城市污水處理廠節能降耗途徑研究

周婷朱義超

（1南京大學環境學院 灌南縣城東污水處理廠 江蘇南京 222500 2灌南縣環保局 江蘇南京 222500）

城市污水處理廠節能降耗途徑研究

周婷1朱義超2

（1南京大學環境學院 灌南縣城東污水處理廠 江蘇南京 222500 2灌南縣環保局 江蘇南京 222500）

隨著我國城市污水處理廠建設進程的加快，探討如何降低污水處理廠能耗具有重要的現實意義。本文通過對城市污水處理廠能耗分布分析，從污水提升泵站、曝氣設施、污水處理、污泥處理、藥劑消耗以及日常生產經營管理等方面探討了城市污水處理廠節能降耗的具體途徑選擇。

污水處理廠；節能降耗；能耗分布

水和能源是現代社會的兩大基礎性能源，但城市污水處理卻是一個高耗能產業，降低污水處理能耗可以有效減少污水處理廠的運營成本，提高資金的利用效率。我國正處于快速發展時期，能源需求矛盾日益突出，走資源節約型發展之路才是解決這一矛盾的有效之舉。據統計，2014年一季度我國城鎮污水處理廠累計建成3622座，日處理污水能力1.53×108m3，運行負荷率達79.9%。今年是實施節能減排“十二五”規劃的收官之年，預期到時城市污水處理率將要達到85%。污水處理廠在污水處理過程中會產生許多污泥，按目前每萬噸污水平均產生脫水污泥6.41 t預測，到2015年底，全國脫水污泥產量將超過2600×104t。因此，切實做好污水處理廠節能降耗工作意義重大。

1 我國城市污水處理廠能耗及分布

城市污水處理是高能耗行業，其能耗主要包括電能、藥耗和燃料等多個方面，其中電耗約占總能耗的60%～90%，電耗也成為了污水處理廠運行成本的主要組成部分。2011年，我國城鎮污水處理廠用電量約為100×108kW·h,約占全國社會總用電量的0.2%。污水處理廠電能主要消耗在污水污泥的提升、生物處理的供氧、推動混合、污泥的處理處置、附屬建筑用電和廠區照明等方面[1]。其中曝氣能耗最大，約占到整個污水處理廠能耗的一半左右，此外，污泥處理環節能耗也不容忽視，我國污水處理廠在該環節的能耗約為3%～5%左右，與日本、美國等發達國家20%～30%相比有很大差距，這也反映出我國的污泥處理工藝和設備還有待進一步完善。城市污水處理廠處理單元能耗分布情況見表1。

表1 污水處理廠處理單元能耗分布

2 城市污水處理廠節能降耗途徑分析

從以上分析可以看出，我國城市污水處理廠的能耗分布主要在污水提升、處理以及污泥處理等單元，包括設備的電能消耗、污水處理和藥劑消耗等，因此，我國城市污水處理廠節能的途徑選擇應該是在曝氣和泵領域、污泥處理以及日常運行的節能設計優化等等。

2.1 污水提升泵站節能途徑

污水提升泵在整個污水處理中是主要的耗能設備之一，因此，具有優化提升泵站設計能夠產生較大的節能效果。目前國內城市污水處理廠泵的能量高消耗主要由于電機效率不高、設計的運行能力超過了實際水量所需的能量、水量波動以及運行控制不良等原因所致。提升泵的優化節能主要途徑有改工頻泵為部分變頻泵作為調速泵；所有提升泵都是變頻泵[6]，如紹興污水處理廠通過提升水泵變頻技術改造，節能達到12%[7]；多級動態液位控制策略技術[8]。在實際運行過程中通過轉速加臺數控制法，實現定速泵平均流量運行；當水流出現較大波動時應該適時增減運轉臺數，調速泵變速運轉來適應水流量的變化；定期對水泵進行維護，以減少摩擦降低電耗。水泵的節能降耗最關鍵的是要提升泵的運行效率，在采用上述方法之外在泵設備上下功夫外，還需要加強日常的管理和高程布置等，結合污水處理廠的實際運行情況不斷的總結最佳運行條件，以實現效率的最大化。

2.2 曝氣設施節能途徑

曝氣機是污水處理廠耗能最多的設備之一，降低污水處理廠的能耗關鍵是要做好曝氣機的節能。在污水處理曝氣環節的操作主要有風機、空氣擴散、控制以及動力等方面，現實中造成曝氣過高能耗的原因主要有設備容量過大、操作效率低等等，因此，可以通過優化曝氣系統和智能控制來實現曝氣機的節能降耗：考慮曝氣機動力效率、氧利用率、堵塞故障以及工程造價等因素來合理選擇曝氣裝置；選擇漸減式曝氣布置，如第1～3段分別按照35%、30%、25%進行布置；選擇溶解氧自動控制系統來實現對溶解氧濃度的控制；選擇變頻器來改變交流電機的轉速方式對風機流量進行控制，實現風機的節能。

