工厂建设中的优化规划可确保高效污水处理

曝气池中的生物处理不仅是常用污水处理工艺的关键阶段,也是能耗最高的阶段。 如果运营方希望改善污水处理厂的能源平衡,那么优化曝气池的曝气就为他们提供了很大的设计余地。 因此,确定曝气池的正确尺寸、选择适当的技术以及在数据指导下对曝气池的运行进行智能控制,这些都是工厂建设的重点。 通过在新项目规划和翻新工程中进行综合规划,污水处理厂可以大幅降低能耗和排放。


高效污水处理的要素

污水处理的整体工作要取得成功,必须充分考虑所有相关的目标维度:

  • 净化性能
  • 运行稳定性
  • 成本

作为污水处理质量的衡量标准,净化性能是污水处理厂的重中之重。 毕竟,处理厂必须遵守适用的法律限制。根据处理水的用途,这些限制甚至可能严于《德国污水处理条例》的最低要求。 处理厂的稳定性也应从类似的角度来看待。 即使在冲击负载下,污水处理厂也必须达到规定的性能数据。 然而,超期服役的技术和材料磨损严重的运行模式可能会危及这一目标。

在污水处理厂的日常运行中,能源成本几乎是唯一一个可能受到重大影响的成本因素。 运营人员费用或维护费等其他成本,应尽可能视为固定费用。 在建设新工厂的初期阶段,就要对后期的能源需求做出关键性的决定。 然而,全德国约有 10,000 座城市污水处理厂,新建工厂的数量显然少之又少。

因此,更换工厂部件的情况更为常见。 但在实践中,通常只有在需要更换有缺陷的技术时才会这样做,很少有处理厂“仅仅”为了优化成本结构而更换设备。 任何想要有效降低污水处理运行成本的运营方都应从能源需求入手,即使不更换较大的工厂设备也能显著改善能源需求。

工厂配置的设计和运行参数的选择也会对其他重要因素产生影响,例如污水污泥的性质和数量以及养分回收的可能性。


污水处理: 能源方面

污水处理厂的能耗约占市政设施总能耗的 20%。 由此可见,节约能源对一个城市的财政有多大的好处。 然而,污水处理属于能源密集型行业,因此具有很大的节能潜力,这一点对商业化运营的污水处理厂也同样适用。 除了财务角度,生态角度也不容忽视: 德国联邦环境署进行的一项研究表明,运营方无需投资新设备就能实现平均 30% 的节能,从而每年减排约 90 万吨二氧化碳。

在曝气池中对污水进行曝气(即生物处理)约占污水处理厂能耗的 50%。 另外,用于处理污水污泥的搅拌器也在持续运转。 其他工艺阶段在总能耗中所占的比例相对较小,在工厂建设优化项目中的优先级也相应较低。

不过,污水处理厂不仅消耗能量,很多时候也生产能量。 在德国,服务人口 (PE) 占比最大的 4 级和 5 级污水处理厂将污水污泥(污水处理的副产品)泵入所谓的消化塔。 在热能的作用下,污泥的有机成分分解并产生具有热能利用价值的沼气

区块式火力发电站将天然气转化为电能和热能。 因此,减少能源需求并不是提高效率的唯一出发点。 另外,提高处理厂自身的发电量和发热量,从而减少鼓风机、水泵和搅拌器运行以及沼气池加热所需的外部能源,这个方面也有很大的潜力。 AERZEN 也为这种全面的工厂建设方法提供解决方案和概念设计,并将能源生产纳入规划。


曝气是工厂建设的重点

生物处理所需的活性曝气池的曝气能耗约占大型污水处理厂总能耗的 50%,小型污水处理厂的这一比例往往更高。 因此,降低运行成本的努力应当从曝气开始。 根据污水处理厂的个性化要求对系统进行专业调整能够实现显著的改进,无论是新建工厂还是更换投资。 鼓风机技术、单台鼓风机的数量和尺寸以及对它们的智能控制为方案设计提供了很大的空间。 几十年来,AERZEN 一直与污水处理厂的运营方密切合作,并将这些要求融入到产品和解决方案的开发中。

