城市污水處理節(jié)能降耗途徑探析

郭付新

摘要：指出了為順應(yīng)工業(yè)和生活污水處理需求的增長(zhǎng)趨勢(shì)，我國(guó)污水處理廠的數(shù)量快速增長(zhǎng)，在擴(kuò)增的同時(shí)也應(yīng)引起企業(yè)對(duì)節(jié)能降耗的重視。分析了污水處理廠高能耗問(wèn)題，并對(duì)城市污水處理廠節(jié)能降耗途徑進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：污水處理；節(jié)能降耗；循環(huán)利用

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)污水處理行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，整體發(fā)展處于快速成長(zhǎng)期。我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的發(fā)展也進(jìn)入了從點(diǎn)到面的階段，很多省份已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了縣縣建成污水處理廠[1]。這種大規(guī)模的污水處理項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)，將為節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 污水處理廠能耗情況

污水廠根據(jù)使用的處理工藝不同，其實(shí)際能耗數(shù)據(jù)也有較大差別。城市污水處理運(yùn)營(yíng)能耗主要包括電能、藥耗和燃料等多個(gè)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(yùn)行成本的主要組成部分。污水處理廠電能主要消耗在污水污泥的提升，生物處理的曝氣、混合推進(jìn)，污泥的處理處置，附屬建筑用電和廠區(qū)照明等方面[2]。其中曝氣能耗最大，約占到整個(gè)污水處理廠能耗的50%左右，根據(jù)我國(guó)城市污水處理現(xiàn)狀，開(kāi)展針對(duì)全國(guó)各種工藝的城市污水處理廠全流程運(yùn)行能耗評(píng)估，并有針對(duì)性地開(kāi)展節(jié)能降耗優(yōu)化改造，將成為今后一個(gè)重要的研究方向。

以遼寧某污水處理廠在 2015 年的生產(chǎn)成本進(jìn)行計(jì)算，該廠滿足一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)成本 0.489 元/m3，經(jīng)營(yíng)成本 0.285 元/m3，以此標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，在 2015年度，該廠需要承擔(dān)的生產(chǎn)成本為2.445 萬(wàn)元/d，經(jīng)營(yíng)成本為 1.425萬(wàn)元/d，年生產(chǎn)成本為 892.4萬(wàn)元，年經(jīng)營(yíng)成本為520.1萬(wàn)元。生產(chǎn)成本和發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的改善空間。

3 城市污水處理廠節(jié)能降耗途徑分析

3.1 污水提升泵站節(jié)能途徑

提升泵在運(yùn)行可通過(guò)保持集水池高水位運(yùn)行，降低水泵揚(yáng)程，機(jī)組均衡運(yùn)轉(zhuǎn)和加裝變頻器等途徑節(jié)能減耗[3]，如紹興污水處理廠通過(guò)提升水泵變頻技術(shù)改造，節(jié)能率達(dá)到 12%[4]；多級(jí)動(dòng)態(tài)液位控制策略技術(shù)[5]，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)速加臺(tái)數(shù)控制法，實(shí)現(xiàn)定速泵平均流量運(yùn)行；當(dāng)水流出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)應(yīng)該適時(shí)增減運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，調(diào)速泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)適應(yīng)水流量的變化；定期對(duì)水泵進(jìn)行維護(hù)，以減少摩擦降低電耗。水泵的節(jié)能降耗最關(guān)鍵的是要提升泵的運(yùn)行效率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.2 鼓風(fēng)曝氣節(jié)能途徑

城市污水處理廠處理工藝大多是采用活性污泥法的鼓風(fēng)曝氣。鼓風(fēng)曝氣是將空氣通過(guò)管道送入曝氣池的擴(kuò)散設(shè)備，以氣泡形式分散進(jìn)入混合液，使氣泡中的氧迅速擴(kuò)散轉(zhuǎn)移到混合液中，供給活性污泥中的微生物。污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)的能耗約占到整個(gè)污水廠的30%～50%。選擇高效、節(jié)能的鼓風(fēng)機(jī)對(duì)污水處理廠的運(yùn)行管理具有重要意義。常用的鼓風(fēng)機(jī)機(jī)型主要有羅茨風(fēng)機(jī)、單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)和懸浮鼓風(fēng)機(jī)等。空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)依靠空氣力場(chǎng)使軸承懸浮并保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行中無(wú)需潤(rùn)滑油，能量損耗低，可以通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。最重要的是風(fēng)量可調(diào)范圍比較大，調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍40%～100%，隨著風(fēng)量下降，效率降低較少，采用空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)較單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)節(jié)省約 12%，較羅茨風(fēng)機(jī)節(jié)省 31%[6]。由于空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方便，對(duì)于北方地區(qū)在冬季可以通過(guò)降低曝氣量來(lái)節(jié)能降耗。

3.3 污泥處理節(jié)能途徑

污泥處理的目的是使污泥減量、穩(wěn)定、無(wú)害化及促其綜合利用。污泥處理主要包括污泥的濃縮、穩(wěn)定和脫水。其中，污泥濃縮常用的方法有重力濃縮法、氣浮濃縮法、和離心法。污泥的穩(wěn)定主要有厭氧、好氧和堆肥處理。污泥脫水有機(jī)械脫水和自然脫水兩種方式，目前大多選擇的機(jī)械脫水，機(jī)械脫水的主要能耗是電耗，機(jī)械脫水方法主要真空吸濾法、壓濾法、和離心法等。一般使用離心脫水的電耗較低，但對(duì)污泥的預(yù)處理效果要求高，容易磨損，還需要在實(shí)踐中探尋新的脫水工藝，提升節(jié)能降耗效果。針對(duì)采用壓濾法在脫泥前的工藝，可以在污泥均質(zhì)池采用“進(jìn)泥-沉淀-進(jìn)泥”循環(huán)方式減小含水率，以減少后期脫泥時(shí)間和耗藥量。

