Системы водоотведения
Энергетическое обследование систем водоотведения позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на сбор и транспортирование сточных вод, работу канализационных насосных станций и технологическую очистку. Основная задача — разграничить электропотребление насосного оборудования и биологической очистки, сопоставить работу воздуходувок с фактической нагрузкой по загрязнениям и установить технически обоснованные направления снижения энергозатрат.
Увеличение расхода электроэнергии не всегда свидетельствует о неисправности оборудования. Дополнительная нагрузка может возникнуть при ливневом притоке, увеличении концентрации загрязнений, изменении работы накопителей или необходимости более интенсивной аэрации. Поэтому обследование проводят с учётом объёма и качества сточных вод, фактических режимов насосов и кислородных условий биологической очистки.
Энергетические границы системы водоотведения
Система водоотведения обеспечивает сбор сточных вод, их транспортирование и последующую обработку. В зависимости от состава объекта эти процессы могут выполняться на нескольких технологически связанных сооружениях.
Для энергетического обследования необходимо разграничить два основных направления потребления электроэнергии: перемещение сточных вод и выполнение технологических операций очистки.
Перекачка связана с работой канализационных насосных станций. Электрическая энергия используется для перемещения стоков при определённых расходах и гидравлических условиях.
Биологическая очистка имеет другую энергетическую задачу. В частности, аэрация обеспечивает поступление кислорода в аэротенки для протекания соответствующих процессов очистки.
Если насосная станция и очистные сооружения питаются от одного электрического ввода, общий счётчик показывает их совместное потребление. На основании этого показателя нельзя достоверно определить, какая часть электроэнергии затрачена на транспортирование стоков, а какая — на аэрацию.
Поэтому сначала устанавливают действующую технологическую схему и границы электрического учёта. Затем определяют, какие потоки и нагрузки могут быть подтверждены имеющимися измерениями.
Такое разграничение необходимо для дальнейшего расчёта энергетического баланса и выбора технической диагностики.
Исходные данные для обследования
Для оценки системы водоотведения необходимы сведения о притоке сточных вод, концентрациях загрязнений, уровнях накопителей, объёмах перекачки и режимах работы воздуходувного оборудования.
Объём поступающих стоков характеризует гидравлическую нагрузку на систему. Его изменение влияет на работу насосных станций, накопителей и последующих технологических сооружений.
Концентрации загрязнений необходимы для оценки нагрузки на очистку. При одинаковом объёме поступающих сточных вод фактическое количество загрязняющих веществ может существенно различаться.
Уровни накопителей позволяют установить, как изменяется запас сточных вод между поступлением и откачкой. Без этих данных нельзя корректно сопоставлять объём притока с объёмом перекачки за отдельный период.
Сведения о работе насосов показывают продолжительность включения оборудования и фактические режимы транспортирования. Профили воздуходувок необходимы для сопоставления подачи воздуха с кислородной потребностью процесса биологической очистки.
Дополнительно используют актуальные технологические схемы, журналы эксплуатации, электрические профили нагрузки и результаты технических замеров. При наличии протоколов поверки приборов проверяют пригодность показаний для расчётов.
Все данные необходимо сопоставлять за согласованные периоды. Электрическое потребление воздуходувок за один интервал нельзя напрямую связывать с концентрациями загрязнений, измеренными в существенно другом режиме работы очистных сооружений.
Раздельный баланс электроэнергии на перекачку и очистку
Энергетический баланс системы водоотведения должен показывать, какие затраты относятся к транспортированию сточных вод, а какие — к процессам их очистки.
Для насосного участка устанавливают объём перекачанных стоков и электрическую энергию, использованную соответствующим оборудованием.
Для биологической очистки отдельно рассматривают энергопотребление воздуходувок и фактическую технологическую нагрузку.
Такое разделение необходимо потому, что объём сточных вод и нагрузка по загрязнениям характеризуют разные свойства поступающего потока.
Если объём стоков увеличился, насосам может потребоваться перекачивать больше жидкости. Однако это не означает автоматического увеличения потребности в кислороде в той же пропорции.
Если концентрация загрязнений повысилась при неизменном объёме, нагрузка на биологическую очистку может увеличиться, хотя насосная станция транспортирует примерно прежнее количество воды.
Поэтому рассчитывать энергетическую эффективность всей системы только в киловатт-часах на кубометр недостаточно для определения причин изменения потребления.
