低碳經(jīng)濟(jì)下城市排水節(jié)能問題探析

劉玲

摘 要：隨著全球低碳經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)，城市排水系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，也面臨著節(jié)能減排的壓力和機(jī)遇。城市排水系統(tǒng)的能耗問題不僅關(guān)系到資源利用效率，還關(guān)系到環(huán)境保護(hù)和城市可持續(xù)發(fā)展。文章旨在探討低碳經(jīng)濟(jì)與城市排水之間的關(guān)聯(lián)，分析城市排水系統(tǒng)的能耗構(gòu)成，并提出一些低碳排水技術(shù)與方法。

關(guān)鍵詞：低碳經(jīng)濟(jì) 城市排水 雨水管理 技術(shù)方法

中圖分類號：F205

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2024）05-020-02

在當(dāng)前全球?qū)夂蜃兓唾Y源保護(hù)越來越關(guān)注的背景下，城市排水系統(tǒng)的能源消耗問題引起廣泛關(guān)注。城市排水不僅涉及廢水處理，還與城市規(guī)模擴(kuò)張、氣候變化和人口增長等多個因素緊密相連。低碳經(jīng)濟(jì)理念逐漸成為城市規(guī)劃和發(fā)展的核心理念之一，因此，深入探討低碳經(jīng)濟(jì)與城市排水之間的聯(lián)系，以及如何通過創(chuàng)新技術(shù)和方法來降低城市排水系統(tǒng)的能耗，對于實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

一、低碳經(jīng)濟(jì)與城市排水的關(guān)聯(lián)

低碳經(jīng)濟(jì)理念強(qiáng)調(diào)降低溫室氣體排放，減少能源消耗以及推動可持續(xù)發(fā)展。城市排水系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，與低碳經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)。

（一）資源優(yōu)化利用

低碳經(jīng)濟(jì)鼓勵資源的高效利用，特別關(guān)注水資源。城市排水系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)過程中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過采用先進(jìn)的廢水處理技術(shù)，城市可以將廢水處理成高質(zhì)量的再生水，用于各種領(lǐng)域。例如，這些再生水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉，減少了對地下水和河流的過度抽取，有助于保護(hù)水資源的可持續(xù)性[1]。此外，再生水還可以用于工業(yè)過程，減少工業(yè)用水成本，降低能源消耗。這種資源優(yōu)化的做法不僅有助于低碳經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還有助于減少對自然資源的壓力，提高城市的資源利用效率。

（二）能源效益

城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行涉及大量能源消耗，尤其是在泵站和污水處理廠。低碳經(jīng)濟(jì)要求減少碳排放，因此，通過采用高效能源管理技術(shù)，可以顯著降低排水系統(tǒng)的能耗，減少溫室氣體排放。例如，智能泵站控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整泵的運(yùn)行，避免不必要的能源浪費(fèi)。此外，使用能效更高的泵和電機(jī)設(shè)備可以減少能源消耗。通過優(yōu)化能源使用，城市可以降低運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)的可持續(xù)性，為低碳經(jīng)濟(jì)作出積極貢獻(xiàn)。

（三）氣候適應(yīng)

城市排水系統(tǒng)需要適應(yīng)氣候變化帶來的極端天氣情況，如暴雨和洪水。低碳經(jīng)濟(jì)的一部分是減少氣候變化帶來的影響。城市可以通過改進(jìn)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理來更好地處理氣候變化引發(fā)的排水問題，減少損失和能源浪費(fèi)。例如，城市可以建立更大容量的雨水蓄滯洪設(shè)施，以防止洪水造成嚴(yán)重破壞。此外，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)可以幫助城市預(yù)測極端天氣事件。這些措施不僅有助于保護(hù)城市免受氣候變化的影響，還有助于節(jié)約能源和資源。

