性。这一原则的遵循不仅关系到设备和人员的安全，也是对环境和社会责任的一种体现。[2]

　　（三）维护友好性原则

　　在污水处理厂的电气设计中，维护友好性原则至关重要。该原则强调设计电气系统时应考虑到维护的方便性，以降低维护成本、减少停机时间，提高系统的可维护性。通过合理布局设备、明确标识关键部件和建立便捷的维护通道，确保维护人员能够迅速、安全地进行设备检修和维护工作。选择易于获取的零部件，采用模块化设计，以便更换和升级设备时能够迅速操作，从而降低维护的复杂度。维护友好性的设计理念不仅有助于提高系统的可靠性，还在整个运行周期内降低了维护的难度，使污水处理厂能够更为高效地维持其电气系统的正常运行。

　　三、电气设计在污水处理厂中的关键作用

　　（一）环保效益

　　电气设计在污水处理过程中发挥着多种重要作用，尤其在帮助污水处理厂实现节能减排，提高环保效益方面的成效显著。将先进的电气设计应用于污水处理过程中，不仅能够帮助污水处理厂提高处理效率，缩短处理时间，减少能源浪费，还能有效减少有害气体与有毒物质的排放。例如，对泵站的电机系统进行完善和优化，选用高品质的电机设备，可以同时实现高效与节能的处理目标，从而有效避免了资源浪费与破坏环境的问题，为企业可持续发展做出了贡献。

　　（二）资源节约与经济性

　　在电气设计中引入节能措施，不仅有助于减少电力消耗，还能够减轻设备负荷，延长设备寿命，提高运行效率。通过采用智能化的电气系统，实现设备自动调节、优化运行策略，不仅能够降低运行成本，还能减少能源浪费。这对于降低运维成本、提高设施整体经济性具有重要意义，为污水处理厂的可持续运行提供了稳固的经济支持。

　　（三）应对能源危机

　　随着社会的发展，能源资源日益紧缺，电力供应的可持续性成为亟待解决的问题。通过对污水处理厂的电气系统进行优化设计，可以降低其对电力的依赖程度，同时采用可再生能源、蓄能技术等手段，提高电气设备的能源使用效率。这不仅能够缓解电力供应压力，还有助于推动清洁能源的发展，为整个社会的可持续发展做出贡献。

　　四、污水处理厂电气设计及节能的相关建议

　　（一）合理配置变压器

　　变压器有两种常见有功损耗，一是负载损耗，这种损耗是个常数，并不会因为变压器负载的不同情况而发生不同变化，但另一种是空载损耗会伴随着负荷电流的不同而发生变化，空载损耗的损耗程度同负荷电流呈现正相关的状态。流经变压器的电流与变压器的电阻都与空载损耗密切相关，其中损耗大小同电阻负载率平方成正比[3]。因此，在实际操作中选择变压器时，应当优先选择铜芯变压器，从而实现损耗的最小化。设计变压器负荷时，必须将变压器的负荷率降到80％以下。在污水处理厂内设置变压器时，应该在设计阶段就确定合适的位置，并考虑设置两台或以上的变压器，以适应实际的负载需求，并确保损耗的合理控制。

　　（二）降低线路电缆损耗

　　大规模地铺设电缆会导致出现能耗较大的问题。因为电缆本身存在固定电阻，产生的电阻与铺设的电缆长度呈现正相关关系，铺设电缆越长，产生的电阻越大，从而增加电压损失。因此，思考如何降低电缆产生的损耗也是电气设计工作中的关键所在。实际操作中，要正确选择高低压配电房的位置，尽量缩短铺设电缆的长度，配电房与负荷中心的直线距离应当尽可能缩小。与此同时，关于优化电缆桥架和电缆沟设计，必须充分考虑能耗与铺设长度之间的正相关关系，应当采用直线铺设的方法，同时缩小电缆的截面面积，严格控制因长度而产生的能源损耗。不仅如此，对于电缆材料也应该慎重选择，污水处理厂开始运作后，土地和水质会随之发生变化，电缆长期处于碱性环境下容易被腐蚀，因此，必须严格测试铜制材料的抗腐蚀性。开展污水处理工作时，为了降低大功率设备，如鼓风机、臭氧发生器的耗损，在设计初期，应当尽可能将配电房选址定在大功率设备间前后。

