【關(guān)鍵詞】污水處理廠；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能

引文

電氣設(shè)計(jì)在污水處理過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，電氣系統(tǒng)能否正常運(yùn)行關(guān)系著污水的處理效率。設(shè)計(jì)精良的電氣系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各大污水處理設(shè)備的有效監(jiān)督，同時(shí)還關(guān)系著污水處理的最終效果，輔助整個(gè)污水處理過(guò)程的安全有序進(jìn)行。此外，合格的電氣設(shè)計(jì)還能夠?yàn)槲鬯幚硎占⒎治鰯?shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控從而實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，更好地提高處理效率。然而，電氣系統(tǒng)也存在著顯著的能源消耗弊端，在全球能源危機(jī)加劇的情況下，思考如何科學(xué)地應(yīng)用電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污水處理的同時(shí)降低耗能顯得尤為重要。

一、污水處理廠電氣設(shè)計(jì)相關(guān)概述

（一）污水處理廠污水處理

污水處理是一項(xiàng)綜合的環(huán)保工程，旨在有效清除城市和工業(yè)區(qū)域產(chǎn)生的廢水中的污染物，以確保排放水質(zhì)符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。該過(guò)程涵蓋物理、化學(xué)和生物處理階段，配合先進(jìn)的電氣設(shè)備以實(shí)現(xiàn)高效處理效果。首先，通過(guò)預(yù)處理單元，如格柵和沉淀池，去除大顆粒雜質(zhì)和沉淀物，為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。電氣設(shè)備在此階段的運(yùn)行監(jiān)控和控制起著關(guān)鍵作用。接著，化學(xué)處理階段使用各種藥劑協(xié)同作用，以去除廢水中的溶解性有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，同時(shí)電氣系統(tǒng)輸配電系統(tǒng)確?；瘜W(xué)劑的穩(wěn)定供應(yīng)。最后，通過(guò)生物處理，利用微生物將有機(jī)廢物降解成穩(wěn)定的無(wú)害產(chǎn)物，而電氣控制系統(tǒng)則協(xié)調(diào)整個(gè)生物反應(yīng)過(guò)程。整個(gè)過(guò)程中，電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行保障了污水處理過(guò)程的高效性和可靠性，為環(huán)保的實(shí)現(xiàn)提供了重要支持。[1]。

（二）污水處理廠電氣設(shè)計(jì)

電氣設(shè)計(jì)在污水處理廠的污水處理過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，極大地影響著污水處理系統(tǒng)的運(yùn)作效率以及穩(wěn)定性，因此其組織架構(gòu)也需具備極強(qiáng)的精密性。電氣設(shè)計(jì)需要考慮類型、組織布局、組成架構(gòu)等多個(gè)方面。進(jìn)行選型時(shí)，必須充分考慮設(shè)備的性能、運(yùn)作的穩(wěn)定性等條件。在進(jìn)行布局時(shí)，需要結(jié)合設(shè)備功能、設(shè)備之間的聯(lián)系以及整體系統(tǒng)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，在發(fā)揮每個(gè)設(shè)備的功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用的最優(yōu)化，確?？臻g的利用率等。另外，從組成架構(gòu)層面來(lái)看，電氣系統(tǒng)與多個(gè)系統(tǒng)之間聯(lián)系密切，在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的協(xié)同性，根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)的功能規(guī)劃和完善回路，確保運(yùn)行的可行性和穩(wěn)定性?？偠灾鬯幚韽S中的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)該在實(shí)現(xiàn)良性運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)保障運(yùn)作的穩(wěn)定性與靈活性。