3.4 藥劑消耗節(jié)能途徑

污水處理廠藥劑消耗主要是針對(duì)深度處理、消毒處理和污泥處理工藝中的中的藥劑消耗。深度處理是通過(guò)向水中投加藥劑，使水中難以沉淀的膠體顆粒能相互聚合并沉淀的目的。常用藥劑主要包括無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑（工業(yè)硫酸鋁、明礬、三氯化鐵、聚合氯化鋁等）和有機(jī)合成高分子混凝劑（聚丙烯酰胺、脫絮凝色劑、天然絮凝劑等）。針對(duì)除磷，常用的方法有生物除磷、PAM結(jié)合PAC、鐵鹽等。生物除磷技術(shù)無(wú)需投加藥劑、污泥產(chǎn)量又少，但這項(xiàng)技術(shù)工藝較為復(fù)雜，需要在實(shí)踐中不斷的加以完善。化學(xué)除磷，可以嘗試使用高分子混凝劑除磷，能夠有效降低藥耗。消毒的目的主要是利用物理或者化學(xué)的方法殺滅廢水中的病原微生物，以防止其對(duì)人類(lèi)及畜禽的健康產(chǎn)生危害和對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。消毒的方法主要包括物理法（加熱、冷凍、輻照、紫外線和微波消毒等）化學(xué)法（氯、二氧化氯、次氯酸鈉、臭氧和重金屬離子等）。針對(duì)涉及藥劑消耗的方法主要通過(guò)合理配比、減小加藥量來(lái)實(shí)現(xiàn)降耗。

3.5 根據(jù)溶解氧（DO）濃度調(diào)節(jié)曝氣量

根據(jù)合理的溶解氧指標(biāo)調(diào)節(jié)曝氣裝置是節(jié)能降耗的一個(gè)重要途徑。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)（空壓機(jī)）、空氣擴(kuò)散裝置（曝氣器）和一系列聯(lián)通管道組成。許多污水處理廠的生物反應(yīng)池會(huì)曝氣過(guò)度，主要原因是缺乏自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、過(guò)度曝氣直接導(dǎo)致了能耗的浪費(fèi)，并會(huì)使污泥的沉降性變差，能耗隨混合液 DO 濃度的增大而增大，曝氣池中的 DO 從2 mg/L 升高到 4 mg/L，會(huì)使曝氣裝置的耗電量增加近30%。可以通過(guò)優(yōu)化曝氣裝置和智能控制來(lái)實(shí)現(xiàn)曝氣機(jī)的節(jié)能降耗；通過(guò)變頻器來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行控制；通過(guò)對(duì)曝氣池中的合理分配曝氣量來(lái)節(jié)能。

3.6 污水處理節(jié)能其他途徑

污水處理是一個(gè)整體系統(tǒng)，各個(gè)環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的。如果格柵攔截不合理，對(duì)截留物不能夠很好的截留，就很容易導(dǎo)致提升泵堵塞，導(dǎo)致后續(xù)處理物能耗的被動(dòng)升高。針對(duì)間歇運(yùn)行的設(shè)備，可以結(jié)合電量峰平谷來(lái)運(yùn)行。在污泥污水回流方面加以控制，在合理范圍內(nèi)減小回流量，同樣可以節(jié)能。涉及冬季供暖的廠區(qū)，可以采取間歇運(yùn)行方式減小能耗。新建廠區(qū)大多數(shù)照明設(shè)備過(guò)多，只是為了亮化廠區(qū)的路燈構(gòu)筑物燈，在保證安全運(yùn)行的情況，同樣可以間歇運(yùn)行，減少開(kāi)啟量。加強(qiáng)日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理，建立節(jié)能降耗目標(biāo)，把節(jié)能降耗目標(biāo)設(shè)置于各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于完成預(yù)期目標(biāo)的給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，從而激發(fā)大家開(kāi)展節(jié)能降耗的積極性。污水處理后不直接排入河道，在廠內(nèi)循環(huán)利用或者供給其他企業(yè)利用，也將增加企業(yè)收入，從而增加節(jié)能降耗效益。

4 結(jié)論

污水處理廠的節(jié)能降耗涉及方方面面，真正做到節(jié)能降耗需要從設(shè)計(jì)初期工藝選擇、設(shè)備選型、污泥處理及處置方式等多方面考慮，為節(jié)能降耗源頭奠定硬件基礎(chǔ)，運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)本廠水量、水質(zhì)等實(shí)際情況，制定可行的節(jié)能降耗措施及相應(yīng)的獎(jiǎng)懲制度，做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)及大修計(jì)劃，減少故障率，將節(jié)能環(huán)保理念貫穿生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，積極采用新技術(shù)、新工藝和新標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)企業(yè)清潔生產(chǎn)，促進(jìn)源頭減排和能效提升，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，節(jié)約成本，才能為企業(yè)節(jié)能降耗創(chuàng)造更多途徑。

參考文獻(xiàn)：

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Analysis on Energy Saving and Consumption Reducing Methods

of Urban Sewage Treatment

Guo Fuxin

（Chaoyang Yuanda Environmental Protection Water Co.， Ltd.， Chaoyang，Liaoning 122000，China）

Abstract： In order to meet the increasing demand of industrial and domestic sewage treatment， the number of sewage treatment plants in China is increasing rapidly. Andit attractsthe attention of enterprisesto attach importance toenergy saving and consumption reducing. In this paper， the problem of high energy consumption in wastewater treatment plant andmethodsof energy saving and consumption reducingof urbansewage treatment plantswere analyzed.

Key words： wastewater treatment； energy saving and consumption reducing；recycle