　　（三）合理选择电气控制设备

　　在污水处理厂进行处理时，需要合理选择电气控制设备的配置，以确保其科学性和高效性。目前我国污水处理厂主要采用两种设备布置方案：

　　第一种方案是将电气控制设备安置在污水处理厂的控制箱中。这种方式安装简便快捷，位置可根据控制室的位置灵活调整。在控制室内，可以根据实际情况灵活布置控制器和继电器的，为后期维修和检查提供了便利。然而，这种设置会导致较多的线路集中在控制室中，使得自动控制系统调试复杂化，并增加了后期维修工作量。

　　第二种方案是将所有控制设备集中到统一地点，通常选择较大的变电所和配电间。虽然这种方式能够简化设备管理和控制，使自动控制系统运行更加简便快捷，并方便后期维修和检查，但设备的集中也带来了风险，一旦控制设备发生故障，整个污水处理厂的工作将陷入瘫痪状态。

　　由于污水处理厂内部环境恶劣，将设备集中管理可减少电缆铺设问题，并由专人进行管理，只需进行灾害预防安全检查和维修工作即可，有助于有效减少设备损坏问题，提高污水处理效率和安全性[4]。由此，综合考虑两种方式的优缺点，第二种设置方式更符合污水处理厂的要求。

　　（四）优化供电系统无功补偿

　　供电系统无功补偿主要包括分散补偿和集中补偿。分散补偿的特点是：首先，工厂采用分散补偿的方式，仅将一部专用的电容器与用电设备并联就可以完成，无需额外的安装保护设备；其次，采用分散补偿的方法可以有效地提升其功率，更好的保护线路；再次，与集中补偿的方法相比更加的经济环保；最后，当污水处理厂存在低压线路时，可以对其末端电压的波动进行控制，进而提高其电路的功率。使用分散补偿的方法，虽然对于配电线路的保护效果较为明显，但是不能够减少对于变压器的损伤。而采用集中补偿的方法，可以实时地根据污水处理厂的实际负荷状态进行调整，进而既保证了对于配电线路的保护，也有效地降低了变压器的铜损。对于污水处理厂容易出现的问题而言，因为其日常负荷的情况比较集中，因此采用低压配电集中补偿的无功补偿方法更为有效。

　　（五）有效降低照明电能损耗

　　污水处理厂的照明主要包括在厂区内外以及车间室内等场所，其电能消耗占比也比较大。因此照明灯具的选择尤为重要，可以选择控光性能以及直射光透比例较高的灯具，除此之外还需要选择性能更加稳定，功率损耗更低的照明设备。同时，还要将智能控制系统与室外照明系统相结合，在不同的时段以及区域进行智能控制，对于室外相邻灯具之间设置不同的控制开关，操作人员能够根据其实际的需要进行操作使用，进而降低照明电能的损耗。

　　（六）完善谐波处理相关工作

　　污水处理厂中具有极其繁琐和复杂的电气系统，由于存在较多的非线性线路，因此系统中谐波状况会频繁出现。工厂的工作人员在对谐波状况进行处理时，可以借助接线的方法，在变压器的相应点上进行连接，另外可以安装有源滤波器或是无源滤波器，进而使整个电气系统能够具备有效的抵抗谐波的能力，即使不能够完全的消除谐波，也能够减少其对于电气系统的运转的影响，进而使整体电气系统的能源消耗减少。

　　结语

　　水污染对于水文环境以及土壤和空气都产生影响，不利于生态平衡的建立。因此建设生活污水处理厂符合构建生态平衡及环境友好型社会的需要，而保证工厂的电气设计的科学性以及合理性，是促使污水处理厂更加长久有效运行的重要举措，进而促进环境和能源的可持续发展。

　　参考文献：

　　[1] 邱宏伟. 污水处理厂电气控制设计及节能措施探讨[J]. 皮革制作与环保科技,2022,3(11):102-104.

　　[2] 张博. 污水处理厂的电气设计及节能措施研究[J]. 节能,2023,42(1):94-96.

　　[3] 张帅博, 董奕男, 侯易辰. 污水处理厂电气设计和节能措施分析[J]. 皮革制作与环保科技,2021,2(10):6-7..

　　[4] 杜斌, 牛迎丽. 污水处理厂电气设计和节能措施研究[J]. 中国设备工程,2020(13):118-119.