二、污水處理廠電氣設(shè)計(jì)原則

（一）可靠性與穩(wěn)定性原則

在對(duì)污水處理廠進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要堅(jiān)持貫徹可靠性和穩(wěn)定性這兩個(gè)重要原則，這是污水處理廠進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)所必須重視的兩個(gè)因素。所謂可靠性原則，就是在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇時(shí)要關(guān)注設(shè)備的質(zhì)量以及性能，選擇高質(zhì)量且更加耐用的設(shè)備，從而從材質(zhì)方面確保在面臨危急情況時(shí)也能平穩(wěn)運(yùn)作，不妨礙污水處理效率。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)處理過(guò)程中多種可能的突發(fā)情況，需要合理安排備用設(shè)備并進(jìn)行一定的冗余設(shè)計(jì)，以此防止因某一突發(fā)因素而引起的整個(gè)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)作中斷。另外，建立起完善的運(yùn)作系統(tǒng)后，需要對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行定期的檢修以及保養(yǎng)、維護(hù)，防范并有效化解因設(shè)備故障而引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。而所謂穩(wěn)定性，就是利用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)展檢查監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理各項(xiàng)問(wèn)題，確保電氣系統(tǒng)在不同情況下也能正常運(yùn)作。綜上，遵循可靠性與穩(wěn)定性兩個(gè)原則能夠有效防范化解污水處理過(guò)程中可能存在的多種危機(jī)，保障處理系統(tǒng)運(yùn)作的連續(xù)性與高效性。

（二）安全性與合規(guī)性原則

在污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)中，安全性與合規(guī)性原則是不可忽視的關(guān)鍵考量。確保電氣系統(tǒng)符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，是保障運(yùn)行人員和設(shè)備安全的首要任務(wù)。采用符合規(guī)定的電氣設(shè)備，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要考慮降低潛在的電氣安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)合適的防雷和接地措施來(lái)確保電氣系統(tǒng)的安全性。合規(guī)性原則要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行符合環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。通過(guò)定期的安全檢查、培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)，可確保電氣系統(tǒng)始終處于符合規(guī)定的安全和合規(guī)狀態(tài)，保障運(yùn)行的可持續(xù)性。這一原則的遵循不僅關(guān)系到設(shè)備和人員的安全，也是對(duì)環(huán)境和社會(huì)責(zé)任的一種體現(xiàn)。[2]

（三）維護(hù)友好性原則

在污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)中，維護(hù)友好性原則至關(guān)重要。該原則強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到維護(hù)的方便性，以降低維護(hù)成本、減少停機(jī)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。通過(guò)合理布局設(shè)備、明確標(biāo)識(shí)關(guān)鍵部件和建立便捷的維護(hù)通道，確保維護(hù)人員能夠迅速、安全地進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)工作。選擇易于獲取的零部件，采用模塊化設(shè)計(jì)，以便更換和升級(jí)設(shè)備時(shí)能夠迅速操作，從而降低維護(hù)的復(fù)雜度。維護(hù)友好性的設(shè)計(jì)理念不僅有助于提高系統(tǒng)的可靠性，還在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)降低了維護(hù)的難度，使污水處理廠能夠更為高效地維持其電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、電氣設(shè)計(jì)在污水處理廠中的關(guān)鍵作用

（一）環(huán)保效益

電氣設(shè)計(jì)在污水處理過(guò)程中發(fā)揮著多種重要作用，尤其在幫助污水處理廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，提高環(huán)保效益方面的成效顯著。將先進(jìn)的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)用于污水處理過(guò)程中，不僅能夠幫助污水處理廠提高處理效率，縮短處理時(shí)間，減少能源浪費(fèi)，還能有效減少有害氣體與有毒物質(zhì)的排放。例如，對(duì)泵站的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行完善和優(yōu)化，選用高品質(zhì)的電機(jī)設(shè)備，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效與節(jié)能的處理目標(biāo)，從而有效避免了資源浪費(fèi)與破壞環(huán)境的問(wèn)題，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

（二）資源節(jié)約與經(jīng)濟(jì)性

在電氣設(shè)計(jì)中引入節(jié)能措施，不僅有助于減少電力消耗，還能夠減輕設(shè)備負(fù)荷，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高運(yùn)行效率。通過(guò)采用智能化的電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)、優(yōu)化運(yùn)行策略，不僅能夠降低運(yùn)行成本，還能減少能源浪費(fèi)。這對(duì)于降低運(yùn)維成本、提高設(shè)施整體經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，為污水處理廠的可持續(xù)運(yùn)行提供了穩(wěn)固的經(jīng)濟(jì)支持。

（三）應(yīng)對(duì)能源危機(jī)