Необходимо установить, какие электрические затраты связаны с гидравлической нагрузкой, а какие — с количеством и характером поступающих загрязнений.
Приток сточных вод и работа канализационных насосных станций
Канализационные насосные станции обеспечивают перемещение сточных вод между участками системы. Их электрическое потребление зависит от фактического режима перекачки и продолжительности работы агрегатов.
При обследовании специалист сопоставляет приток сточных вод, объём перекачки, уровни накопителей и электрические показатели насосного оборудования.
Особое значение имеет изменение уровня накопительной ёмкости. Если в течение рассматриваемого периода часть поступивших стоков накапливалась, объём перекачки может быть меньше объёма притока.
Если накопитель опорожнялся, насосная станция могла перекачать больше стоков, чем поступило за тот же интервал.
Поэтому разность между поступлением и откачкой нельзя автоматически считать потерьной или ошибочной. Сначала необходимо учесть изменение накопленного объёма.
После согласования водного баланса анализируют работу насосов. Если расход электроэнергии увеличился, проверяют, соответствует ли изменение фактическому объёму перекачки и режимам агрегатов.
При этом общий расход электроэнергии станции не позволяет самостоятельно определить неисправность конкретного насоса. Для такого вывода необходимо разграничить работу отдельных агрегатов и проверить их фактическую нагрузку.
Засоры насосов как возможная причина повышенных затрат
Засорение насосного оборудования относится к возможным механизмам ухудшения работы канализационной насосной станции.
Поступающие со сточными водами загрязнения могут влиять на условия прохождения потока через насос. При нарушении нормальной работы гидравлические показатели агрегата могут отличаться от предусмотренных.
Для энергетического обследования важно установить, соответствует ли электрическое потребление насоса фактическому объёму перекачки и рабочему режиму.
Если агрегат расходует больше электроэнергии при сопоставимом полезном результате, возникает основание для технической проверки его состояния.
Однако повышенное потребление не является самостоятельным доказательством засора. Оно может быть связано с увеличением объёма перекачки или изменением гидравлических условий системы.
Поэтому специалист сопоставляет эксплуатационные журналы, показатели перекачки и электрические профили.
Если после учёта изменения нагрузки сохраняются признаки отклонения работы конкретного агрегата, определяют необходимость его дополнительной диагностики.
Результатом становится обоснованное направление технической проверки, а не предварительное утверждение о наличии засора.
Ливневый и инфильтрационный приток
Объём сточных вод, поступающих в систему, может увеличиваться под влиянием дополнительных водных потоков. Для энергетической оценки необходимо учитывать периоды ливневого притока отдельно от обычного режима водоотведения.
При увеличении поступления воды возрастает гидравлическая нагрузка на соответствующие участки. Канализационные насосные станции могут работать дольше или чаще включать оборудование.
При этом дополнительный объём воды не обязательно сопровождается пропорциональным увеличением количества загрязнений.
Инфильтрационный приток также рассматривается как возможная причина увеличения объёма сточных вод, подлежащих транспортированию.
Однако сам рост расхода воды не доказывает наличие инфильтрации. Для установления причины необходимо сопоставить временные изменения притока с эксплуатационными условиями и доступными сведениями о системе.
Особенно важно разграничивать обычные периоды и интервалы резкого увеличения поступления стоков.
Если рассчитывать среднюю удельную энергоёмкость без такого разделения, изменение показателя может отражать необычную гидравлическую нагрузку, а не ухудшение работы насосного оборудования.
Поэтому в энергетическом балансе периоды ливневого притока рассматривают отдельно, а возможность инфильтрации определяют как проверяемую техническую гипотезу.
Накопители и неравномерная работа насосов
Накопительные ёмкости позволяют разделять во времени поступление и перекачку сточных вод. Их работа влияет на продолжительность включения насосного оборудования и распределение электрической нагрузки.
При обследовании необходимо установить, как меняются уровни накопителей и какие агрегаты работают при соответствующих состояниях системы.
Если приток увеличивается, накопитель может временно принимать дополнительный объём. Затем насосы перекачивают накопленные стоки в последующие технологические звенья.
Поэтому электрический максимум насосной станции не обязательно совпадает по времени с максимальным поступлением стоков.
Для корректного анализа сопоставляют графики притока, уровней накопителей, объёмов перекачки и работы насосов.
Если насосное оборудование включается часто, необходимо установить, связано ли это с фактическим притоком и предусмотренной логикой работы накопителя.
