Системы водоотведения

Энергоаудит систем водоотведения позволяет определить, сколько электроэнергии расходуется на сбор, перекачку и очистку сточных вод, насколько фактические режимы насосных станций соответствуют переменному притоку и какие технологические стадии формируют основную энергетическую нагрузку. Главная задача обследования — отделить необходимую энергию транспортирования и обработки стоков от дополнительных затрат, связанных с гидравлическими режимами, управлением насосами и работой технологического оборудования.

В отличие от водоснабжения, где насосная станция должна обеспечить требуемый расход и давление у потребителей, системы водоотведения принимают стоки с неравномерным поступлением. Насосы часто работают по уровням приёмных камер, а объём перекачки может не совпадать по времени с фактическим притоком. На очистных сооружениях электрическая нагрузка дополнительно зависит от состава сточных вод и необходимой интенсивности технологической обработки.

Поэтому высокий расход электроэнергии не всегда означает неисправность насосов или избыточную работу очистных сооружений. Его причиной могут быть увеличение поступления стоков, изменение высоты подъёма, особенности накопления, дополнительный инфильтрационный приток или изменение загрязняющей нагрузки. Одновременно возможны частые пуски, работа насосов вне эффективной области характеристик, несогласованная аэрация и постоянное потребление оборудования при небольшой фактической нагрузке.

При обследовании специалисты сопоставляют расход сточных вод, уровни приёмных камер, напор и электрическую мощность насосов, графики их включения, режимы аэрации и перемешивания, а также технологические показатели очистки. Результатом становится энергетический профиль водоотведения с разделением транспортных и технологических нагрузок, перечнем подтверждённых отклонений и программой измерений там, где исходные данные недостаточны.

Энергетическая модель системы водоотведения

Энергетический баланс водоотведения формируется несколькими процессами, которые необходимо рассматривать отдельно.

Первый процесс — поступление сточных вод от подключённых объектов в коллекторы, приёмные камеры или другие предусмотренные элементы системы.

Второй — транспортирование стоков. На самотечных участках движение обеспечивается соответствующими гидравлическими условиями, а на напорных участках используются насосные станции.

Третий — технологическая обработка сточных вод на очистных сооружениях, если они входят в границы обследования.

Четвёртый — работа вспомогательных систем, обеспечивающих необходимые условия транспортирования и очистки.

В зависимости от конструкции объекта энергетические нагрузки могут включать:

• насосы канализационных насосных станций;
• оборудование перекачки между технологическими стадиями;
• воздуходувные установки систем аэрации;
• мешалки и устройства перемешивания;
• насосы внутренних рециркуляционных потоков;
• оборудование обработки и перемещения осадка при его наличии;
• электроприводы технологических устройств;
• вспомогательное оборудование, предусмотренное схемой объекта.

Не все перечисленные установки присутствуют на каждом объекте. Состав энергетической модели определяют по фактической технологической схеме.

Например, отдельная канализационная насосная станция может выполнять только накопление и перекачку стоков. Её энергетическую эффективность исследуют по объёму, напору, электрической мощности и режимам насосов.

На очистных сооружениях к этой модели добавляются технологические операции, потребление которых может зависеть не только от количества кубических метров, но и от состава поступающей среды.

Поэтому общая электроэнергия системы водоотведения должна быть разделена по функциям прежде, чем специалисты начнут оценивать эффективность отдельных агрегатов.

Границы обследования: коллекторы, насосные станции и очистные сооружения

Перед расчётами специалисты устанавливают фактические границы системы.

Например, в состав обследуемого объекта могут входить несколько канализационных насосных станций, напорные трубопроводы, приёмные резервуары и очистные сооружения.

Но возможна и другая ситуация: заказчик эксплуатирует только насосные станции, а очистка выполняется за пределами его технологической границы.

От этого зависит состав энергетического баланса.

Если в обследование входит только насосная станция, основным полезным результатом является перекачка определённого объёма стоков с необходимым напором.

Если рассматривается очистное сооружение, полезный результат дополнительно связан с выполнением технологической задачи обработки среды.

При обследовании определяют:

• места поступления сточных вод;
• основные самотечные и напорные участки;
• приёмные камеры и накопительные ёмкости;
• насосные станции и их зоны обслуживания;
• места измерения расхода;
• точки контроля уровней;
• напорные и распределительные коллекторы;
• технологические стадии очистки;
• внутренние рециркуляционные потоки;
• электрические вводы и границы технического учёта;
• объекты, находящиеся за пределами обследования.

Особенно важно исключить повторный учёт одного объёма стоков.

Например, вода может последовательно проходить две насосные станции и затем поступать на очистку.

Каждая станция выполняет свою гидравлическую работу, но объём конечного поступления в систему не следует определять сложением объёмов всех последовательных перекачек.

Для каждой стадии устанавливают собственную материальную границу, а для комплекса в целом — согласованный объём оказываемой услуги.

Чем энергетическая модель водоотведения отличается от водоснабжения

В водоснабжении насосное оборудование обычно должно обеспечить установленное давление и необходимый расход у подключённых потребителей.

В водоотведении поступление среды часто определяется внешним притоком, который меняется независимо от работы насосов.

Например, в приёмную камеру стоки поступают постепенно. После достижения предусмотренного уровня включается насос и перекачивает накопленный объём.

Когда уровень снижается до установленного значения, насос отключается.

Следовательно, мгновенный расход насоса может быть значительно больше текущего притока в камеру.

Это нормальная особенность накопительно-перекачивающей схемы, а не самостоятельный признак неэффективности.

Если сравнивать электрическую мощность насоса с мгновенным притоком без учёта изменения уровня, можно неправильно оценить его удельное энергопотребление.

Другая особенность — свойства среды. Сточные воды могут содержать включения, которые необходимо учитывать при выборе и эксплуатации насосного оборудования.

Кроме того, на очистных сооружениях значительную часть электрической нагрузки могут формировать воздуходувки, мешалки и другие технологические установки.

Их работу нельзя оценивать исключительно по объёму перекачанной жидкости.

Поэтому модель водоотведения объединяет два самостоятельных вопроса: насколько эффективно транспортируются стоки и насколько энергетически обоснованно выполняется их обработка.

Переменный приток сточных вод

Поступление сточных вод может существенно изменяться в течение суток, недели и года.

Например, для жилой зоны характерны изменения, связанные с фактическим использованием воды. Для производственного объекта режим поступления может зависеть от сменности и технологических операций.

В некоторых системах дополнительное влияние оказывают погодные условия и поступление посторонних вод.

Но характер притока нельзя определять только по типу подключённого объекта.

Для энергоаудита необходимы фактические архивы расхода или данные, позволяющие восстановить поступление.

При обследовании специалисты выделяют:

• периоды максимального притока;
• обычную эксплуатационную нагрузку;
• периоды минимального поступления;
• изменения в рабочие и нерабочие дни;
• сезонные изменения;
• резкие кратковременные увеличения поступления;
• режимы после осадков или других характерных событий;
• изменения при подключении новых потребителей.

Затем сопоставляют приток с уровнями приёмных камер и работой насосов.

Например, если поступление увеличивается постепенно, насосная станция может отвечать более частыми включениями или продолжительной работой агрегатов.