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源資源日益緊缺，電力供應(yīng)的可持續(xù)性成為亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)污水處理廠的電氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低其對(duì)電力的依賴程度，同時(shí)采用可再生能源、蓄能技術(shù)等手段，提高電氣設(shè)備的能源使用效率。這不僅能夠緩解電力供應(yīng)壓力，還有助于推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，為整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

四、污水處理廠電氣設(shè)計(jì)及節(jié)能的相關(guān)建議

（一）合理配置變壓器

變壓器有兩種常見(jiàn)有功損耗，一是負(fù)載損耗，這種損耗是個(gè)常數(shù)，并不會(huì)因?yàn)樽儔浩髫?fù)載的不同情況而發(fā)生不同變化，但另一種是空載損耗會(huì)伴隨著負(fù)荷電流的不同而發(fā)生變化，空載損耗的損耗程度同負(fù)荷電流呈現(xiàn)正相關(guān)的狀態(tài)。流經(jīng)變壓器的電流與變壓器的電阻都與空載損耗密切相關(guān)，其中損耗大小同電阻負(fù)載率平方成正比[3]。因此，在實(shí)際操作中選擇變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇銅芯變壓器，從而實(shí)現(xiàn)損耗的最小化。設(shè)計(jì)變壓器負(fù)荷時(shí)，必須將變壓器的負(fù)荷率降到80％以下。在污水處理廠內(nèi)設(shè)置變壓器時(shí)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就確定合適的位置，并考慮設(shè)置兩臺(tái)或以上的變壓器，以適應(yīng)實(shí)際的負(fù)載需求，并確保損耗的合理控制。

（二）降低線路電纜損耗

大規(guī)模地鋪設(shè)電纜會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)能耗較大的問(wèn)題。因?yàn)殡娎|本身存在固定電阻，產(chǎn)生的電阻與鋪設(shè)的電纜長(zhǎng)度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，鋪設(shè)電纜越長(zhǎng)，產(chǎn)生的電阻越大，從而增加電壓損失。因此，思考如何降低電纜產(chǎn)生的損耗也是電氣設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵所在。實(shí)際操作中，要正確選擇高低壓配電房的位置，盡量縮短鋪設(shè)電纜的長(zhǎng)度，配電房與負(fù)荷中心的直線距離應(yīng)當(dāng)盡可能縮小。與此同時(shí)，關(guān)于優(yōu)化電纜橋架和電纜溝設(shè)計(jì)，必須充分考慮能耗與鋪設(shè)長(zhǎng)度之間的正相關(guān)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)采用直線鋪設(shè)的方法，同時(shí)縮小電纜的截面面積，嚴(yán)格控制因長(zhǎng)度而產(chǎn)生的能源損耗。不僅如此，對(duì)于電纜材料也應(yīng)該慎重選擇，污水處理廠開(kāi)始運(yùn)作后，土地和水質(zhì)會(huì)隨之發(fā)生變化，電纜長(zhǎng)期處于堿性環(huán)境下容易被腐蝕，因此，必須嚴(yán)格測(cè)試銅制材料的抗腐蝕性。開(kāi)展污水處理工作時(shí)，為了降低大功率設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、臭氧發(fā)生器的耗損，在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)當(dāng)盡可能將配電房選址定在大功率設(shè)備間前后。

（三）合理選擇電氣控制設(shè)備

在污水處理廠進(jìn)行處理時(shí)，需要合理選擇電氣控制設(shè)備的配置，以確保其科學(xué)性和高效性。目前我國(guó)污水處理廠主要采用兩種設(shè)備布置方案：

第一種方案是將電氣控制設(shè)備安置在污水處理廠的控制箱中。這種方式安裝簡(jiǎn)便快捷，位置可根據(jù)控制室的位置靈活調(diào)整。在控制室內(nèi)，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活布置控制器和繼電器的，為后期維修和檢查提供了便利。然而，這種設(shè)置會(huì)導(dǎo)致較多的線路集中在控制室中，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜化，并增加了后期維修工作量。