（四）生態(tài)可持續(xù)性

低碳經(jīng)濟(jì)注重生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)。城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以整合綠色基礎(chǔ)設(shè)施，例如濕地和植被，以提高水質(zhì)凈化效果，減少對化學(xué)處理的需求，降低對環(huán)境的負(fù)擔(dān)。通過利用濕地和植被，可以去除城市廢水中的污染物，提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如建立野生動植物棲息地和風(fēng)景優(yōu)美的公共空間等，這些綜合性的生態(tài)設(shè)計(jì)不僅有助于改善水質(zhì)，還有助于城市生態(tài)可持續(xù)性的實(shí)現(xiàn)，符合低碳經(jīng)濟(jì)的理念。

（五）社會效益

低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐對社會產(chǎn)生積極影響，而改善城市排水系統(tǒng)可以在社會層面產(chǎn)生多方面效益。首先，降低水污染風(fēng)險有助于改善居民的生活質(zhì)量，減少水相關(guān)疾病的發(fā)生;其次，城市排水系統(tǒng)的改進(jìn)可以減少對水資源的過度使用，從而降低用水成本，對經(jīng)濟(jì)有益[2];最后，減少水污染和環(huán)境破壞將降低治療水污染所需的醫(yī)療和環(huán)境修復(fù)成本，為社會創(chuàng)造長期的經(jīng)濟(jì)效益。

二、城市排水能耗分析

（一）城市排水系統(tǒng)的能耗構(gòu)成

1.泵站能耗。泵站在城市排水系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用，它們負(fù)責(zé)將廢水從低洼地區(qū)輸送到污水處理廠或其他處理設(shè)施。泵站的能耗主要包括電力消耗，用于驅(qū)動泵和相關(guān)設(shè)備。泵站的運(yùn)行能耗受到泵的功率、運(yùn)行時間和排水量的影響。較大的城市通常需要更多的泵站以應(yīng)對排水需求，這會導(dǎo)致更高的泵站能耗。

2.污水處理廠的能源消耗。污水處理廠是城市排水系統(tǒng)中另一個能耗較大的組成部分。能源主要用于廢水處理過程，包括攪拌、曝氣、固液分離和消毒等。能源消耗與廢水的處理量、處理工藝的復(fù)雜性以及廢水的水質(zhì)有關(guān)。城市排水系統(tǒng)規(guī)模越大，廢水處理廠的處理能力和能源需求就越高。

（二）能耗因素影響分析

1.人口增長。人口增長是城市排水系統(tǒng)能耗的重要因素之一。隨著城市人口的增加，排水需求也隨之增加，這意味著更多的廢水需要處理。因此，人口增長會導(dǎo)致泵站和污水處理廠的運(yùn)行時間延長，能耗增加。城市需要采取有效措施來適應(yīng)人口增長，以減少能源消耗。

2.氣候變化。氣候變化對城市排水系統(tǒng)的能耗產(chǎn)生重要影響。一方面，氣溫升高可能導(dǎo)致暴雨和洪水事件的增加，這會增加泵站的運(yùn)行頻率和污水處理廠的負(fù)荷，從而增加能源消耗;另一方面，干旱和氣溫升高也可能導(dǎo)致城市需要更多的水資源，進(jìn)一步增加了排水系統(tǒng)的壓力[3]。因此，氣候變化的影響需要在排水系統(tǒng)的規(guī)劃和管理中得到充分考慮。

3.城市規(guī)模擴(kuò)張。城市規(guī)模的擴(kuò)張直接影響了城市排水系統(tǒng)的能源消耗。隨著城市的擴(kuò)張，新的建筑和區(qū)域需要接入排水系統(tǒng)，這可能需要擴(kuò)建泵站和污水處理廠，以滿足增加的排水需求。這不僅需要額外的投資，還會增加運(yùn)行和維護(hù)成本，導(dǎo)致能源消耗的增加。因此，在城市規(guī)劃和發(fā)展過程中，應(yīng)該考慮如何提高排水系統(tǒng)的能源效率，以應(yīng)對規(guī)模擴(kuò)張帶來的挑戰(zhàn)。

