污水净化池采用了正确的曝气技术之后不仅能够节约能源，而且可以节约资金

拥有大约10000家污水净化处理企业，污水净化率达到96％，这使得德国进入了世界污水净化领域的前五名。专家指出，德国污水净化设备所安装使用的输送泵、仪器仪表和通风设备有着很大的节能潜力可以挖掘。

据德国联邦经济合作与发展部BMZ的一份调查报告显示，全球大约有80%~85%的污水没有经过净化处理。这就为德国水处理、污水净化和淤泥处理设备和系统制造厂商提供了一个巨大的市场。

这一领域中的生产厂家如何展开自己的国际化战略？VDMA水资源和污水净化处理技术专业协会的主席，EnviroChemie公司的首席执行官Gottlieb Hupfer博士建议，重要的是转变观念，不仅要考虑到处理有害物质排污系统，而且要从资源管理系统的角度考虑问题，提供综合性的、可持续发展的水资源管理系统。根据他的看法，将来所需的是极具特性的系统解决方案，创新性的污水净化处理工艺技术结合了经济性和生态性。

而这应该如何操作呢？Currenta环境保护技术公司已经为我们作出了详尽的描述，Currenta公司能够把一个个孤岛式的污水净化、污泥焚烧和曝气等设备有机地连接为一个整体，甚至还能够把垃圾场也纳入到“环保型”的行列之中。这种解决方案在他们管理的化学工业园中得到了落实，不仅仅是通往污水净化设备的“生物渠道”，而且净水渠道、冷却水通道和有机物污染水的通道也都能连续的受到监控。

除了相互连接的“中央型”排污设备之外，在生产设备旁还有分散的排污净化装置。它们的主要任务是在集中无害化处理之前对工业垃圾、工业污水进行净化处理和通风排气。这种分散式配置的无害化处理设备在避免高成本的集中处理、简化工业垃圾无害化处理工艺方面有着积极的作用和意义。

图1 按产品种类统计的、2007年德国水处理、污水净化处理设备企业在国际市场中所占的比重

节约成本的重要因素

在工业污水的净化处理过程中，污水净化处理的费用昂贵，费时费力，是排污成本居高不下的主要原因。另一个重要的因素就是能源费用，ITT水处理技术公司的John Williamson先生强调说到：“能源费用是污水净化处理中的一个大户。”根据联邦环保局UBA的报道，德国境内大约1万家地区性的污水净化企业每年消耗的电力约为4400GWh，相当于一座现代化火力发电厂全年的发电量。他们估计，若污水净化企业的生产运行更加高效、对污水净化设备的控制更加优化以及使用的电动机、输送泵都是高能效的产品时，能够节约20％左右的电力。

“一般来讲，输送泵是最大的电力消耗大户，同时也具有最大的节能潜力”，德国VDMA协会泵和泵系统专业协会的主席，Grundfos公司的Hermann W. Brennecke先生说道。德国VDMA协会“蓝色职责”活动的研究报告估计，高效的输送泵技术能够使污水净化处理的能源消耗降低30％左右。

图2 “对整个污水净化设备的检测结果可以节约污水净化处理过程中40%~60%的曝气费用。”
——Daniel Neugebauer先生，Currenta环境公司

在净化污水的曝气池中，也就是通常所说的污水净化池中，污水和污泥要经过多种方式的搅拌、输送才能最终净化。在这一净化过程中使用的电动机和输送泵的能源消耗与它们的效率、流量、扬程有着密切的关系。“输送泵持续运行的时间越长，除对其工作可靠性有很高的要求之外对其能源利用率的要求也越来越高”，John Becker工程技术公司（德国Kerpen市）的Gerhard Seibert-Erling博士说道。除此之外，污水净化设备所使用的设备、仪表等也应尽可能地符合其工作实际的需要。“这一方面涉及到输送泵流量和扬程的准确测定，另一方面也涉及到对输送泵正确的控制使用。例如同时使用若干不同功率或者变功率的输送泵”，输送泵生产商KSB公司的Bernd Kothe先生说道（见12页采访报道）。而这样做就首先要对这些介质的流动性能以及对污水净化工艺技术有全面的认识和了解，具有一定的经验。但一些在较长的时间内处于“不工作状态”的设备，例如为改善污水流动、搅动而设计的一些装备，在提高污水净化设备经济性方面有着积极的作用。

