淺析污水處理廠節能技術及其應用

嚴勇 黃海

摘要： 隨著污水處理廠的規模不斷擴大，其高能耗問題也倍受關注。本文通過分析污水處理廠的能耗分布，主要介紹了優化調控提升泵、曝氣系統節能和改良處理工藝等幾種節能技術，保證了污水處理廠在高效運作的同時，大幅度降低能耗，形成系統的污水處理廠節能技術，以期為污水處理廠節能技術的廣泛應用提供一定的借鑒作用。

關鍵詞：污水處理；節能技術；提升泵站；曝氣系統；改良工藝

1.概述

根據住房和城鄉建設部統計，截止我國2012年6月底，全國設市城市、縣（下稱“城鎮”）累計建成城鎮污水處理廠3243座，處理能力達到1.39億[1]。污水處理廠能量消耗占運行費用的60%，能耗大、運行費用高已成為約束其正常運行的瓶頸[2]。本文通過對污水處理廠的能耗進行分析，介紹了優化調控提升泵、曝氣系統節能和改良處理工藝等幾種節能技術，旨在為今后的污水處理廠節能技術的研究提供一定的理論依據。

2.污水處理廠能耗分析

污水處理廠的能耗分布在污水處理的各個環節，主要消耗于污水提升系統、預處理系統、二級處理系統、污泥處理處置等。在污水處理過程中，污水提升、二級處理（曝氣、回流）、污泥處理處置等的消耗約占全部能耗的90%以上[3]。污水提升系統的能耗一般占全廠能耗的10%-20%；二級處理系統主要包括污水處理的曝氣系統和污泥回流系統，占全廠能耗的比例最高，達到70%-80%；污泥處理裝置的能耗占全廠能耗的4%左右。

3.污水處理廠節能技術

污水處理廠的節能技術分析，可以對各個環節進行優化調控，實現各個環節之間的優化配置，充分開發各個環節、工藝的節能潛力，從而形成整個污水處理廠的系統型節能。本文主要介紹優化調控提升系統、曝氣系統的節能和改良處理工藝等幾種污水處理廠的節能技術。

3.1優化調控提升泵

污水提升系統作為污水處理廠的一個重要環節，其能耗大約占全廠能耗的10%-20%，這部分能耗在污水處理廠的節能降耗中不容忽視。大量的研究證明，在污水處理廠的節能技術中，優化調控提升泵的方法主要有兩個：合理確定泵的揚程和選取部分變頻泵作為調速泵。

3.1.1 合理確定泵的揚程

降低泵揚程可采取以下措施：

①總體布置要緊湊，連接管路要短而直，盡量減少水頭損；②改非淹沒堰為淹沒堰，落差可由35-40cm 減少到10cm；③盡量采用平流式沉淀池，減小水頭損失[4]。

3.1.2 選取變頻泵為調速泵

通過對污水處理廠的實際運行進行統計表明，使用變頻調速設備可以使全廠的能耗降低20%-40%。目前國外大型污水廠普遍采用轉速加臺數的控制方法，定速泵按平均流量選擇，定速運轉以滿足基本流量的要求；調速泵變速運轉以適應流量的變化，流量出現較大波動時以增減運轉臺數作為補充，但是由于泵的特性曲線高效段范圍不是很大，這就決定了對于調速泵也不可能將流量調到任意小，而仍能保持高效。非調速泵可以依次輪流投入使用，以防止調速泵的重復啟動，從而充分延長設備的使用壽命。

3.2 曝氣系統與節能

3.2.1選取高效的曝氣設備

當前，廣泛用于活性污泥系統地空氣擴散裝置分為鼓風曝氣和機械曝氣。鼓風曝氣系統的空氣擴散裝置主要分為：微氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、水力沖擊及空氣升液等類型。機械曝氣器可分為豎軸式機械曝氣器和臥軸式機械曝氣器等。實踐證明，微孔曝氣器可比其他曝氣設備節能50%以上。因此，選取合適、高效的曝氣設備可以有效地降低污水處理廠的能耗。

3.2.2合理布置曝氣器

選取合理的布置曝氣器是曝氣系統節能的重要環節。不同的布置方式，決定是否遵循曝氣池需氧規律，從而決定曝氣器是否產生能耗的浪費。如一污水處理廠當曝氣池出口水中的溶解氧為7 mg/L時，曝氣池內的平均溶解氧為3mg/L，而進水口處的溶解氧濃度幾乎為零，形成了曝氣池內前段處于缺氧狀態，中段的氧濃度適宜，而后段為富氧狀態，造成能源的不合理浪費。

3.3 改良處理工藝

選用和改良合適的處理工藝對污水處理廠的節能降耗和實現高效性、經濟性具有重要的意義。本文主要介紹一種污水處理廠新節能技術-新型節能短程脫氮，其反應式如下：

普通硝化反應如下：

由（1）和（4）可知，短程脫氮中的硝化反應比普通的硝化反應的需氧量減少了20%，能耗也降低了。這是因為亞硝酸菌和硝酸菌的表觀產率系數比亞硝酸反硝化菌和硝酸反硝化菌的低，因此，短程硝化反硝化在硝化過程中可少產泥24%-33% ，在反硝化過程中可少產泥50%，從而大大降低了能耗。

4.結語

隨著我國污水處理廠規模的不斷擴大，其高能耗的問題不容忽視。針對污水處理廠的高能耗特點，我國投入了大量的人力，物力和財力等，設備的改造，工藝的開發與改良。污水處理廠的節能技術應以其能耗分析為基礎，從污水處理的工藝，設計，運行和管理等各個方面綜合考慮，借鑒成功案例，在實踐中檢驗和改良，從而形成系統的污水處理廠節能技術。今后，污水處理技術定會向著高效、低耗發展。

參考文獻：

[1]李春光污水處理廠節能技術和國外實例簡介[J].中國市政工程，2013（10）：44-46.

[2]弋舒昱，馬曉力，李少叢.城市污水處理廠節能技術研究進展[J].能源與環境，2012（1）：37-39.

[3]甘一萍.城市污水處理廠節能技術與發展[J].熱點聚焦-給水排水動態，20012（4）：9-10.

[4]林榮忱，李金河.污水處理廠泵站與曝氣系統的節能途徑[J].中國給水排水，1999，1（15）.

作者簡介：

嚴勇，男，（1976.11-），籍貫：四川，本科，研究方向：電氣工程與自動化 職稱：助理工程師，工作單位：深圳市水務（集團）有限公司。

黃海，男，（1979.7-），籍貫：湖北，研究生，研究方向：自動化控制，職稱：工程師，單位： 深圳市水務（集團）有限公司。