2.3 污水處理節能途徑

污水處理環節的能耗主要產生于污水預處理和生化處理，其中預處理階段主要包括格柵、沉砂池，生化處理階段的主要能耗單元是曝氣系統（之前已作論述）。這里重點探討污水預處理環節的能耗。首先是做好格柵的安裝，雖然整個格柵本身在污水處理過程中的節能空間不大，但對后續其他設備的降耗起著重要作用，需要做好格柵的安裝，一般會選擇將格柵安裝在污水處理廠的前段或者污水渠道、泵房集水井的進口處，以此來實現對較大漂浮物的截留，減少堵塞，保證污水設施的正常運轉。曝氣沉沙池

由于曝氣設備的使用而產生較高能耗，因此沉砂池的設計一般應選擇平流式和旋流式。

2.4 污泥處理節能途徑

污泥處理單元是產生能耗較大的部分，既要做好該部分的節能降耗，也需要探尋污泥資源的二次利用，因此污泥處理系統的節能主要著眼于污泥的處理和資源的回收階段。首先是污泥處理方面，目前主要包括污泥的濃縮、穩定和脫水三個環節。其中，污泥濃縮應優先使用生物氣浮技術來代替簡單的重力氣浮，以提升濃縮效率、降低能耗的效果；污泥的穩定主要有厭氧、好氧和堆肥處理，當然也有許多未經穩定處理就直接進入了脫水環節。一般厭氧消化后可以產生沼氣來彌補穩定環節的能量。污泥脫水有機械脫水和自然脫水兩種方式，目前大多選擇的機械脫水，機械脫水的主要能耗是電耗，一般使用離心脫水的電耗較低，但對污泥的預處理效果要求高，還容易磨損，還需要在實踐中探尋新的脫水工藝，提升節能降耗效果。此外，要做好污泥的回收再利用，污泥中大部分成分是揮發性有機物，在日本，60%污泥可以經由厭氧消化削減，每噸揮發性有機質可產生約680m3的沼氣，利用磷酸型燃料電池殼獲得污水廠約50%的能源[9]。污泥的回收途徑一般有兩種：利用污泥焚燒產生的熱能、厭氧消化氣的利用。

2.5 藥劑消耗節能途徑

藥劑消耗雖然在整個污水處理廠中所產生的能耗比例不大，但在污泥消毒、調理和除磷等環節也存在一定的節能空間。首先是除磷方式的選擇，一般會使用無需投加藥劑、污泥產量又少的生物除磷技術，但這項技術工藝較為復雜，需要在實踐中不斷的加以完善。如果選擇化學除磷，可以嘗試使用高分子混凝劑除磷，能夠有效降低藥耗；污泥調理是為了進一步提升污泥的脫水性能，通常有選擇化學調理和物理調理兩種工藝；污泥的消毒可以推薦使用輻射技術，無需高溫高壓，是污泥消毒的新技術，有利于污水處理廠的節能降耗[10]。生物消毒由于不需要投加藥劑，也是目前國內大多數污水處理廠選擇的污泥消毒方式，這一工藝需要進一步提升污泥的脫水性能，以減少后續污泥脫水環節的能耗和藥耗。

3 加強日常生產經營管理

污水廠的節能降耗滲透于日常的生產運營管理的方方面面，加強日常生產經營管理也是污水處理廠的節能降耗的重要舉措。首先是加強教育培訓，提升人員的節能意識，樹立節能生產理念；其次是做好日常的生產經營成本分析，通過對城市污水處理廠各個處理環節的能耗分析，準確掌握不同單元的具體能耗，從而有針對性的提出控制能耗的重點環節；再次是建立節能降耗目標，把節能降耗目標設置于各個環節，對于完成預期目標的給予一定的獎勵，從而激發大家開展節能降耗的積極性。

[1]王崇.污水處理廠能耗分布與節能機會分析[J].市政技術,2013（3）：148-151.

[2]Cao Y S.Mass flow and energy efficiency ofmunicipal wastewater treatmentplants.[M].London,UK:IWA Publishing,2011:45-47.

[3]Science Application International Corporation (SAIC).Water and wastewater energy best.practice guidebook[R].Wisconsin,US:SAIC, 2006:8-9.

[4]姚遠,張丹丹,楚英豪.城市污水處理廠中的能耗及能源綜合利用[J].資源開發與市場,2010,26（3）:202-205.

[5]黃浩華,張杰,文湘華,等.城市污水處理廠A2/O工藝的節能降耗途徑研究[J].環境工程學報，2009,3（1）：35-38.

[6]許光濘,周林榮,文欣秀.污水處理廠的優化節能控制措施與應用［J］．中國給水排水,2010,26（18）：139.

[7]蔡芝斌,張志峰,奚曉東,等.污水處理廠水泵應用與節能改造［J］．環境科學與管理,2006,31（2）：114-116.

[8]趙冬泉,佟慶遠,王浩昌,等.城市污水處理全流程節能降耗途徑與技術集成［J］．給水排水動態,2009（4）：21-24.

[9]Mizuta K,Shimada M.Benchmarking energy consumption inmunicipalwastewater treatmentplants in Japan[J].Water Science and Technology,2010,62(10):2256-2262.

[10]Wang JL,Wang JZ.Application of radiation technology to sewage sludge processing:a review [J].Journal of Hazardous Materials, 2007,143:2-7.

周婷（1984—），女，碩士在讀，漢族，中級職稱，江蘇連云港人，研究方向：主要從事污水處理廠運營管理。