Но частота пусков зависит не только от притока. На неё влияют рабочая производительность насосов, объём регулирования приёмной камеры и настройки автоматики.

Поэтому анализ расхода должен быть связан с фактическим накоплением и перекачкой.

Баланс притока, накопления и перекачки

Приёмная камера позволяет временно накапливать сточные воды между периодами работы насосов.

Для выбранного интервала материальный баланс связывает поступивший объём, объём перекачки и изменение запаса в камере с учётом других фактически существующих потоков.

Например, за один час в камеру поступает определённый объём стоков, но насосы работают только часть этого времени.

Если уровень воды к концу часа повысился, часть поступившего объёма осталась в накоплении.

Если уровень снизился, насосы могли перекачать не только поступившие за текущий час стоки, но и ранее накопленную воду.

Поэтому нельзя автоматически принимать объём перекачки за фактический приток того же интервала.

При обследовании специалисты используют:

• измеренный приток, если имеется соответствующий учёт;
• расход насосов;
• уровни приёмной камеры;
• геометрические характеристики камеры;
• время включения и отключения агрегатов;
• дополнительные входящие и выходящие потоки при их наличии.

Если форма камеры известна, изменение уровня может использоваться для оценки изменения запасённого объёма с учётом её геометрии.

Но в камерах сложной формы простая пропорция между уровнем и объёмом может быть некорректной.

Если отсутствуют данные о геометрии или уровнях, восстановление мгновенного притока по работе насосов будет ограниченным.

Это важно для дальнейшего анализа пусков, нагрузки и возможного инфильтрационного притока.

Уровни приёмной камеры и работа насосной автоматики

Уровень жидкости в приёмной камере часто используется как управляющий параметр канализационной насосной станции.

Автоматика включает и отключает агрегаты при достижении предусмотренных условий.

Например, первый насос запускается после повышения уровня до установленного значения.

Если приток продолжает увеличиваться, может включаться дополнительный агрегат.

После снижения уровня насосы отключаются в соответствии с заданной последовательностью.

Но фактические алгоритмы различаются в зависимости от схемы станции.

Поэтому при энергоаудите необходимо проверить конкретные уставки, задержки, ограничения и порядок включения агрегатов.

Особое внимание уделяют согласованию трёх параметров:

• фактического притока сточных вод;
• скорости изменения уровня в приёмной камере;
• производительности включённых насосов.

Например, если насос быстро снижает уровень между уставками и затем отключается, небольшой полезный объём регулирования может сопровождаться частыми рабочими циклами.

Однако высокая частота включений не обязательно означает неправильную настройку. Она может быть обусловлена фактическим притоком и допустимой схемой работы станции.

Для технического вывода необходимо сопоставить временные архивы уровней, насосов и расхода.

Частые пуски канализационных насосов

Частые пуски — один из характерных механизмов, который проверяют при энергоаудите водоотведения.

Они могут влиять на режим эксплуатации оборудования и формировать дополнительные переходные состояния.

Однако нельзя рассчитывать энергетические потери только по числу запусков.

Например, насос может включаться на короткое время из-за небольшого диапазона изменения уровня между уставками.

В другом случае частые пуски вызваны высокой неравномерностью поступления стоков.

В третьем — работающий агрегат имеет производительность, существенно превышающую фактический приток в данный период.

Чтобы различить причины, специалисты анализируют:

• количество пусков за характерные интервалы;
• продолжительность отдельных циклов;
• уровень перед включением;
• уровень после отключения;
• изменение уровня во время работы;
• фактическую производительность насоса;
• потребляемую электрическую мощность;
• состояния остальных агрегатов;
• уставки и предусмотренные ограничения.

Если пуски происходят часто при сравнительно стабильном притоке, возникает основание проверить объём регулирования камеры, производительность насоса и алгоритм управления.

Но для определения возможного изменения режима необходимо учитывать условия работы станции и допустимые параметры оборудования.

Само сокращение числа пусков не доказывает уменьшение общего расхода электроэнергии.

Как отличить частые пуски от неравномерного притока

Внешне две ситуации могут выглядеть одинаково: насос включается несколько раз за короткий промежуток времени.

Однако механизмы различаются.

При неравномерном притоке частота пусков меняется вслед за реальным поступлением сточных вод.

При особенностях настройки уровней или несоответствии производительности насоса нагрузке частые циклы могут сохраняться даже при относительно постоянном притоке.

Например, если уровень камеры между включениями растёт быстро только в определённые часы, необходимо проверить соответствующие пики поступления.

Если уровень повышается медленно, но насос за короткое время проходит весь рабочий диапазон и отключается, возникает основание исследовать соотношение производительности и полезного объёма накопления.

При обследовании специалисты анализируют временную последовательность событий.

Особенно важно использовать достаточно подробные архивы уровней и состояний оборудования.

Если доступны только суточные суммарные объёмы, установить причину кратковременных переключений трудно.

Результатом становится разделение влияния поступающих стоков, конструктивных параметров камеры и работы автоматики.

Рабочая точка канализационного насоса

Рабочая точка насоса — сочетание расхода и напора, при котором агрегат фактически работает с подключённой гидравлической системой.

Она определяется характеристикой насоса и сопротивлением сети с учётом геодезических условий.

В водоотведении на рабочую точку могут влиять изменение уровня приёмной камеры, давление на выходе и состояние напорного трубопровода.

Например, во время опорожнения камеры уровень жидкости постепенно снижается.

Это способно изменить условия на входе насоса и его фактическую гидравлическую задачу.

Если насос работает на протяжённый напорный коллектор, необходимо также учитывать сопротивление трубопровода.

При обследовании специалисты определяют расход, напор, электрическую мощность и скорость вращения агрегата.

Затем сопоставляют рабочую точку с паспортной характеристикой.

Однако паспортная характеристика может относиться к определённым условиям и свойствам перекачиваемой среды.

Поэтому фактические особенности сточных вод и эксплуатации необходимо учитывать при интерпретации.

Если расход не измерен, по одному току электродвигателя нельзя достоверно определить рабочую точку насоса.

Результатом становится оценка фактического режима перекачки и необходимости дополнительной гидравлической проверки.

Работа насосов вдали от эффективной области

Насосное оборудование имеет диапазон режимов, в котором его энергетические и эксплуатационные характеристики соответствуют конструкции.

Если агрегат длительно работает при расходах, существенно отличающихся от предусмотренной рабочей области, возникает основание проверить эффективность его применения.

Например, насос рассчитан на определённую производительность, но фактически обслуживает значительно меньший приток.

При этом он может выполнять частые короткие циклы или работать в иной точке характеристики.

Однако отклонение от номинального расхода само по себе не доказывает неисправность.

Необходимо установить фактический напор, расход и электрическую мощность.

Другой пример — станция работает на сеть, сопротивление которой изменилось после реконструкции.

Даже технически исправный насос может перейти в другую рабочую область.

Поэтому специалист проверяет не только агрегат, но и подключённую сеть.

Если измерения показывают работу вне благоприятного диапазона, определяют её продолжительность и энергетическое значение.

Только после этого рассматривают допустимые альтернативные режимы, включая изменение управления или комбинации насосов.