Изменение управления накоплением рассматривают только после проверки допустимых эксплуатационных условий.
Цель обследования заключается не в произвольном увеличении времени накопления, а в определении технически обоснованного режима взаимодействия ёмкости и насосной станции.
Постоянная работа резервных агрегатов
Резервное насосное оборудование предназначено для обеспечения предусмотренной эксплуатационной надёжности системы.
Если резервный агрегат постоянно работает одновременно с основным, возникает основание проверить фактическую необходимость такого режима.
Однако само присутствие нескольких работающих насосов не доказывает избыточное энергопотребление. Их совместная работа может соответствовать фактическому объёму поступающих стоков или требованиям эксплуатации.
При обследовании необходимо установить назначение каждого агрегата, действующую схему включения и распределение нагрузки.
Затем сопоставляют электрические показатели с объёмами перекачки и уровнями накопителей.
Если фактическая нагрузка позволяет рассмотреть другой состав работающего оборудования, определяют технические ограничения такого варианта.
При этом нельзя предлагать отключение резервного насоса только на основании предполагаемой экономии электроэнергии. Необходимо проверить, сохраняется ли требуемая надёжность водоотведения.
Результатом становится оценка допустимости дальнейшего анализа очередности включения, а не готовая команда на изменение эксплуатационной схемы.
Электропотребление биологической очистки
Биологическая очистка сточных вод связана с удалением загрязнений посредством соответствующих технологических процессов. Для ряда таких процессов необходимо обеспечение кислородного режима.
Электрическая энергия расходуется, в частности, на работу воздуходувок, обеспечивающих подачу воздуха в аэротенки.
Для энергетического обследования необходимо сопоставлять работу этого оборудования не только с количеством проходящих сточных вод, но и с фактической нагрузкой по загрязнениям.
При одинаковом объёме поступающих стоков их состав может изменяться. Если концентрации загрязнений увеличиваются, потребность в кислороде для очистки также может измениться.
Поэтому рост электрического потребления воздуходувок не обязательно свидетельствует о неправильной работе системы аэрации.
Для проверки специалист сопоставляет концентрации загрязнений, объёмы поступления, кислородные показатели и временные графики работы воздуходувок.
Такой анализ позволяет связать энергозатраты с фактической технологической задачей биологической очистки.
Нагрузка по загрязнениям и потребность в кислороде
Объём сточных вод характеризует количество жидкости, поступающей на очистку. Однако для оценки биологической нагрузки необходимо учитывать также концентрации содержащихся в ней загрязнений.
При одинаковом объёме стоков разные концентрации могут означать разное количество загрязняющих веществ, которое требуется удалить.
Поэтому оценивать работу воздуходувок исключительно по кубометрам поступившей воды некорректно.
Для обследования необходимо сопоставить количество поступающих загрязнений с параметрами кислородного режима и электрическими затратами на аэрацию.
Если нагрузка по загрязнениям увеличилась, дополнительная работа воздуходувок может быть обусловлена необходимостью обеспечить соответствующий процесс очистки.
Если же фактическая нагрузка уменьшается, но подача воздуха остаётся прежней, возникает основание проверить режим управления аэрацией.
При этом необходимость изменения подачи воздуха нельзя определять без измерения кислородных условий.
Снижение электрического потребления воздуходувок не является энергетически обоснованным мероприятием, если оно приводит к недостаточному обеспечению процесса биологической очистки.
Избыточная подача воздуха в аэротенки
Аэрация обеспечивает поступление воздуха в соответствующий технологический объём. Для энергетической оценки необходимо установить, соответствует ли подача воздуха фактической кислородной потребности процесса.
Избыточный воздух в аэротенках рассматривается как один из возможных механизмов повышенного электрического потребления.
Если воздуходувное оборудование подаёт больше воздуха, чем требуется для текущей технологической нагрузки, возникают основания проверить возможность изменения режима.
Однако определить избыточность только по электрической мощности воздуходувки невозможно.
Необходимо знать фактическое поступление загрязнений, соответствующий кислородный режим и условия работы оборудования.
Если расход электроэнергии высок, но загрязняющая нагрузка также увеличилась, повышенная интенсивность аэрации может быть обусловлена технологической необходимостью.
Если же при сопоставимой нагрузке подача воздуха значительно отличается между периодами, возникает основание подробнее проверить управление.
