污水處理廠節能降耗技術措施和途徑探討

魏全源

（天津市華博水務有限公司 天津 300011）

污水處理廠節能降耗技術措施和途徑探討

魏全源

（天津市華博水務有限公司 天津 300011）

污水處理廠運營費用主要由能耗、藥耗、設備維護保養及重置費用、污泥外運及處置費用、管理費用和委托檢測費等組成。要實現污水處理廠運行成本的全面控制，就要從以上幾方面深入挖掘節能降耗潛力，本文主要從可研階段工藝設計、設備選型、運行中節能減排管理及污泥處置四方面介紹了如何做到全流程控制成本目標。

BOT；污水處理廠；節能降耗；運行成本

目前新建污水處理廠多是以BOT模式運行，特許經營期一般都在15～25年，在投資總額、稅收、特許經營期限、運營服務費等商務條件通過BOT協議既定的情況下，運營費用是決定BOT污水處理廠獲取利潤的關鍵影響因素。

1 工藝選擇

設計初期在選擇工藝時，必須考慮工藝的特點、能耗，并結合工程所在地區的自然環境條件、社會環境、進水水質情況、出水水質要求等進行綜合判斷，且應該把握全局，對整個流程進行把控，以污水處理全流程節能降耗為目標，以水質保證為約束條件，以“全局最優、局部適應”為原則[1]。

1.1 主體工藝選擇

當前我國城鎮的污水處理廠采用最普遍的工藝是：傳統活性污泥法、SBR法、AB法、A/O、A2O、氧化溝以及BAF等。楊凌波等人通過對二級處理工藝的能耗進行統計，由高到底依次為延時曝氣、SBR、生物膜、氧化溝、A/O、傳統活性污泥法、A2/O、土地處理和人工濕地、AB法[2]，根據建設部統計，A2/O工藝、氧化溝工藝和SBR工藝在數量和處理能力方面占全國80%左右[3]。近年來，A2O工藝因其較好的脫氮除磷效果而廣泛應用于城市污水處理中，隨著運行經驗的積累，A2O工藝衍生出多點點進水、多點內回流和外回流等改良A2O、倒置A2O，多段AO等多種方式運行。

在對生化池進行設計時，應對處理構筑物進行合理分組，以適應水質水量的變化，如曝氣池前端在鋪設曝氣頭的同時可以安裝攪拌器，在進水氨氮值較低時，可以通過減少好氧池的體積使硝化反應時間發生變化，控制硝化程度，使出水氨氮維持在設定值范圍，避免過度曝氣造成電耗的浪費，這既有利于工藝穩定運行，也有利于節能。

1.2 深度處理部分

從技術可行性和經濟合理性角度考慮，有機物（CODCr、BOD5）和氮、磷的達標去除應盡量在二級生物處理工藝單元中完成，特別是TN和NH3-N的去除。深度處理是在二級強化處理之后，為進一步去除有機物、SS和TP等而采取的物理、化學或生物處理措施[4]。通常深度處理以過濾工藝為核心單元、混凝沉淀為強化手段，保證出水的穩定達標。

目前應用較多的深度處理單位為高效混凝沉淀池（由混凝池+絮凝池+斜管沉淀池組合而成）+過濾，王立東[4]等人對江蘇某污水處理廠升級改造采用的是高效混凝沉淀池+V型濾池工藝；陳貽龍[5]對昆明市第二污水處理廠升級改造采用的是微砂循環高速沉淀+V型濾池；張穎[6]等人對揚州市六圩污水處理廠對高密度沉淀池+轉盤過濾器與活性砂濾池兩種深度處理工藝進行比較，若高密度沉淀池運行不穩定，出水濃度較高，轉盤過濾器運行效果也會變差，反沖洗頻率增加，影響過水速率，誰量較大時易造成溢流，最終建議采用高密度沉淀池與活性砂濾聯合使用。

2 設備選擇

在污水處理廠工藝確定后，設備配置是污水處理廠能否達到預期處理效果的關鍵。在活性污泥處理系統中，污水處理廠能耗成本占污水處理廠運營維護成本的30%～80%[7]。其能耗主要集中在提升系統、生化處理系統（包括曝氣和攪拌）、污水回流系統等方面，因此在設計初期，應該重點考慮這幾方面的節能措施。

2.1 水泵部分

污水處理廠水泵是必不可少的設備之一，提升部分、外回流和內回流均需要配置一定數量水泵，除可以選擇大小泵匹配配置外，同型設備中選擇安裝一定數量的變頻器應用較多，對于初期處理負荷達不到設計要求和有機負荷變化比較大的污水處理廠尤其重要。從工藝參數的控制上，變頻泵的使用可以實現工藝參數的設定如外回流比、內回流比與進水負荷匹配，不但增加了工藝調整的靈活性，而且能達到節能降耗的目的。某廠總計采用36臺變頻泵，節能40%，全廠電耗節約6.3%，全年節省500萬元。國內的工程實際運行數據表明，使用變頻調速設備可使水泵平均轉速比工頻轉速降低20%以上，綜合節能效率可達20%～40%。與采用擋板、閥門調節流量相比，可節能40%～60%[7]。