为了帮助客户全面优化曝气系统,AERZEN 不仅通过 Performance3 概念提供了高度发达的鼓风机技术,还提供了相应的控制软件和协调系统的专业技术。 AERZEN 从规划阶段开始就为客户提供支持,并与客户一起制定相应的草案。 丰富的项目经验和专门开发的规划辅助工具能够帮助客户找到快速、稳妥和面向未来的解决方案。

曝气系统的选择决定了生物处理阶段在相当长一段时间内的能源需求。 这是因为,鼓风机站通常只能在更换投资的过程中进行更换。 因此,在新建和翻新这两种规划情况下,选择最佳技术和合适的模式至关重要。 出于技术原因,不同的鼓风机技术具有不同的运行特点,单个设备的尺寸也起着重要作用。

AERZEN 为客户提供 Delta Blower 正排量鼓风机、Delta Hybrid 螺杆鼓风机和 Aerzen Turbo 空气悬浮空气悬浮离心风机。 虽然空气悬浮空气悬浮离心风机在设计上特别节能,但其负载范围不如其他技术广泛。 相比之下,螺杆鼓风机的控制范围更大。 该系统可以非常高效地处理不断变化的负载,因为在所有工作状态下的效率几乎保持不变。

这就意味着,不同的鼓风机技术都有各自的优势;系统规划师的任务就是将这些技术配置到曝气系统中,使其发挥各自的优势,以最佳方式服务于所有负载分布。 将不同尺寸的组件组合在一起,并以不同的方式进行布局可以进一步提高规划自由度。 AERZEN 应用专家支持对消耗和负载分布进行分析,以便为后续规划提供数据基础。

优化利用这种灵活性离不开充分的数据基础。 如果缺乏相关工厂组件运行状况和污水处理厂负载特性的信息,就很难发挥现代工厂技术的潜力。

虽然污水处理厂的运行通常都深受员工经验的影响,但如何利用现有的效率潜能还需要重新思考。 这一点尤其适用于曝气阶段,因为在这一阶段,负载和鼓风机站(由具有不同特性的组件构成)都在不断变化,因此需要基于数据的智能控制。 监测最耗能工厂组件的功耗和测量压力损失是优化能源和早期发现故障的先决条件。 尽管如此,收集数据还没有成为标准实践,尤其是在规模较小的污水处理厂。 不过,相关测量技术价格的下调使得改造难度有所降低。

在重新配置鼓风机站和确定单独的控制策略时,数据采集是规划过程中不可或缺的一步。 在 AERaudit 期间,AERZEN 的专家会记录下容积流量、系统压力、温度和功耗随时间变化的情况。 有了这些数据,就可以对曝气池的负载分布进行全面分析。 在此基础上,污水处理厂的建设专家会根据污水处理厂的具体特点制定出最适合的工厂概念设计。 这样做的目的是以有利的方式放大不同鼓风机技术和组件尺寸的特性。

在污水处理厂总负载一定的情况下,由污水处理厂控制系统决定哪台鼓风机在哪个运行点工作。 AERsmart 集成控制系统将容积流量分配给各台设备,确保其效率水平尽量得到优化。 这样,控制系统就能在污水量大、污染程度高的负载变化初期做出反应。 全局控制系统可实现高达 15% 的节能。 通过使用最先进的鼓风机技术,工厂运营方可将曝气能耗最多降低 50%。 然而,由设备制造商制定一个统一的整体概念始终是决定性因素。


工厂建设需要灵活性

对曝气过程进行能耗优化可大大降低污水处理厂的能源成本和排放量。 然而在实践中,尤其是在市政机构中,执行起来往往有难度。 虽然对鼓风机技术的投资因效率高而很快收回成本,但拨款却成为实施的障碍。

鼓风机站通常只能由工厂建设者在进行必要的更换采购时进行更换。 这就凸显了 AERZEN 的 Performance3 具备特别高的灵活性,因为它可以帮助所有污水处理厂提高能效。 除了公司自有产品组合中的最新鼓风机技术外,由第三方制造商生产的现有设备也可以集成到智能全局控制系统中。 当然,控制系统也可以管理单台设备。 因此,即使污水处理厂运营方无法在中期内完全更换曝气装置,也能实现两位数的能效提升。

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