Результатом становится определение необходимости наладки режима аэрации на основании измерений, а не назначение универсального снижения производительности воздуходувок.
Профили воздуходувок и управление аэрацией
Для анализа воздуходувного оборудования необходимы временные графики его работы и электрического потребления.
Эти сведения показывают, как изменяется нагрузка оборудования в течение суток и соответствует ли она фактическим условиям очистки.
При обследовании графики воздуходувок сопоставляют с поступлением сточных вод, концентрациями загрязнений и измеренными кислородными параметрами.
Особое значение имеет неравномерная органическая нагрузка. Если поступление загрязнений изменяется во времени, потребность в аэрации также может быть переменной.
В такой ситуации постоянная подача воздуха требует проверки её соответствия реальной технологической задаче.
Однако изменять режим только по графику электропотребления нельзя. Необходимо убедиться, что при предполагаемом регулировании сохраняется достаточное обеспечение очистки.
Если кислородные измерения отсутствуют, специалист определяет точки и интервалы, в которых необходимо получить дополнительные данные.
Только после этого можно обоснованно рассматривать варианты изменения управления воздуходувками.
Неравномерная органическая нагрузка
Количество загрязнений, поступающих на очистные сооружения, может изменяться независимо от объёма сточных вод.
Например, при сопоставимом гидравлическом притоке концентрации загрязнений в разные периоды могут отличаться.
Это означает, что одинаковый объём воды не обязательно требует одинаковых условий биологической очистки.
При обследовании необходимо связывать электрическое потребление воздуходувок с фактической органической нагрузкой, а не только с расходом воды.
Если концентрации загрязнений повысились, увеличение электрических затрат может отражать возросшую технологическую потребность.
Если концентрации снизились, а режим воздуходувок не изменился, появляется основание проверить возможность более точного управления подачей воздуха.
Для такого вывода необходимы измерения загрязнений и кислородного режима, согласованные с временными графиками оборудования.
Без этих данных нельзя отличить технологически необходимый рост затрат от возможной избыточной аэрации.
Почему энергопотребление может расти при неизменном объёме стоков
Стабильный объём поступающих сточных вод не гарантирует постоянную нагрузку на очистные сооружения.
Если состав поступающих стоков изменился, системе биологической очистки может потребоваться иной режим подачи воздуха.
Поэтому увеличение электрического потребления при неизменном объёме следует анализировать с учётом концентраций загрязнений.
При обследовании сначала устанавливают, относится ли изменение затрат к насосной станции или к воздуходувному оборудованию.
Если возросло потребление насосов, проверяют фактическую перекачку, уровни накопителей и работу агрегатов.
Если изменилось потребление воздуходувок, сопоставляют электрическую нагрузку с органической нагрузкой и кислородными условиями.
Это позволяет избежать ошибочного вывода о неэффективности системы аэрации в ситуации, когда реальная нагрузка на очистку увеличилась.
Если качество поступающих стоков не измерялось, такое изменение остаётся возможным альтернативным объяснением, которое нельзя исключать без проверки.
Разделение ливневой и органической нагрузки
При анализе водоотведения важно различать изменение гидравлической нагрузки и изменение количества загрязняющих веществ.
Ливневый приток может увеличивать объём воды, которую необходимо транспортировать и пропускать через соответствующие сооружения.
Неравномерная органическая нагрузка может изменять потребность в кислороде при биологической очистке.
Эти процессы способны происходить в разные периоды и не обязательно изменяются пропорционально друг другу.
Поэтому при обследовании интервалы повышенного ливневого притока рассматривают отдельно при анализе насосного оборудования.
При проверке воздуходувок устанавливают фактическую нагрузку по загрязнениям и параметры кислородного режима.
Если общий показатель киловатт-часов на кубометр изменился, необходимо определить, повлиял ли на него объём транспортирования или интенсивность очистки.
Без такого разделения невозможно обоснованно выбрать между мероприятиями по насосному оборудованию и настройкой системы аэрации.
Проверка альтернативных причин повышенного энергопотребления
Общий рост расхода электроэнергии в системе водоотведения может иметь несколько технических объяснений.
Если увеличился приток сточных вод, проверяют изменение объёмов перекачки и уровней накопителей.
Если насосное оборудование расходует больше электроэнергии при сопоставимом режиме, рассматривают возможное нарушение его работы, в том числе засорение.
Если сохраняется постоянная работа резервных агрегатов, устанавливают её назначение и соответствие фактической нагрузке.