图3 “安装使用大约一年的Mammutrotor曝气机每年能够为我们节约33%的能源费用。”
——Hans-Joachim Schuster先生，Knapsack化工园区

经济的可调曝气

现代化污水净化曝气、加氧技术也能使您的曝气池每天24h地可靠运行，同时还能够节约大量的电力。采用了这样的设备之后，可以降低60％的能源费用。因为按照目前的电价计算，曝气压缩机每年消耗的电力费用一般都高于其采购成本，因此专业工程师Seibert-Erling向您推荐这种曝气机。他建议，在购买设备时，应该考虑该设备的能源消耗。

通过使用高效的膜片式曝气机使得污水净化企业能够实现大面积、均匀的曝气，且高效节能。据Passavent-Intech公司的Martin Wirsching先生介绍，过多地或者过长时间地往曝气池中通入氧是没有用的，因为过量的氧中只有一部分起到了净化作用。因此，动态的、可调节的曝气能够充分挖掘节能潜力。

位于Uerdingen的化学工业园的实例也证实了这一点，该工业园2008年对污水净化设备进行了现代化技术改造，更换了两台1974年生产的径流式曝气机用压缩机。除了这些压缩机维护保养费用的不断增加以外，压缩机所需的中压开关设备转速调节功能也是现代化技术改造的主要方向。Atlas Copco公司产品中的许多东西得到了Currenta污水净化技术工程师们的认同。转速调节的涡轮曝气机ZB 100VSD除把转速调节和高速电动机两个优点结合在一起以外，还具很多其他的优点，例如无油润滑，能够避免对周围环境的交叉污染。

上一级主控系统ES 130T协调着各个压缩机的工作任务分配，使它们在各个工作点都能按照能源利用优化的方式运行。它根据曝气压力和曝气流量对曝气压缩机电机的转速进行调节，在必要时自动的开启和关闭压缩机。另外，它还保证压缩机稳定运行，以便保障工作负荷的均匀。其内置的调制解调器为用户提供当前的工作状况数据，使得生产厂家能够在技术服务合同的框架内更快、更好地提供有目的的技术服务。当然，这可以让污水净化处理企业在线采集、分析工作状态数据，并利用图形显示仪器显示出来。采用了现代化的涡轮曝气压缩机后Uerdingen污水净化厂每年可以节约1100MWh的电力。

但从能源效率的角度来讲，技术上的更新还远远不够，有时候在企业当年的生产运营过程中其生产状况、污水净化质量和污水净化处理量都会发生变化，就像Knapasack化学工业园的情况那样。Hans-Jachim Schuster先生说：“我们在生物曝气池中安装使用了曝气机近40年，4台曝气机的曝气设备功率大约500kW，每年要更换上千个曝气喷嘴。”由于配件紧缺的压力很大，因此，工程技术人员们对市场上种种曝气系统进行了逐一的审核，试图找出一种最佳的曝气系统，最终选择了Mammutrotor。Passavant Geiger公司的这种曝气系统有一套水平配置的曝气管，通过这些水平配置的曝气管向曝气池中添加环境大气中的氧气，同时这些曝气管也在曝气池中旋转。Schuster先生说：“安装使用大约一年的Mammutrotoren曝气机，每年能够为我们节约33%的能源费用。”