三、低碳排水技術(shù)與方法

（一）高效泵站設(shè)計(jì)

1.智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)在城市泵站設(shè)計(jì)與運(yùn)營中扮演著關(guān)鍵的角色。這一技術(shù)的核心在于其高度精確的監(jiān)測和控制功能，通過實(shí)時獲取排水需求并對泵站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源的智能管理。在實(shí)際應(yīng)用中，智能控制系統(tǒng)能夠確保泵站僅在必要的情況下啟動運(yùn)行，有效避免能源資源的不必要浪費(fèi)。這意味著，系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)時情況，自動控制泵站的啟停和運(yùn)行模式，使其與城市排水需求同步。此外，系統(tǒng)還具備檢測功能，可以及時發(fā)現(xiàn)泵站性能問題和設(shè)備故障，以便采取及時的維護(hù)措施，提高泵站的可靠性和運(yùn)行效率。

例如，某城市由于降雨時間長，排水需求增大。在過去，泵站運(yùn)行通?；陬A(yù)定的時間表，這意味著泵站可能在排水需求較低的時候仍然運(yùn)行，造成了能源的浪費(fèi)。同時，由于泵站設(shè)備的監(jiān)測不足，性能問題和故障可能會在未被察覺的情況下持續(xù)存在，導(dǎo)致額外的能源消耗和高昂的維護(hù)成本。為了解決這些問題，城市決定引入智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝了傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測雨水量、排水需求和泵站設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)降雨量增加或排水需求上升時，系統(tǒng)自動啟動泵站，并根據(jù)需求調(diào)整泵站的運(yùn)行速度。這意味著在低需求時，泵站可以降低功率，減少電能消耗。此外，智能控制系統(tǒng)還能及時檢測到設(shè)備性能問題，如過載或泵的異常振動，立即向維護(hù)團(tuán)隊(duì)發(fā)出警報，以便采取必要的維修措施，減少能源浪費(fèi)和維護(hù)成本。通過引入智能控制系統(tǒng)，該城市取得顯著的成果，能源浪費(fèi)大幅減少，電力費(fèi)用降低，碳排放量減少。此外，泵站的可靠性和穩(wěn)定性得到改善，降低了維護(hù)成本。這個案例突出了智能控制系統(tǒng)在提高城市排水系統(tǒng)能源效率和可維護(hù)性方面的重要性，為低碳排水管理提供有力支持。

2.節(jié)能泵的應(yīng)用。采用高效、低耗能的泵設(shè)備，能夠顯著減少泵站的電力消耗。這些節(jié)能泵通常具備可調(diào)速功能，允許根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整泵站的運(yùn)行速度，從而在減小排水系統(tǒng)能源浪費(fèi)方面發(fā)揮了積極作用。此外，泵站設(shè)計(jì)與選型的過程中，應(yīng)結(jié)合具體的排水需求，以確保最佳性能和能源效率的實(shí)現(xiàn)。這包括泵站的規(guī)模、功率和工作模式等方面的精心設(shè)計(jì)，使得泵站在滿足城市排水需求的同時，盡量減少能源消耗。因此，節(jié)能泵的廣泛使用不僅減輕了泵站對電能資源的依賴，還為實(shí)現(xiàn)更為環(huán)保和可持續(xù)的城市排水管理目標(biāo)貢獻(xiàn)了力量。

例如，一個大型城市擁有多個污水泵站分布在不同區(qū)域。在過去，這些泵站使用傳統(tǒng)的泵設(shè)備，其功率一直保持在最大值，無論是否存在高峰排水需求。這種情況導(dǎo)致了大量的電能浪費(fèi)，尤其是在夜間或低需求期間。為了解決這個問題，城市決定升級泵站并引入高效的節(jié)能泵設(shè)備。這些新型泵具備可調(diào)速功能，能夠根據(jù)實(shí)際需求智能地調(diào)節(jié)運(yùn)行速度[4]。在高需求時，它們可以全功率運(yùn)行，確保排水系統(tǒng)能夠滿足城市需求。在低需求時，這些泵可以自動降低功率，以匹配實(shí)際排水需求，從而顯著減少電力消耗。這種智能節(jié)能泵技術(shù)使得城市能夠更加高效地利用電能資源，最大限度地降低電力費(fèi)用。此外，泵站的升級還包括對泵站規(guī)模和工作模式的優(yōu)化。通過更精確的泵站設(shè)計(jì)和選型，城市確保了每個泵站都能夠在滿足排水需求的同時實(shí)現(xiàn)最小化能源消耗。這意味著泵站的功率和流量匹配更為緊密，不再出現(xiàn)不必要的過度耗能。