Если выросло потребление воздуходувок, необходимо проверить концентрации загрязнений и кислородные условия очистки.
Если объём стоков остаётся прежним, но нагрузка по загрязнениям увеличилась, рост энергетических затрат может быть технологически обусловленным.
Поэтому каждую возможную причину проверяют в соответствующей энергетической границе.
Общий показатель электрического потребления не позволяет самостоятельно установить, какая часть изменения вызвана перекачкой, а какая — биологической очисткой.
Программа измерений системы водоотведения
Программу обследования составляют после проверки технологической схемы, действующих приборов учёта и эксплуатационных журналов.
Для канализационных насосных станций необходимо получить согласованные данные о притоке, объёме перекачки, уровнях накопителей и электрическом потреблении оборудования.
Для проверки возможного засорения насосов определяют измерения, позволяющие сопоставить фактическую работу агрегата с выполняемой задачей перекачки.
Для оценки режимов резервирования устанавливают состав работающих насосов и продолжительность их включения.
Для биологической очистки необходимы показатели концентраций загрязнений, кислородного режима и электрические профили воздуходувок.
При ливневых притоках выделяют отдельные временные интервалы повышенной гидравлической нагрузки.
При неравномерной органической нагрузке измерения качества стоков сопоставляют с изменением режима аэрации.
Особое значение имеет согласованность данных по времени. Концентрация загрязнений, измеренная в одном режиме, не должна использоваться как подтверждение нагрузки воздуходувок в другом периоде без обоснования.
Если необходимые показатели отсутствуют, сначала определяют способы их получения. Расчёт по неподтверждённым предположениям не следует представлять как фактический энергетический результат.
Баланс насосных и очистных расходов
Основным результатом энергетического обследования становится баланс насосных и очистных расходов электроэнергии с рекомендациями по управлению аэрацией и накоплением сточных вод.
В балансе отдельно показывают энергетические затраты на сбор и транспортирование стоков и затраты, относящиеся к технологической очистке.
Для насосных станций отражают доступные показатели притока, перекачки, уровней накопителей и временных режимов оборудования.
Для биологической очистки устанавливают связь электрического потребления воздуходувок с нагрузкой по загрязнениям и кислородными параметрами.
Если имеются подтверждённые основания для проверки избыточной аэрации, определяют необходимые действия по оценке управления подачей воздуха.
Если выявлены особенности накопления и перекачки сточных вод, рассматривают технически допустимые варианты согласования работы насосов с изменением притока.
Если имеются признаки возможного засорения оборудования или неоправданной постоянной работы резервных агрегатов, устанавливают программу соответствующей проверки.
Результат используют для разграничения ответственности между эксплуатацией насосного оборудования и технологическим управлением очисткой, а также для определения приоритетов дальнейших измерений.
Границы достоверности энергетических выводов
Для оценки системы водоотведения недостаточно знать только общий объём сточных вод и суммарное электрическое потребление.
Без разграничения насосных и очистных нагрузок нельзя достоверно определить, какой технологический участок формирует повышенные энергетические затраты.
Без данных об уровнях накопителей нельзя корректно сопоставлять приток и перекачку за отдельные периоды.
Без сведений о концентрациях загрязнений невозможно установить фактическую нагрузку на биологическую очистку.
Без кислородных измерений нельзя подтвердить, является ли подача воздуха достаточной или избыточной для соответствующего процесса.
Если отсутствуют временные профили воздуходувок, невозможно достоверно связать электрическое потребление с изменением технологической нагрузки.
Без измерения качества стоков и кислородного режима нельзя судить об энергозатратах на достаточную очистку. В такой ситуации результатом соответствующей части обследования становится программа получения необходимых данных, а не утверждение о подтверждённой экономии от сокращения аэрации.
Энергетическое обследование систем водоотведения позволяет определить, какие затраты связаны с транспортированием сточных вод, а какие обусловлены необходимостью их очистки. Обоснованные технические решения принимают после сопоставления объёмов, загрязняющей нагрузки, работы накопителей и фактического кислородного режима, сохраняя необходимое качество технологической очистки.
Объект относится к категории «Водоснабжение и коммунальная инфраструктура». Состав профессиональных работ рассматривается в направлении «Энергоаудит инженерных систем». Возможные причины повышенного электрического потребления насосного оборудования дополнительно раскрываются в материале «Перерасход электроэнергии насосной системой: основные причины».