第二種方案是將所有控制設(shè)備集中到統(tǒng)一地點(diǎn)，通常選擇較大的變電所和配電間。雖然這種方式能夠簡(jiǎn)化設(shè)備管理和控制，使自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行更加簡(jiǎn)便快捷，并方便后期維修和檢查，但設(shè)備的集中也帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)，一旦控制設(shè)備發(fā)生故障，整個(gè)污水處理廠的工作將陷入癱瘓狀態(tài)。

由于污水處理廠內(nèi)部環(huán)境惡劣，將設(shè)備集中管理可減少電纜鋪設(shè)問(wèn)題，并由專人進(jìn)行管理，只需進(jìn)行災(zāi)害預(yù)防安全檢查和維修工作即可，有助于有效減少設(shè)備損壞問(wèn)題，提高污水處理效率和安全性[4]。由此，綜合考慮兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，第二種設(shè)置方式更符合污水處理廠的要求。

（四）優(yōu)化供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償

供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償主要包括分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。分散補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是：首先，工廠采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑑H將一部專用的電容器與用電設(shè)備并聯(lián)就可以完成，無(wú)需額外的安裝保護(hù)設(shè)備；其次，采用分散補(bǔ)償?shù)姆椒梢杂行У靥嵘涔β?，更好的保護(hù)線路；再次，與集中補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ啾雀拥慕?jīng)濟(jì)環(huán)保；最后，當(dāng)污水處理廠存在低壓線路時(shí)，可以對(duì)其末端電壓的波動(dòng)進(jìn)行控制，進(jìn)而提高其電路的功率。使用分散補(bǔ)償?shù)姆椒?，雖然對(duì)于配電線路的保護(hù)效果較為明顯，但是不能夠減少對(duì)于變壓器的損傷。而采用集中補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以?shí)時(shí)地根據(jù)污水處理廠的實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而既保證了對(duì)于配電線路的保護(hù)，也有效地降低了變壓器的銅損。對(duì)于污水處理廠容易出現(xiàn)的問(wèn)題而言，因?yàn)槠淙粘Ｘ?fù)荷的情況比較集中，因此采用低壓配電集中補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償方法更為有效。

（五）有效降低照明電能損耗

污水處理廠的照明主要包括在廠區(qū)內(nèi)外以及車間室內(nèi)等場(chǎng)所，其電能消耗占比也比較大。因此照明燈具的選擇尤為重要，可以選擇控光性能以及直射光透比例較高的燈具，除此之外還需要選擇性能更加穩(wěn)定，功率損耗更低的照明設(shè)備。同時(shí)，還要將智能控制系統(tǒng)與室外照明系統(tǒng)相結(jié)合，在不同的時(shí)段以及區(qū)域進(jìn)行智能控制，對(duì)于室外相鄰燈具之間設(shè)置不同的控制開(kāi)關(guān)，操作人員能夠根據(jù)其實(shí)際的需要進(jìn)行操作使用，進(jìn)而降低照明電能的損耗。

（六）完善諧波處理相關(guān)工作

污水處理廠中具有極其繁瑣和復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，由于存在較多的非線性線路，因此系統(tǒng)中諧波狀況會(huì)頻繁出現(xiàn)。工廠的工作人員在對(duì)諧波狀況進(jìn)行處理時(shí)，可以借助接線的方法，在變壓器的相應(yīng)點(diǎn)上進(jìn)行連接，另外可以安裝有源濾波器或是無(wú)源濾波器，進(jìn)而使整個(gè)電氣系統(tǒng)能夠具備有效的抵抗諧波的能力，即使不能夠完全的消除諧波，也能夠減少其對(duì)于電氣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，進(jìn)而使整體電氣系統(tǒng)的能源消耗減少。

結(jié)語(yǔ)

水污染對(duì)于水文環(huán)境以及土壤和空氣都產(chǎn)生影響，不利于生態(tài)平衡的建立。因此建設(shè)生活污水處理廠符合構(gòu)建生態(tài)平衡及環(huán)境友好型社會(huì)的需要，而保證工廠的電氣設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及合理性，是促使污水處理廠更加長(zhǎng)久有效運(yùn)行的重要舉措，進(jìn)而促進(jìn)環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展。