（二）污水處理工藝創(chuàng)新

1.生物處理技術(shù)。生物處理技術(shù)是一種低碳排水處理方法，它利用微生物降解和去除廢水中的有機(jī)物和污染物。與傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法相比，生物處理技術(shù)通常能夠顯著降低能源消耗和化學(xué)品使用量。此外，生物處理過程中產(chǎn)生的生物氣體（如甲烷），可作為一部分能源回收。因此，生物處理技術(shù)在低碳排水中具有重要地位。

2.能源回收與再利用。在污水處理過程中，能源回收是降低能耗的關(guān)鍵。例如，污水處理廠可以收集和利用產(chǎn)生的生物氣體來發(fā)電或供暖，從而減少外部能源需求。此外，廢水中的有機(jī)物可以通過適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為生物燃料或肥料，以減少廢物產(chǎn)生。能源回收與再利用有助于提高污水處理廠的能源效率，降低碳排放。

（三）雨水管理與治理

1.綠色基礎(chǔ)設(shè)施。綠色基礎(chǔ)設(shè)施包括綠色屋頂、濕地、雨水花園等，它們有助于雨水的自然排放和凈化。通過引入綠色基礎(chǔ)設(shè)施，城市可以減少雨水徑流，降低雨水排放到污水處理系統(tǒng)的需求，從而減少排水系統(tǒng)的能耗。此外，綠色基礎(chǔ)設(shè)施還提供了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，改善城市環(huán)境質(zhì)量。

2.雨水收集系統(tǒng)。雨水收集系統(tǒng)可以將雨水收集起來并用于灌溉、沖洗、甚至飲用水供應(yīng)。這減少了對淡水資源的需求，并降低排水系統(tǒng)的負(fù)荷。通過合理設(shè)計(jì)和管理雨水收集系統(tǒng)，城市可以實(shí)現(xiàn)能源和水資源的節(jié)約，促進(jìn)低碳排水。

四、結(jié)語

總之，低碳排水管理在城市發(fā)展和環(huán)境可持續(xù)性方面具有重要意義。通過智能控制系統(tǒng)和節(jié)能泵等技術(shù)的應(yīng)用，城市排水系統(tǒng)能夠高效利用能源資源，減少能源浪費(fèi)，降低碳排放，從而為低碳經(jīng)濟(jì)和環(huán)保目標(biāo)作出積極貢獻(xiàn)。這些技術(shù)的發(fā)展不僅有助于改善城市的生態(tài)環(huán)境，還有助于提高社會效益，降低排水系統(tǒng)的運(yùn)營成本。因此，低碳排水管理不僅是一種環(huán)保行動，也是城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵步驟，應(yīng)受到廣泛關(guān)注和支持。我們需要不斷探索和應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)，共同努力建設(shè)更為環(huán)保、智能和可持續(xù)的城市排水系統(tǒng)，為未來的城市生活創(chuàng)造更美好的前景。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 侯淑芳.城市排水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制[D].上海交通大學(xué)，2016.

[4] 何楊.城市排水管網(wǎng)水力學(xué)模型新方法及泵站節(jié)能技術(shù)研究[D].杭州電子科技大學(xué)，2011.

（作者單位：南平市延平區(qū)公用事業(yè)服務(wù)中心 福建南平 353000）

（責(zé)編：趙毅）