Почему низкая загрузка насоса не доказывает его неэффективность

Низкая загрузка может означать, что станция большую часть времени работает при небольшой потребности в перекачке.

Но это не обязательно свидетельствует о неправильном подборе оборудования.

Например, насосная станция должна обеспечивать кратковременные максимальные притоки, которые значительно превышают обычный расход.

В таком случае установленная производительность может определяться именно необходимостью работы при пиковых условиях.

При обычном притоке оборудование будет использовать только часть возможностей.

Для энергетической оценки важно определить, как станция работает в этих состояниях.

Например, один крупный насос может периодически перекачивать накопленный объём.

Другая схема может использовать несколько агрегатов различной производительности.

Но нельзя заранее утверждать, что одна конфигурация будет энергетически предпочтительнее.

Необходимо сопоставить полный расход электроэнергии за одинаковый объём перекачки при соответствующих напорах.

Дополнительно учитывают требования к пропускной способности станции и резервированию.

Результатом становится оценка пригодности фактических рабочих режимов, а не заключение по проценту загрузки двигателя.

Параллельная работа канализационных насосов

Канализационная насосная станция может использовать несколько агрегатов, работающих поочерёдно или параллельно.

Их включение зависит от притока, уровня камеры и принятой схемы управления.

Например, при обычной нагрузке работает один насос. При резком увеличении поступления стоков автоматика включает дополнительный.

Такая последовательность может быть нормальной.

Однако фактическая производительность параллельных насосов зависит от общей гидравлической характеристики напорного трубопровода.

Поэтому нельзя просто складывать паспортные расходы агрегатов и считать полученную величину фактической подачей станции.

При обследовании специалисты определяют общую рабочую точку группы и, если позволяют данные, индивидуальные расходы.

Например, включение второго насоса может увеличить суммарный расход меньше, чем предполагается по номинальным характеристикам.

Одновременно увеличится электрическая мощность станции.

Чтобы оценить эффективность комбинации, необходимо сопоставить прирост полезной перекачки и дополнительные электрические затраты.

Но решение об изменении последовательности должно учитывать пиковый приток и необходимость предотвращения переполнения приёмной камеры.

Как оценивают напор канализационной насосной станции

Для определения гидравлической работы насосов необходимо учитывать изменение механической энергии жидкости между входом и выходом.

В простейшей модели важны геодезическая составляющая и гидравлические потери в напорном трубопроводе.

Но реальные условия зависят от конструкции станции и схемы выпуска стоков.

Например, насос может подавать жидкость в напорный трубопровод, который заканчивается на определённой высотной отметке.

При этом необходимый напор зависит от разности уровней и сопротивления маршрута.

Если во время рабочего цикла изменяется уровень приёмной камеры, гидравлическая задача также может измениться.

Поэтому специалисты сопоставляют уровни, давление на выходе, расход и электрическую мощность.

Если давление измеряется только в одном коллекторе, для определения напора необходимо учитывать положение измерительных точек и особенности схемы.

Нельзя считать разность условных паспортных уровней достаточной для точной оценки фактической эффективности.

Результатом становится подтверждённый диапазон гидравлических режимов в характерных состояниях насосной станции.

Удельная электроэнергия на кубический метр стоков

Удельное энергопотребление — количество энергии, отнесённое к единице полезного результата.

Для канализационной насосной станции одним из показателей является электрическая энергия на кубический метр фактически перекачанных сточных вод.

Для очистных сооружений показатель может рассчитываться на объём обработанных стоков, но его необходимо дополнять характеристиками технологической нагрузки.

Эти показатели не следует смешивать.

Например, насосная станция перемещает стоки на определённую высоту и расстояние.

Очистное сооружение расходует электричество на обработку поступившей среды.

Даже при одинаковом объёме их энергетические функции различаются.

Для насосной станции удельный показатель зависит от напора, рабочего режима и состава включённого оборудования.

Для очистных сооружений дополнительно важны характеристики загрязнений и требования к результату обработки.

Поэтому сравнительная оценка по одному кВт·ч/м³ может оказаться недостаточной.

При обследовании специалисты устанавливают границу расчёта и фактическую полезную задачу.

Если электрический счётчик охватывает насосы и оборудование очистки одновременно, общий показатель не позволяет определить их индивидуальную эффективность.

Сначала необходимо разделить энергетические составляющие.

Почему удельное потребление может возрастать при малом притоке

При уменьшении поступления сточных вод электрическое потребление некоторых установок снижается не пропорционально объёму.

Например, технологическое оборудование может продолжать работать для поддержания необходимого состояния процесса.

Насосная станция также может сохранять определённую вспомогательную нагрузку между основными периодами перекачки.

В результате энергия на кубический метр стоков увеличивается.

Но это не обязательно означает ухудшение физической эффективности насосов или технологических установок.

Причиной может быть распределение относительно постоянного энергопотребления на меньший объём.

Например, в период низкого притока воздуходувная установка продолжает обеспечивать определённый технологический режим.

Абсолютная энергия может измениться незначительно, а удельный показатель вырастет из-за уменьшения объёма поступающих стоков.

Поэтому специалисты рассматривают отдельно абсолютное электрическое потребление, объём и полезную технологическую нагрузку.

Если данные показывают устойчивую базовую нагрузку, определяют её состав и назначение.

Но нельзя автоматически считать всю такую энергию устранимой.

Базовый уровень энергопотребления водоотведения

Базовый уровень энергопотребления — электрическая нагрузка, сохраняющаяся в периоды минимального поступления сточных вод или небольшой технологической активности.

В зависимости от объекта её могут формировать:

• вспомогательные устройства насосной станции;
• технологические мешалки;
• воздуходувное оборудование;
• насосы внутренней циркуляции;
• системы управления и контроля;
• другое оборудование, выполняющее предусмотренную постоянную функцию.

Например, ночью объём стоков уменьшается, но отдельные технологические процессы на очистных сооружениях продолжаются.

Их электрическое потребление нельзя автоматически считать избыточным только потому, что приток небольшой.

Необходимо установить фактическую технологическую нагрузку и параметры, которые оборудование должно поддерживать.

При обследовании специалисты сопоставляют общий электрический профиль с состояниями отдельных агрегатов.

Если насосы не работают, но электрическое потребление объекта остаётся значительным, определяют вклад технологических и вспомогательных систем.

Если часть оборудования продолжает работать после завершения соответствующей операции, возникает основание проверить его назначение.

Но отсутствие текущего притока не означает отсутствия технологической задачи: ранее поступившая среда может продолжать обработку.

Результатом становится структура базовой нагрузки с разделением необходимых и требующих проверки режимов.

Инфильтрационный приток в канализационную сеть

Инфильтрационный приток — поступление посторонней воды в систему водоотведения через непредусмотренные пути, например при наличии негерметичностей подземных элементов сети.

Такой приток может увеличивать объём воды, который необходимо транспортировать и в дальнейшем обрабатывать.

Однако увеличение объёма стоков не доказывает наличие инфильтрации.

Например, рост поступления может быть связан с фактическим водопотреблением подключённых объектов или предусмотренными технологическими сбросами.

На параметры сети также могут влиять изменения состава подключений и режимов эксплуатации.

Поэтому при обследовании специалисты сопоставляют архивы притока с известными источниками стоков и внешними условиями.