小结：污水净化管理比单纯的污水净化更为重要。曝气技术和高效的水泵、曝气压缩机和仪器仪表能够节约大量的资源，减少资金预算，同时有利于环境保护。

智能化的污水净化管理实例

ABS公司：从2015年起，ABS公司开始向市场提供满足欧盟技术规范要求的Effex污水泵。该泵配备的是节能效率为IE3等级的电机，设计符合IEC 60034-30标准的要求，并通过了这一标准的检验认证。该泵采用了优化后的流体力学技术，因此是市场中（流体力学和电动机）最佳综合效率的污水泵。

KSB公司：研发生产了最有价值的水泵监测装置。这一监测装置由压力传感器和分析显示装置组成，能够采集入口压力、出口侧压力、压力差和扬程等数据。

Grundfos公司：利用其Dedicated Controls对泵站的工作情况、尤其是网络化的污水泵站的工作情况进行了改进优化，使其具有更好的通信功能。这一系统包括一系列具有开关、监控和报警功能的控制柜，可供用户选用的Modbus-RTU现场总线系统数据传输模块（与GSM/GPRS联系的可选配置目前正在研发之中），泵传感器输入端信号接收模块和有着菜单操作的图形显示器。

ITT公司：与Atlas Copco公司在污水净化的低压曝气设备方面进行了密切的合作。Atlas Copco公司的曝气机和Sanitaire膜片式曝气技术都得到了ITT公司的大力支持，从而能够有效地降低这些设备的使用运行费用，在某些工况下可以实现节能40%的目标。

Lewa公司：研发生产了一种投资小适合于中等工况要求（压力80bar，温度120℃，流量300L/h）的定量膜片泵。

过程优化的机遇

在IFAT 2010年的展会现场，PROCESS杂志的记者采访了KSB公司销售经理Bernd Kothe先生，就新型污水泵的技术发展进行了交流。

？Kothe先生，十年前的污水泵与现代化的污水泵有什么差异？

Kothe先生：跟老式污水泵相比最根本的区别在于，新型污水泵中使用了许多可靠的传感器。因此，也研发了相应的污水泵监控系统，由它们对污水泵的工作状况、对污水泵的维护保养进行分析、监控，在KSB公司中，这样的解决方案就是“Pumpexpert”和“Pumpdrive”。在新型污水泵中，泵轴密封系统、电气连接系统等也都有了明显的改进。另外，污水泵的流体力学性能也有了进一步的优化。我们今天使用的是高效节能型的电动机，最高等级达到了IE3。简单地说，现在的现代化污水泵更加可靠、节能。

？污水泵的节能潜力有多大？

Kothe先生：在使用叶片泵时，应从“整体系统”方面考虑问题，只有这样才能在选择叶片泵时把所有的问题考虑周全。从简单的污水净化方面向成套净化设备方面“转移”得越多，自然而然地就会考虑到利用变频器对污水泵电动机的转速进行调节。在污水输送方面，节能是一个重要的考虑因素，污水泵以及污水净化设备的可靠性也是重要考虑因素。随着转速的降低污水泵的流量也相应地减小，可能带来污泥沉积的问题。广泛地搜集所有有关流体力学方面的信息和相关要求信息，根据整合信息选择可靠的污水泵。

？能否介绍一下贵公司在污水泵技术研发方面的情况？

Kothe先生：更高效率的污水泵驱动电机，不仅包括传统的电动机，也包括潜水电机。这一课题的重要性可以从意大利Itaco/Reel公司中得到证实。KSB公司已经与Itaco/Reel公司合作5年多了，它是我们智能化水泵驱动系统的供应商。最新的研发项目包括污水泵流体力学性能的研究和优化，其目的是保证水泵在工作边界条件变化时仍然能够经济高效地工作。准确地说，在保证污物输送量不变的情况下尽可能地减少清水用量。我们新产品的特点是满足新的应用，例如，生物沼气的生产环境比传统的污水净化要恶劣。应用新产品以后，我们预计节能潜力在20％~30％。