2.2 鼓風曝氣部分

生化處理單元主要由曝氣系統和其他機械系統如攪拌、回流污泥和二沉池設備等組成，是污水處理廠的核心部分，其能耗占全廠能耗的50%～70%[8]，因此曝氣系統的節能降耗對整個水廠的成本影響較大。

曝氣系統總體上可分為鼓風曝氣和機械曝氣兩大類，機械曝氣在氧化溝工藝中采用較多，相對能耗較高，鼓風曝氣中空氣懸浮離心鼓風機是近幾年來興起的一種新型離心鼓風機，該風機具有高效、節能、低噪音、運行可靠和長期無需維修保養的特點，無喘振問題，且維護量小，最重要的是風量可調范圍比較大，調節風量范圍為40%～100%，隨著風量下降，效率降低較少，特別適用于負荷逐級提升的污水處理廠，大大降低了鼓風曝氣在污水處理噸水成本中的比重。采用空氣懸浮離心鼓風機較單級高速離心鼓風機節省約12%，較羅茨風機節省31%[9]。

2.3 曝氣頭選擇

擴散曝氣系統是目前使用最為普遍的充氧方式，曝氣設備的充氧能力取決于多個因素，包括曝氣頭類型、池體形狀、擴散器安裝深度、水溫、環境大氣壓、曝氣器設計以及污水的特征等。在曝氣頭的選擇時應考慮選擇氧利用率高且維護保養費用低的曝氣頭，目前采用的橡膠膜片式微孔曝氣頭，與傳統曝氣器相比，已經有很大程度改進，具有氣泡直徑小，布氣均勻，氧利用率高、能耗低、動力效率高等優點，與止回水膜片的應用，防止了普通曝氣器易堵塞易破裂的弊病，從而大大延長了壽命。

3 運行管理方面

加強日常管理，可以為污水處理廠節能降耗提供科學化的運行方式，根據進、出水水質調整生化池核心工藝運行模式及運行參數，日常運行中如負荷變化較大，及時調整水泵頻率及相應回流比例，保證水泵在高液位及高頻率狀態下運行，及時調整曝氣

量，避免過度曝氣造成能源浪費，及時調整消毒藥劑及混凝藥劑的投加量；采取錯峰運行，降低峰值負荷；制定設備維護保養及大修計劃，并嚴格執行，保證設備完好率及設備工作效率；節能降耗措施的真正落實還需要一線員工的日常規范操作及意識，因此制定完善的考核激勵機制是非常必要的，賞罰分明，調動員工積極性，實現企業和員工雙贏。

4 污泥處理方式

全球污水處理行業正面臨日益嚴峻的來自污泥處理及管理方面的挑戰。污水處理廠的污泥問題是每個污水處理廠必須重點關注的問題，運營費用中，除了脫水過程中的電耗、藥耗，脫水后的污泥處置費用也占了很大的比重，除了研究如何在工藝運行方式上實現污泥減量化外，還應改進現有污泥脫水工藝及設備，以期進一步降低污泥含水率，以達到減容目的，減少后續處理壓力。在污泥最終處置上，目前對中小型污水處理廠，往往要運至污泥填埋廠集中填埋，因為長距離運輸產生額外的運費和處置費用。目前從污泥中回收資源的技術正在不斷涌現，應該積極研究并探索出污泥最終處置方式，盡量做到因地制宜，真正做到污泥資源化利用，減少中間環節產生的額外費用。

5 結語

污水處理廠的運行成本受多方面因素影響，真正做到節能降耗需要從設計初期工藝選擇、設備選型、污泥處理及處置方式等方面多加考慮，為節能降耗的開展奠定硬件基礎，工藝運行過程中，根據本廠水量、水質等實際情況，制定可行的節能降耗措施及相應的獎懲制度，做好設備的維護保養及大修計劃，并采取相應措施保證嚴格落實到位，做到全面控制，嚴格管理以最大可能實現節約成本，才能為企業贏得最大的利潤。

[1]劉翔禮，張金松，施漢昌等.城市污水廠全流程節能降耗優化運行策略[J].中國給水排水，2009（16）:30-36.

[2]楊凌波，曾思育，鞠宇平等.我國城市污水處理廠能耗規律的統計分析與定量識別[J].給水排水，2008,134(10)：42-45.

[3]陳功，周玲玲，戴曉虎等.城市污水處理廠節能降耗途徑[J].水處理技術，2012,38(4):12-15.

[4]王立東，王阿華.污水處理廠提標改造措施選擇與工程實踐[J].中國給水排水，2010,26(8):30-36.

[5]陳貽龍.昆明市第二污水處理廠深度處理及改造工程設計[J].給水排水，2009,35(1):27-30.

[6]張穎，仲巍巍，嚴俊泉.揚州市六圩污水廠兩種深度處理工藝的比較[J].中國給水排水，2012,28(24):18-22.

[7]徐曉宇，李春光.污水處理廠運行的節能降耗技術進展[J].給水排水，2009,35（12）：47-50.

[8]金昌權，汪誠文.污水處理廠能耗特征分析與能耗指標的建立[A].第三屆中國城鎮水務發展國際研討會論文集[C].在線出版日期2011.3.28

[9]宋文清.空氣懸浮離心鼓風機在污水處理廠中的應用[J].城市道橋與防洪，2012,8（8）：114-116.

魏全源（1982—），女，天津，碩士研究生，污水處理廠運行與管理。