Особенно важно анализировать устойчивые изменения, которые не объясняются обычными эксплуатационными графиками.

Например, если приток существенно увеличивается в определённые погодные периоды, возникает основание проверить поступление посторонних вод.

Но такая корреляция не устанавливает конкретный путь поступления.

Для подтверждения источника может потребоваться отдельная диагностика коллекторов или зональные измерения.

Результат энергоаудита — выявление необъяснённой составляющей притока и оценка её возможного энергетического значения в пределах достоверных данных.

Инфильтрация и приток после осадков: что нужно различать

Дополнительное поступление воды в канализационную систему может иметь различные механизмы.

Инфильтрация связана с проникновением воды через негерметичные участки системы.

Отдельно может существовать поступление поверхностных вод через подключения или другие пути, особенности которых определяются конструкцией канализационной сети.

Эти механизмы не следует объединять без проверки.

Например, резкий рост расхода во время осадков может указывать на дополнительное поступление воды, но не обязательно на инфильтрацию через подземные дефекты.

В другом случае повышенный приток сохраняется продолжительное время после изменения внешних водных условий.

Это требует иной программы проверки.

При обследовании специалисты анализируют:

• расход сточных вод до события;
• характер изменения притока;
• продолжительность повышенного расхода;
• известное водопотребление подключённых объектов;
• изменение уровней приёмных камер;
• погодные условия;
• схему коллекторов и подключений;
• доступные данные по отдельным зонам.

Если данных недостаточно для определения источника, результат ограничивается подтверждением дополнительной нагрузки и необходимостью дальнейшей локализации.

Нельзя объявлять весь прирост после дождя физической инфильтрацией без проверки структуры сети.

Как дополнительный приток влияет на энергию перекачки

Если в систему поступает дополнительный объём воды, насосные станции могут увеличивать продолжительность работы или частоту включений.

Это способно повысить электрическое потребление транспортирования.

Однако зависимость не всегда строго пропорциональна объёму.

Например, при увеличении притока станция может перейти от работы одного насоса к параллельной работе двух агрегатов.

В таком случае меняются рабочая точка и суммарная электрическая мощность.

Другой пример — при повышенном расходе возрастают гидравлические потери в напорном трубопроводе.

Это также влияет на энергетическую задачу станции.

Поэтому нельзя рассчитывать возможную экономию от устранения инфильтрации только умножением предполагаемого дополнительного объёма на средний показатель кВт·ч/м³.

При обследовании специалисты определяют, какие режимы насосов возникают при повышенном притоке и сколько энергии они потребляют.

Если дополнительный объём подтверждён, можно оценивать изменение транспортной нагрузки с учётом характеристик станции.

Но если источник притока не установлен, рассчитанный эффект следует обозначать как сценарный.

Как дополнительный приток влияет на очистные сооружения

Увеличение объёма поступающих стоков может изменить нагрузку очистных сооружений.

Однако энергетический эффект зависит не только от кубических метров.

Например, дополнительная вода может изменить гидравлическую нагрузку отдельных стадий, но при этом концентрации некоторых загрязнений могут снижаться вследствие разбавления.

Поэтому объём и загрязняющая нагрузка способны изменяться по-разному.

Если оценивать очистку только по расходу воды, можно неправильно определить потребность технологического оборудования.

При обследовании специалисты сопоставляют объём поступающих стоков с доступными показателями их состава и технологическими режимами.

Например, если расход увеличился, но фактическая загрязняющая нагрузка изменилась иначе, работа воздуходувок не обязательно должна изменяться пропорционально объёму.

Для технической оценки необходимо учитывать требования соответствующей стадии обработки.

Результатом становится раздельная характеристика дополнительной гидравлической нагрузки и изменения технологической потребности.

Без данных о составе стоков нельзя достоверно определить энергетическое влияние дополнительного притока на очистку.

Очистные сооружения как самостоятельный потребитель электроэнергии

На очистных сооружениях часть электроэнергии расходуется на непосредственную перекачку стоков, а часть — на технологическую обработку.

Состав оборудования зависит от принятой схемы очистки.

Например, на объекте могут использоваться установки аэрации, перемешивания, внутренней циркуляции и другие технологические механизмы.

Энергетическая задача каждого оборудования определяется выполняемой функцией.

Поэтому при обследовании специалисты сначала выделяют технологические стадии.

Затем устанавливают:

• объём сточных вод на входе стадии;
• соответствующую технологическую нагрузку;
• параметры, которые необходимо поддерживать;
• состав работающего оборудования;
• электрическую мощность агрегатов;
• продолжительность работы;
• уставки автоматического управления;
• достигаемый результат обработки.

Например, высокая электрическая мощность воздуходувной установки может быть необходимой при повышенной нагрузке очистки.

Если нагрузка уменьшилась, но расход электроэнергии остался прежним, возникает основание проверить регулирование.

Однако сделать вывод об избыточности без технологических показателей нельзя.

Поэтому энергетический аудит очистки не сводится к поиску оборудования с самой высокой мощностью.

Аэрация и её энергетическая роль

Аэрация — предусмотренный технологический процесс подачи воздуха или кислорода для обеспечения необходимых условий обработки сточных вод.

В зависимости от схемы очистки аэрационное оборудование может формировать значительную электрическую нагрузку.

Но количество подаваемого воздуха должно оцениваться относительно фактической технологической потребности.

Например, воздуходувная установка может подавать воздух в определённую зону очистного сооружения.

Её энергетические затраты зависят от производительности, давления, характеристик оборудования и времени работы.

При этом технологический результат связан не только с расходом воздуха, но и с его фактическим использованием в процессе.

Поэтому нельзя считать электрическую мощность воздуходувки прямым показателем эффективности аэрации.

При обследовании специалисты сопоставляют режимы оборудования с доступными технологическими параметрами, характеризующими необходимое состояние процесса.

Например, в зависимости от принятой технологии могут анализироваться показатели растворённого кислорода, нагрузки загрязняющих веществ и другие предусмотренные параметры контроля.

Но состав таких показателей определяется конкретным очистным сооружением.

Результатом становится связь между электрическим потреблением аэрации и фактической технологической задачей.

Избыточная аэрация: как подтверждают отклонение

Избыточная аэрация — возможное состояние, при котором оборудование обеспечивает воздушный или кислородный режим, превышающий необходимый для подтверждённой технологической задачи.

Но высокая мощность воздуходувок сама по себе не доказывает избыточность.

Например, очистное сооружение может принимать стоки с повышенной загрязняющей нагрузкой.

В таком случае необходимость интенсивной аэрации может быть объективной.

Другой случай — загрязняющая нагрузка снизилась, но оборудование продолжает работать с прежней производительностью.

Это основание проверить алгоритм управления.

При обследовании специалисты сопоставляют:

• расход сточных вод;
• характеристики поступающих загрязнений;
• состояние технологического процесса;
• режимы воздуходувок;
• производительность подачи воздуха при наличии измерений;
• электрическую мощность;
• показатели технологического контроля;
• качество обработанных сточных вод.

Например, если интенсивность подачи воздуха сохраняется при снижении технологической нагрузки, возникает основание для дополнительной оценки.

