Энергоэффективные решения для очистных сооружений: как снизить затраты на электроэнергию 

Затраты на электроэнергию — одна из самых чувствительных статей расходов для предприятий, эксплуатирующих очистные сооружения. В ряде случаев они составляют до 50% от всех эксплуатационных затрат. Это неудивительно: процессы очистки сточных вод требуют постоянной работы насосного оборудования, воздуходувок, аэраторов, мешалок и автоматических систем. Но существует целый спектр инженерных решений, позволяющих существенно сократить энергопотребление без ущерба для качества очистки. В этой статье рассмотрим, какие именно подходы сегодня используются на практике.

Энергозатраты на очистных сооружениях: откуда берутся и почему растут

Современные очистные сооружения представляют собой сложные многофункциональные комплексы. Их энергопотребление определяется  не только объемами обрабатываемых сточных вод, но и структурой технологической схемы, уровнем автоматизации, состоянием оборудования.

Наибольшую долю в потреблении электроэнергии занимает аэрация — подача воздуха в аэротенки для насыщения воды кислородом. В отдельных случаях на неё уходит до 70% всей потребляемой энергии. Высокие затраты также связаны с перекачкой сточных вод через систему насосных станций, а также с управлением механическим иловыведением и обезвоживанием осадков.

Можно ли существенно сократить эти затраты, не жертвуя качеством очистки? Да, но для этого необходимо подходить к каждому этапу технологического процесса как к источнику потенциальной оптимизации.

Энергоэффективность на каждом этапе: от механики до биологии

Очистка сточных вод включает несколько стадий: механическую, физико-химическую,  биологическую очисткуи обработку осадков. Каждая из них формирует свою часть энергозатрат, и каждая — содержит точки возможного снижения расхода.

Эффективная механическая подготовка

На этапе первичной механической очистки задача — как можно полнее удалить нерастворённые загрязнения. Чем выше эффективность осаждения, тем ниже органическая нагрузка на последующую биологическую очистку, а значит — и энергозатраты на подачу кислорода.

Исследования показывают, что поддержание стабильной работы первичных отстойников, с минимальным уровнем залегания осадка, снижает окислительную нагрузку на аэротенки. Кроме того, равномерная подача сточных вод в систему предотвращает пиковые включения оборудования, позволяя более эффективно использовать насосы и воздуходувки.

Аэрация и биологическая очистка

Системы аэрации — главный объект энергосбережения. Эффективность подачи воздуха зависит от типа аэраторов, их расположения, а также от схемы организации потоков в аэротенке.

Наиболее энергоэффективными сегодня считаются мелкопузырьковые диффузоры. Они создают плотное облако мелких пузырьков, медленно поднимающихся и эффективно насыщающих воду кислородом. Такие системы снижают потребность в объемах воздуха на 20–40% по сравнению с традиционными барботажными устройствами.

Системы регулирования

Эффективность аэрации определяется не только типом оборудования, но и характером его работы. Часто компрессоры работают в режиме постоянной нагрузки, вне зависимости от текущих условий. Это приводит к перерасходу энергии.

Современные системы управления включают частотно-регулируемые приводы, датчики растворённого кислорода и адаптивные алгоритмы регулирования. Такие системы позволяют поддерживать заданную концентрацию кислорода, в зависимости от реального состава сточных вод и нагрузки на систему. В результате достигается высокая стабильность процессов при меньших энергозатратах.

Альтернативная энергия и интеллектуальное управление: потенциал скрытых резервов

Когда ресурсы оптимизации в пределах базовой технологии исчерпаны, внимание переключается на интеграцию новых источников энергии и автоматизированных систем управления.

Биогаз как источник энергии

Осадки, образующиеся в процессе очистки сточных вод, можно использовать как сырье для получения биогаза. При анаэробном сбраживании образуется газ, содержащий метан, который затем направляется в генераторы электроэнергии или используется для тепловых нужд.

Такая технология уже доказала свою эффективность в условиях крупных городов и промышленных зон. Она позволяет не только сократить энергозависимость очистных, но и решить проблему стабилизации  осадка.

Рекуперация тепла

Сточные воды сохраняют значительное количество тепла, особенно в зимний период. Это тепло можно извлекать с помощью тепловых насосов и использовать для обогрева производственных помещений, поддержания температурного режима в технологических зонах.

Тепловые насосы, подключаемые к каналам или отводам, работают с минимальным вмешательством в технологию и способны обеспечить до 15 МВт тепловой мощности, в зависимости от объёма стока.

Интеллектуальные системы управления

Полноценная автоматизация очистных сооружений — это не просто внедрение автоматики, а создание самонастраивающейся системы, работающей в режиме реального времени. Такие решения позволяют:

• согласовывать подачу воздуха с реальной потребностью;
• прогнозировать суточные и сезонные колебания нагрузок;
• устранять пики энергопотребления;
• продлевать срок службы оборудования за счёт мягких режимов работы.

Современные очистные всё чаще проектируются с закладкой таких систем, а на действующих объектах они внедряются поэтапно — от регулирования в масштабе отдельных зон аэрации до полной цифровизации управления.

Повышение энергоэффективности очистных сооружений — это не единичное решение, а системный подход, включающий модернизацию оборудования, оптимизацию технологических режимов, внедрение альтернативной энергетики и автоматизированных систем управления. Практика показывает: даже при поэтапной реализации таких решений можно добиться устойчивого сокращения энергозатрат без потери эффективности очистки. А в условиях роста тарифов на электроэнергию и ужесточения экологических требований этот путь становится не просто желательным, а стратегически необходимым.