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城市污水处理设施的能源效率策略
J.昂和K.哈勒特(国家再生能源实验室),J.德沃尔夫和I.文纳
马尔科姆·皮尔尼(荷兰阿卡迪斯的水利厅)
执行摘要
水和污水处理系统是重要的能源消费者，据估计美国总电力消耗的3％-4％用于水和污水处理和调动[1,2]。水-能源的问题在水资源短缺，能源和原材料成本较高，气候变化的背景下显得日益重要。在这种经济环境下，无论在水和能源的利用上，效率都是公用事业上的最大利益。在水和污水处理设施方面的能源审计，是社会能源管理人员可以寻找机会来节省资金，能源和水的方法之一。
本文利用克雷斯特德比特，科罗拉多州的污水处理厂执行的过程中能量审计的一个案例研究，来说明了污水处理设施使用能源的重要性。能源审计从电源密集单位的过程，如泵进水，曝气，紫外线消毒，污泥处理等方面，鉴定了显著节约能源的机会。本案例研究介绍了在水和污水处理方面满足设施管理者节约能源和财政的追求，而很乐意被接受的最佳做法。本文的目的是提高社会能源管理者对于水和污水部门在一个社会能源消费总量中地位的认识。所描述的能源效率策略提供了节约能源机会的信息，可以用来作为一个讨论水与污水处理设备管理者的能源管理目标的基础。
第一章 引言
1.1水和污水部门的能源使用
供水和污水处理系统是重要的能源消费者。据估计美国电力消耗的3％-4％用于水及污水的调动和处理[1,2]。从一项功用到另一项，能源使用的确切成本会呈现很大的不同，估计范围在总运行成本的2%—60%[3,4]。能源代表了污水公用事业大体上的成本，因为从未经处理污水的收集到处理后污水的排放，在处理的各个阶段中都特别需要它。由于供水和污水处理厂在设计和运营时，主要关切的并不是能源效率，当能源的社区基金提高突出时，这些系统可以被忽略。
然而，通过业务的变化和供水和污水处理事业成本的改善，可发现大量的能源和财政节余。供水和污水设备的操作者和管理者有一个范围很广泛的优先次序，能源消费是其中之一[5]。其主要职责包括：
·遵守法规要求，以满足客户，公众健康和生态需求
·在合理的和可预测的利率上提供可靠的服务
·从长期债务，设备条件，日常运营和维护成本以及收入中平衡的维修和更换的需求
·优化运营和维护，以降低成本，并确保资产的长寿。
分配时间进行能源审计，并作出必要的物理和运营的变化，可以产生可观的效益。能源审计帮助确认在设备方面的最大能源消耗，显示改善运营的机会，检测设备老化和运行不佳的问题。审计结果可以帮助提高能源利用率，从而显示出市政府减少运行成本机会，同时也减少对环境和周边社会的影响。
1.2环保局8区的合作伙伴
美国环境保护署（EPA）地区8办公服务于西山间：科罗拉多州，蒙大拿州，北达科他州，南达科他州，犹他州和怀俄明州。2010年10月，环保局8区着手关于公共污水和饮用水公用工程项目的环保局8区公用工程合作能源管理倡议， 其重点是帮助市政供水和污水公用工程减少能源消费，提高可靠性和性能，并且减少对环境的影响。在这个方案中，8区办公室与10-15个社区供水与污水处理设施合作，来完成下列任务：
·当前和未来的基准使用于环保局组合管理工具[6]中
·执行工艺的能源审计
·利用环保局的确保可持续发展未来提升能源管理计划：一本污水与供水公用工程的能源管理指南
·与环保局8区共同致力于实施提高能源效率和共享结果。
为了提高这一方案的广度，向没参与的当局政府证明它的价值，环保局8区计划建立一个研究方案与其他横跨西山间的供水和污水公用工程分享，简单介绍一些参与进来的公用工程并且阐述优化能源性能的工艺，利益和挑战。
图1-1克雷斯特德比特，科罗拉多
出处：NREL/PIX 19943
第二章 案例研究：克雷斯特德比特
2.1背景
克雷斯特德比特参与该计划的支持，要求它们的污水处理厂（WWTP）在工艺中执行能源审计。通过工艺改造和改善运营，能源审计侧重于容易实现的节能减排的机会。审计考虑优化现有工艺来实现更好的控制，监测和污水处理厂的出水水质。审计还帮助市镇开始跟踪及评定了污水处理厂的能源利用。能源部的国家再生能源实验室（NREL）与克雷斯特德比特镇，马尔科姆皮尔尼，ARCADIS的水部门，资源利用率办公室，和甘尼森郡电力协会（GCEA）（担任评估小组）合作执行能源审计。这种合作关系为这些组织如何分析和实现节约能源效率以支持当地能力发展，社区的教育工作和水/污水公用工程创造了机会。本文的目的是分享从克雷斯特德比特和其他社区，帮助他们实现他们的节能减排和环保目标的工艺能源审计中得到的能源效率策略。
2.2克雷斯特德比特的污水处理厂
克雷斯特德比特是一个小镇，位于科罗拉多州的西坡，它是户外运动的一个主要旅游目的地。该污水处理厂建于1997年，服务于本镇，有常住人口1500人。污水处理厂处理住宅和商业客户的污水，并没有较大的工业污水排放到工厂。该工厂还接受从克雷斯特德比特山的水和卫生区的污泥。
这个镇有一个氧化沟污水处理厂，拥有以30天的每日平均流量，每天0.6百万加仑（MGD）的处理能力。该水厂由沉砂，进水泵，曝气，澄清，紫外线（UV）消毒，和污泥处理工艺组成。经处理的污水从水厂排入到石板河。污泥在水厂内进行增稠和脱水，运送到当地的垃圾填埋场处置。一个水厂简化的工艺流程图如图2所示。
图2-1克雷斯特德比特污水处理厂工艺流程图
出处：NREL