Но необходимо подтвердить, что уменьшение аэрации не нарушит необходимый процесс очистки.

Нельзя снижать аэрацию или другие технологические режимы только по электрической мощности: требуется подтверждение фактической нагрузки и качества очистки.

Это принципиальная граница энергетических рекомендаций для очистных сооружений.

Как отличить избыточную аэрацию от необходимой технологической нагрузки

Два режима могут иметь одинаковую электрическую мощность воздуходувного оборудования, но различаться по технологической обоснованности.

Например, в первом случае высокая производительность требуется для обработки поступившей загрязняющей нагрузки.

Во втором аналогичная производительность сохраняется при существенно меньшей нагрузке.

Однако даже такое сопоставление не позволяет немедленно снизить подачу воздуха.

Необходимо учитывать особенности процесса, его динамику и требования к конечному результату.

При обследовании специалисты сравнивают периоды с подтверждёнными технологическими параметрами.

Если режимы обработки различаются, необходимо определить причины.

Например, изменение концентрации загрязняющих веществ, температуры среды или последовательности технологических стадий может изменить потребность процесса.

Поэтому энергетическое сравнение только по объёму стоков недостаточно.

Результатом становится техническая гипотеза о возможном избытке аэрации либо подтверждение необходимости действующего режима на основании доступных технологических данных.

Если показатели очистки не предоставлены, вывод об избыточной аэрации остаётся неподтверждённым.

Воздуходувные установки и их рабочие характеристики

Воздуходувки расходуют электрическую энергию на перемещение воздуха при необходимом давлении.

Их энергетические показатели зависят от фактической производительности, давления и характеристик оборудования.

Например, две установки могут подавать одинаковое количество воздуха, но работать при разных давлениях.

В таком случае электрическая мощность может отличаться.

Поэтому высокая мощность не всегда означает низкую эффективность воздуходувки.

При обследовании специалисты анализируют:

• паспортную характеристику оборудования;
• фактическую производительность подачи воздуха;
• рабочее давление;
• активную электрическую мощность;
• скорость или ступень регулирования;
• время работы;
• состав параллельно действующих агрегатов;
• технологическую задачу аэрации.

Если система поддерживает постоянную подачу воздуха при переменной технологической нагрузке, возникает основание проверить управление.

Но для расчёта возможной экономии необходимо определить допустимый диапазон подачи воздуха.

Само снижение скорости воздуходувки не является подтверждённым мероприятием без проверки процесса очистки.

Параллельная работа воздуходувок

На очистных сооружениях могут использоваться несколько воздуходувных агрегатов.

Их работа определяется требуемой подачей воздуха, давлением и предусмотренным резервированием.

Например, при высокой технологической нагрузке работают несколько машин, а при её снижении часть отключается.

Но энергетически предпочтительная комбинация зависит от индивидуальных характеристик оборудования.

Нельзя считать минимальное количество включённых воздуходувок универсально оптимальным.

При обследовании специалисты сопоставляют суммарную подачу воздуха, давление и активную мощность группы.

Затем анализируют отдельные режимы включения.

Например, одна крупная машина при небольшой нагрузке может иметь другую эффективность, чем две меньшие установки, обеспечивающие ту же подачу воздуха.

Чтобы сравнить варианты, необходимы данные о фактической рабочей точке и требованиях технологической стадии.

При этом изменение состава оборудования должно сохранять устойчивость процесса очистки и необходимые условия резервирования.

Мешалки и оборудование перемешивания

Технологические мешалки обеспечивают перемешивание среды в тех процессах, где это предусмотрено схемой очистки.

Их электрическое потребление зависит от установленного оборудования, режима работы и продолжительности включения.

Но оценивать необходимость работы мешалки только по текущему притоку сточных вод неправильно.

Например, в технологической ёмкости может находиться объём, поступивший ранее.

Даже при небольшом притоке процесс продолжает выполняться, а перемешивание может оставаться необходимым.

При обследовании специалисты устанавливают назначение каждой мешалки и параметры технологической стадии.

Затем сопоставляют электрическую мощность и время работы с предусмотренным режимом процесса.

Если оборудование работает постоянно, необходимо определить, обусловлено ли это технологической потребностью.

Если процесс допускает разные режимы, для их энергетической оценки требуются технологические данные и проверка результата обработки.

Нельзя рассчитывать экономию от произвольного отключения мешалок без подтверждения допустимости такого изменения.

Внутренние рециркуляционные потоки

На отдельных очистных сооружениях могут существовать внутренние потоки, возвращающие часть среды между технологическими стадиями.

Они формируют дополнительный объём перемещения и соответствующее энергопотребление насосов.

Но такой поток может выполнять необходимую технологическую функцию.

Например, часть жидкости возвращается на предыдущую стадию обработки по предусмотренному алгоритму.

При этом объём внутренней перекачки может существенно превышать объём нового притока.

Если сложить оба потока, возникнет повторный учёт одного и того же объёма как новой поступившей воды.

Поэтому специалисты отдельно определяют:

• внешний приток сточных вод;
• внутреннюю рециркуляцию;
• объём, проходящий через отдельную стадию;
• электрическую нагрузку рециркуляционных насосов;
• назначение возвратного потока;
• параметры технологического результата.

Если рециркуляционный расход выглядит высоким, это основание проверить его соответствие технологической задаче.

Но нельзя объявлять такой поток лишним только потому, что он увеличивает суммарную перекачку.

Энергетический эффект возможного изменения определяется после подтверждения технологической допустимости.

Как разделяют транспортную и технологическую электроэнергию

Ключевой результат энергоаудита водоотведения — разделение электрического потребления по функциям.

Транспортная нагрузка включает энергию, связанную с перекачкой сточных вод через насосные станции и соответствующие участки системы.

Технологическая нагрузка включает энергию оборудования, выполняющего обработку стоков.

При этом отдельные насосы могут входить непосредственно в технологические стадии. Поэтому принадлежность нагрузки определяют по фактической функции, а не только по типу оборудования.

Например, насос, передающий стоки от населённого пункта к очистным сооружениям, относится к транспортированию.

Насос внутреннего рециркуляционного контура может относиться к технологической обработке.

Если все устройства подключены к общему электрическому вводу, необходимо определить возможность раздельного учёта.

При обследовании специалисты составляют перечень агрегатов, их режимов и потребляемой мощности.

Затем сопоставляют потребление с объёмом и назначением соответствующей операции.

Результатом становится энергетический профиль, в котором видно, какая часть электрической энергии расходуется на транспортирование, а какая — на выполнение технологических стадий.

Без такого разделения невозможно определить, следует ли в первую очередь проверять насосные станции или оборудование очистки.

Почему общий электросчётчик не показывает эффективность очистки

Общий электрический ввод очистных сооружений может включать несколько различных нагрузок.

Например, он учитывает насосы, воздуходувки, мешалки и вспомогательное оборудование.

Если электрический расход увеличился, по одному счётчику нельзя определить, какая стадия сформировала изменение.

Возможны разные причины.

Первая — вырос объём поступающих стоков, что увеличило нагрузку насосов.

Вторая — изменилась технологическая потребность обработки.

Третья — часть оборудования стала работать дольше.

Четвёртая — изменились условия эксплуатации или состав включённых агрегатов.

Поэтому специалисты сопоставляют общий архив с графиками оборудования.

Если раздельный электрический учёт отсутствует, могут потребоваться временные инструментальные измерения характерных агрегатов.

Но паспортная мощность двигателя не равна фактической активной мощности во всех режимах.

Поэтому распределение энергии по номинальным мощностям без учёта времени и загрузки будет только приблизительной моделью с соответствующими ограничениями.

Как сопоставляют аэрацию с технологической нагрузкой

Оценка аэрации требует связать энергопотребление воздуходувок с действительной потребностью процесса.

Для этого специалисты анализируют не только количество поступивших стоков, но и характеристики среды.

Например, при одинаковом суточном объёме состав загрязнений может различаться.

Соответственно, требования к технологической обработке также могут измениться.

Если воздуходувки работают с одинаковой электрической мощностью в двух периодах, это ещё не означает одинаковую энергетическую эффективность.

Необходимо определить, какую нагрузку они обеспечивали.

При обследовании специалисты сопоставляют режимы аэрации с технологическими измерениями за одни и те же периоды.

Особое значение имеет достаточность временных данных.

Например, средний суточный показатель может скрывать кратковременные изменения нагрузки и работы автоматики.

Если задача заключается в проверке последовательности регулирования, нужны более подробные архивы.

Результатом становится оценка соответствия фактической работы воздуходувок технологической задаче, а не простое ранжирование оборудования по потребляемой мощности.

Как анализируют работу оборудования при малом притоке

Периоды низкого поступления сточных вод позволяют исследовать постоянные составляющие энергетического потребления.

Например, ночью перекачка уменьшается, но аэрационное или перемешивающее оборудование продолжает работать.

Это не обязательно является неэффективным состоянием.

На очистных сооружениях процессы могут продолжаться после поступления соответствующего объёма стоков.

Поэтому необходимо учитывать фактическое содержимое технологических ёмкостей и условия обработки.

При обследовании специалисты определяют:

• приток в период минимальной нагрузки;
• изменение запасов в технологических ёмкостях;
• электрическую мощность насосов;
• состояния воздуходувок;
• режимы мешалок;
• работу внутренних рециркуляционных контуров;
• показатели технологического процесса;
• продолжительность соответствующих режимов.

Если подтверждается работа оборудования без необходимой функции, возникает основание для технической проверки управления.

Если функция сохраняется, соответствующее потребление относится к обязательной технологической нагрузке.

Поэтому высокая удельная энергия при малом притоке не является достаточным доказательством перерасхода.

Как различают пять характерных причин дополнительных затрат

В системах водоотведения необходимо отдельно проверять пять механизмов.

Частые пуски насосов. Требуется установить связь между фактическим притоком, изменением уровня камеры, производительностью насоса и уставками управления.

Работа насосов вдали от эффективной области. Необходимо сопоставить измеренные расход, напор и электрическую мощность с характеристиками оборудования и сети.

Избыточная аэрация. Для проверки требуется определить фактическую технологическую нагрузку, параметры аэрации и качество очистки.

Инфильтрационный приток. Необходимо отличить дополнительные воды от обычных и предусмотренных потоков, установить причину увеличения объёма и его энергетическое влияние.

Базовая нагрузка при малом расходе. Необходимо определить, какое оборудование продолжает работать и какую полезную транспортную или технологическую функцию оно выполняет.

Эти причины могут сочетаться.

Например, дополнительный приток увеличивает количество включений насосной станции.

Одновременно на очистные сооружения поступает больший объём воды, что изменяет условия технологических стадий.

В другом случае уменьшение поступления стоков снижает транспортную нагрузку, но аэрационное оборудование сохраняет прежний режим.

Тогда удельное энергопотребление всего объекта возрастает за счёт изменения соотношения полезной нагрузки и постоянных затрат.

Поэтому для каждого периода сначала определяют фактические потоки, затем — работу оборудования, и только после этого оценивают причины.

Практический пример: насос часто запускается после уменьшения притока

Рассмотрим условную канализационную насосную станцию.

В период низкого притока один насос многократно включается на короткое время.

Первоначально возникает предположение о неправильной настройке уровней.

Однако необходимо сопоставить производительность насоса с объёмом воды между уровнями включения и отключения.

Если насос быстро откачивает этот объём, короткий рабочий цикл может объясняться сочетанием высокой производительности и небольшого объёма регулирования.

Но количество пусков дополнительно зависит от скорости поступления стоков.

При обследовании специалисты анализируют уровни камеры, состояния насоса и фактическую электрическую мощность.

Если рассматривается изменение уставок, необходимо учитывать допустимые уровни и эксплуатационные ограничения станции.

Если рассматривается другой насосный режим, проверяют его гидравлические характеристики.

Экономию нельзя рассчитывать исключительно по числу пусков до и после изменения.

Необходимо сопоставить полное электрическое потребление за одинаковый объём перекачки и соответствующие условия.

Практический пример: насос перекачивает стоки с повышенным расходом электроэнергии

Насосная станция стала расходовать больше электрической энергии на кубический метр перекачанных стоков.

Это может указывать на изменение рабочего режима, но не определяет конкретную причину.

Например, изменился уровень приёмной камеры, фактический напор или конфигурация напорного трубопровода.

Другой вариант — насос большую часть времени работает при расходе, отличающемся от благоприятной области характеристики.

При обследовании специалисты сопоставляют объём, напор и мощность в характерных режимах.

Затем проверяют состав включённых агрегатов.

Если удельный расход вырос при сопоставимой гидравлической задаче, появляется основание для дополнительной диагностики насосной установки.

Если же требуемый напор увеличился, часть изменения электроэнергии может объясняться объективным ростом гидравлической работы.

Результат — разграничение изменения полезной задачи и фактической эффективности оборудования.

Практический пример: после осадков резко увеличилось время работы насосов

На канализационной насосной станции после осадков увеличивается продолжительность перекачки.

Первоначальная гипотеза — дополнительный приток воды в систему.

Но необходимо установить источник изменения.

Например, часть дополнительного объёма может поступать через особенности подключений сети, а часть — через негерметичные участки.

Нельзя без проверки объединять все возможные механизмы под названием инфильтрации.

Специалисты сопоставляют расход, уровни камеры и графики насосов с характером погодного события.

Затем оценивают водопотребление подключённых объектов и возможные другие источники.

Если прирост остаётся необъяснённым, определяют участки сети для дальнейшей локализации.

Энергетический результат показывает, какую дополнительную нагрузку могла получить насосная станция.

Но конкретный объём инфильтрации и место поступления не объявляются установленными без подтверждающих данных.

Практический пример: воздуходувки работают постоянно при уменьшении притока

На очистных сооружениях количество поступающих стоков уменьшается, а воздуходувные установки продолжают работать с прежней мощностью.

Такая ситуация может указывать на возможность проверки регулирования аэрации.

Однако объём сточных вод сам по себе не определяет технологическую потребность в кислороде или воздухе.

Например, изменение концентрации загрязняющих веществ может сопровождаться иной нагрузкой при близких расходах.

Поэтому специалисты сначала сопоставляют технологические показатели.

Затем определяют фактические режимы воздуходувок и параметры аэрации.

Если технологическая нагрузка подтверждённо снизилась, а производительность подачи воздуха сохранилась, возникает основание проверить управление.

Но для технического изменения требуется подтверждение допустимости нового режима и качества очистки.

Нельзя считать всю разницу между номинальной и минимальной мощностью воздуходувок потенциальной экономией.

Практический пример: ночью малая перекачка, но объект потребляет много электроэнергии

В ночные часы насосная станция работает редко, но общий электрический счётчик очистных сооружений показывает значительную нагрузку.

Первоначально может показаться, что электричество расходуется без соответствующего объёма стоков.

Но необходимо учитывать технологические стадии.

Например, оборудование аэрации и перемешивания может продолжать обработку среды, поступившей ранее.

При обследовании специалисты разделяют электрические нагрузки насосов, воздуходувок и мешалок.

Затем сопоставляют их режимы с состоянием технологического процесса.

Если отдельная установка работает без подтверждённой задачи, возникает основание проверить её алгоритм.

Если она обеспечивает необходимую обработку, её потребление не является лишним только из-за малого текущего притока.

Таким образом, базовую нагрузку анализируют по функциям, а не по одному ночному значению общего электросчётчика.

Практический пример: увеличение объёма стоков не сопровождается аналогичным ростом аэрации

На очистное сооружение начинает поступать больше сточных вод, но мощность аэрационного оборудования увеличивается не пропорционально.

Это не обязательно означает недостаточную работу воздуходувок.

Например, дополнительный приток может изменить объём стоков иначе, чем их загрязняющую нагрузку.

Поэтому количество кубических метров не является единственным определяющим параметром технологической потребности.

Специалисты сопоставляют состав поступающей среды, технологические режимы и показатели результата очистки.

Если качество обработки сохраняется при подтверждённых условиях, такое соотношение нагрузки и мощности может быть обоснованным.

Если технологические параметры ухудшаются, необходимо установить причины и достаточность режима аэрации.

Но нельзя по одному соотношению кВт·ч/м³ сделать вывод ни об избытке, ни о недостаточности воздуха.

Какие исходные документы необходимы

Для энергоаудита водоотведения требуется набор данных, связывающих поступление стоков, накопление, насосную работу и технологическую очистку.

• Схема системы водоотведения. Коллекторы, насосные станции, напорные трубопроводы и очистные сооружения в пределах обследования.
• Схемы канализационных насосных станций. Приёмные камеры, насосы, коллекторы, арматура и контрольные точки.
• Паспорта насосов. Характеристики расхода, напора, допустимых рабочих областей и условий эксплуатации.
• Архивы расхода стоков. Данные поступления и перекачки с указанием фактических измерительных границ.
• Уровни приёмных камер. Временные архивы для анализа накопления и работы насосной автоматики.
• Геометрия накопительных ёмкостей. Сведения для определения изменения запасённого объёма по уровню.
• Активная электрическая мощность насосов. Измерения и архивы для сопоставления с фактической гидравлической работой.
• Графики включения насосов. Пуски, остановки, продолжительность циклов и состав работающих агрегатов.
• Давление и напор. Измерения, необходимые для определения рабочих точек насосов.
• Схемы технологической очистки. Перечень стадий, внутренние рециркуляционные потоки и связанное оборудование.
• Режимы аэрации. Состояния воздуходувок, производительность, рабочее давление и электрическая мощность при доступности данных.
• Режимы мешалок. Графики работы и назначение оборудования перемешивания.
• Технологические показатели очистки. Данные о характеристиках поступающих стоков, состоянии процесса и результате обработки.
• Погодные и эксплуатационные сведения. Информация для анализа возможного дополнительного притока и изменения нагрузки.
• Настройки автоматики. Уставки уровней, последовательность насосов и алгоритмы технологического управления.
• Эксплуатационные журналы. Ремонты, переключения, изменения настроек и другие события, влияющие на сопоставимость режимов.

Каждый показатель должен быть связан с конкретным периодом.

Например, расход стоков за сутки не заменяет подробный архив для анализа частых пусков.

Общий электрический расход очистных сооружений не позволяет самостоятельно оценить энергопотребление аэрации.

Без технологических показателей нельзя установить, соответствует ли режим очистки фактической нагрузке.

Поэтому до расчётов необходимо проверить полноту исходных данных и границы каждого измерения.

Как выбирают приоритет инструментальных измерений

Программа измерений должна устранять конкретную неопределённость.

Если основной вопрос связан с частыми пусками насосов, первоочередными становятся архивы уровней, включений и фактического притока.

Если предполагается работа насосов вдали от эффективной области, необходимы расход, напор и активная электрическая мощность.

Если имеется гипотеза об инфильтрационном притоке, требуется сопоставить объёмы стоков с нагрузками подключённых объектов и характерными внешними условиями.

Если основное потребление приходится на аэрацию, необходимо измерить или уточнить её электрическую нагрузку и параметры технологического процесса.

Если объект имеет высокую базовую нагрузку, проверяют состояния оборудования при минимальном поступлении стоков.

Если транспортная и технологическая энергия учитываются одним счётчиком, первоначальной задачей становится их разделение.

Например, установка дополнительного электросчётчика на воздуходувки позволит определить их потребление, но не докажет избыточность аэрации без технологических данных.

А расходомер на насосной станции покажет объём перекачки, но не даст точной характеристики притока за короткий период без учёта изменения уровня приёмной камеры.

Поэтому для каждой точки измерения заранее определяют, какой вывод должен быть подтверждён.

Как формируют суточную режимную модель

После получения исходных данных специалисты разделяют работу системы на характерные состояния.

Для канализационной насосной станции это могут быть периоды минимального притока, обычной нагрузки, интенсивного поступления и работы нескольких агрегатов.

Для очистных сооружений — состояния с различной гидравлической и технологической нагрузкой.

По каждому режиму устанавливают:

• фактический объём поступающих стоков;
• изменение уровня приёмных камер;
• объём перекачки;
• количество работающих насосов;
• производительность и напор;
• активную электрическую мощность;
• режимы аэрации и перемешивания;
• технологические показатели очистки;
• продолжительность состояния.

Например, днём насосы могут часто включаться вследствие повышенного притока.

Ночью перекачка сокращается, но технологические установки продолжают обрабатывать ранее поступившую среду.

Если эти состояния объединить в один среднесуточный показатель, причины электрического потребления станут менее различимыми.

Поэтому режимная модель должна сохранять временную связь между поступлением, накоплением, транспортированием и очисткой.

Как сравнивают рабочие и нерабочие периоды

Изменение режима эксплуатации подключённых объектов может влиять на объём и состав поступающих сточных вод.

Например, в выходные дни промышленный или административный объект может уменьшать водопотребление и соответствующее поступление стоков.

Но некоторые технологические операции способны продолжаться независимо от обычного рабочего графика.

При обследовании специалисты сначала устанавливают фактическую нагрузку подключённых объектов.

Затем сопоставляют архивы притока и работы насосов.

Если объём стоков уменьшается, но электрическое потребление очистных сооружений сохраняется, необходимо исследовать базовую технологическую нагрузку.

Однако такая картина не доказывает избыточность оборудования.

Например, технологический процесс может продолжаться после окончания поступления определённой партии стоков.

Если меняется состав среды, сравнение только по объёму также будет ограниченным.

Поэтому для правильной оценки используют одновременно гидравлические, электрические и технологические показатели.

Как рассчитывают энергетические последствия возможного мероприятия

Расчёт экономии допускается после подтверждения конкретного механизма.

Например, если частые пуски связаны с режимом управления насосами, сравнивают технически допустимые варианты по полной электрической энергии и фактическому объёму перекачки.

Если насос длительно работает вне эффективной области, оценивают альтернативную рабочую точку при необходимом расходе и напоре.

Если подтверждён дополнительный инфильтрационный приток, определяют возможное изменение транспортной нагрузки после его уменьшения.

Если рассматривается аэрация, сравнение выполняют только при подтверждённой технологической потребности и сохранении качества очистки.

Если предполагается сокращение работы мешалок или иных установок, необходимо установить, какие технологические функции должны сохраняться.

При этом энергетические эффекты могут пересекаться.

Например, уменьшение постороннего притока изменяет объём перекачки, частоту включений насосов и гидравлическую нагрузку очистных сооружений.

Нельзя независимо рассчитать все эти эффекты по исходному состоянию и затем механически сложить результаты.

Необходимо определить новый согласованный режим для затронутых стадий.

Поэтому итоговая оценка должна учитывать весь путь сточных вод и соответствующие эксплуатационные ограничения.

Что нельзя считать доказанным по одному показателю

В системах водоотведения отдельный высокий показатель не всегда определяет техническую причину.

Например, частые пуски насосов не доказывают неправильную настройку автоматики без данных о притоке и уровне камеры.

Высокий показатель кВт·ч/м³ не доказывает неисправность насосов без анализа напора и рабочей точки.

Большая электрическая мощность воздуходувок не доказывает избыточную аэрацию без технологических показателей.

Рост притока после осадков не доказывает конкретный источник инфильтрации без проверки сети.

Значительная ночная нагрузка очистных сооружений не означает, что соответствующее оборудование можно отключить.

Необходимо различать:

• измеренный факт;
• расчётную величину с установленными исходными данными;
• вероятное техническое объяснение;
• конкурирующие причины;
• необходимую дополнительную проверку;
• условия, без которых энергетическое мероприятие недопустимо.

Такое разделение особенно важно при оценке технологической очистки.

Если подтверждены только электрические показатели, но неизвестна фактическая нагрузка процесса, заключение о возможности уменьшения аэрации будет преждевременным.

Результаты энергоаудита систем водоотведения

Основной результат обследования — энергетический профиль водоотведения с разделением затрат на транспортирование и технологическую обработку сточных вод.

В итоговых материалах могут быть представлены:

• подтверждённая схема водоотведения с материальными и энергетическими границами;
• суточные и характерные сезонные профили поступления стоков;
• балансы притока, накопления и перекачки;
• графики изменения уровней приёмных камер;
• параметры рабочих циклов насосов;
• количество и продолжительность пусков;
• фактические расходы и напоры насосных агрегатов;
• сопоставление рабочих точек с характеристиками оборудования;
• электрическая мощность насосных станций в характерных состояниях;
• удельное энергопотребление транспортирования стоков;
• анализ дополнительного притока, не объяснённого обычными нагрузками;
• показатели транспортной нагрузки при характерных режимах;
• распределение электрической энергии по технологическим стадиям очистки;
• профили работы воздуходувок и мешалок;
• сопоставление аэрации с технологическими параметрами;
• структура базового энергопотребления при малом притоке;
• перечень подтверждённых отклонений и конкурирующих объяснений;
• программа дополнительных измерений;
• границы достоверности энергетических расчётов.

Для каждого существенного вывода указывают подтверждающие данные.

Например, оценка работы насосов вне эффективной области должна опираться на фактические расход, напор и мощность.

Оценка влияния дополнительного притока требует обоснованного материального баланса.

Оценка аэрации должна учитывать технологическую нагрузку и качество обработки.

Если данные отсутствуют, результатом становится перечень неопределённостей и приоритетных измерений, а не неподтверждённый расчёт экономии.

Как используют результаты для технического решения

После определения структуры энергопотребления специалисты выбирают объект дальнейшей технической проверки.

Если основная проблема связана с частыми пусками, исследуют рабочий объём приёмной камеры, фактический приток и алгоритм насосной автоматики.

Если выявлена работа насосов вне эффективной области, проверяют их характеристики, гидравлическую сеть и допустимые комбинации оборудования.

Если значительную нагрузку формирует дополнительный приток, уточняют его источники и энергетическое влияние на перекачку и очистку.

Если основное электрическое потребление приходится на аэрацию, анализируют технологическую нагрузку и настройки воздуходувного оборудования.

Если при малом расходе сохраняется значительная базовая нагрузка, устанавливают функции работающих агрегатов.

Во всех случаях техническое мероприятие должно сохранять способность системы принимать и транспортировать необходимые объёмы сточных вод.

Для очистных сооружений дополнительно требуется сохранение предусмотренного результата обработки.

Поэтому снижение электрического потребления само по себе не является достаточным показателем успешного изменения режима.

Когда необходимо обследование связанных систем

Водоотведение может входить в более широкий комплекс коммунальной инфраструктуры, включающий водоснабжение, насосные станции и очистные сооружения.

Если изменение потоков одной системы влияет на энергетическую нагрузку другой, необходимо устанавливать согласованные границы.

Например, изменение водопотребления подключённых объектов способно влиять на объём поступающих стоков, но соответствие между этими потоками зависит от фактической схемы и иных источников поступления.

Для выбора более широкого объекта обследования предусмотрен раздел «Водоснабжение и коммунальная инфраструктура».

Если необходимо совместно оценить насосы, автоматику, электрические нагрузки и технологическое оборудование, используется услуга «Энергоаудит инженерных систем».

Когда основной вопрос связан с разграничением необходимой работы оборудования и возможных дополнительных энергетических затрат, применяется направление «Выявление потерь энергии в инженерных системах».

Для определения основных потребителей электроэнергии и корректных границ измерений полезен материал «Основные потребители энергоресурсов: способы определения».

Главный результат обследования

Энергоаудит систем водоотведения позволяет связать электрическое потребление с фактическим притоком сточных вод, накоплением в приёмных камерах, гидравлической работой насосов и технологической нагрузкой очистных сооружений.

Анализ уровней и пусков помогает определить причины цикличной работы насосных станций. Сопоставление расходов, напоров и мощности позволяет проверить рабочие точки оборудования. Материальный баланс помогает исследовать возможный инфильтрационный приток, а разделение технологических стадий — установить вклад аэрации, мешалок и других установок в общее электрическое потребление.

Итогом становится энергетический профиль водоотведения, в котором транспортные и технологические нагрузки представлены отдельно, а каждый предполагаемый механизм дополнительных затрат связан с необходимыми доказательствами.

При этом увеличение удельного кВт·ч/м³ не доказывает неэффективность без анализа фактической нагрузки. Частые пуски не определяют величину потерь сами по себе, а дополнительный приток требует подтверждения источника. Снижение аэрации или иных технологических режимов недопустимо обосновывать только электрической мощностью без проверки фактической нагрузки и качества очистки.