城市污水處理節(jié)能降耗措施研究應(yīng)用進展

王廣卿

【摘 要】本文通過污水處理廠主要能耗來源的分析，認為污水處理中的曝氣、污水提升等流程造成的電耗較高。目前，國內(nèi)外主要應(yīng)用的節(jié)能降耗措施集中于工藝優(yōu)化、智能控制、節(jié)能設(shè)備及新能源使用等方面，包括污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計、風能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風機變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等能夠節(jié)能降耗技術(shù)措施，以上技術(shù)有助于實現(xiàn)污水處理廠的節(jié)能降耗，提升運營效益。

【關(guān)鍵詞】污水處理；節(jié)能；污泥能源轉(zhuǎn)化；風機變頻

近年來，我國工業(yè)、服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，隨之而來的城市污水處理問題成為制約城市發(fā)展的重要因素。水和能源作為現(xiàn)代社會的兩大基礎(chǔ)性能源，但城市污水處理是一個高耗能產(chǎn)業(yè)，降低污水處理能耗可有效減少污水處理廠運營成本，提高經(jīng)濟效益。目前，城市污水處理技術(shù)已較為成熟，但對其節(jié)能減排措施的應(yīng)用仍亟待重視，本文將對目前國內(nèi)外已應(yīng)用的節(jié)能減排措施及科研進展進行歸納、總結(jié)，為今后我國的污水處理設(shè)施的節(jié)能減排提供思路。

1 污水處理能耗現(xiàn)狀

從污水種類的角度來看，工業(yè)污水占據(jù)城市污水總排放量的很大部分，并且，工業(yè)污水是多種污水類型中污染物濃度最大，污染最嚴重，最不易凈化的污水。污水量的不斷增加，致使國家不斷加大在污水處理方面的資金投資，興建更多的污水處理廠，污水的總排放量和污水處理消耗的能源不斷增加。

傳統(tǒng)的污水處理方法具有耗能高、投資成本大、消耗時間長、占據(jù)過多土地的弊端。城市污水處理是高能耗行業(yè)，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。污水處理廠有諸如攪拌推進器、潛水泵、風機、螺桿泵等大型用電設(shè)備，首先曝氣工藝中的鼓風機電機功率最大，且是污水處理的核心設(shè)備；其次為污水提升設(shè)備的電耗較大。

2 污水處理的節(jié)能降耗措施研究應(yīng)用進展

城市污水處理廠節(jié)能降耗措施較多，主要包括污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計、風能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風機變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等技術(shù)措施。

2.1 污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計

在污水處理廠的選址方面：一是，要特別注意污水處理廠所在地的匯水面積，根據(jù)污水處理廠的設(shè)計規(guī)模，盡可能大的規(guī)劃其匯水面積；二是，建廠地址既要有利于污水管網(wǎng)建設(shè)，又要兼顧污水處理廠周邊的地形地貌，盡可能避免在高程變化幅度較大的山丘或山嶺地帶選址，避免修建多級泵站。

在污水輸送泵方面，精確計算流量，確保水泵在高效區(qū)間內(nèi)運行，采用管道淹沒出流代替堰口出水方式，降低跌水高度，選用水頭損失小的管材減少局部損失，降低管道輸送的長度與迂回次數(shù)，利用自然地勢實現(xiàn)污水自流。在城市污水處理廠水頭損失計算的時候要準確有效，按照之前積累的經(jīng)驗使用科學的安全余量。日處理規(guī)模大于1萬立方米的城市污水處理廠，如果能降低一米的提升高度，可實現(xiàn)降低電耗數(shù)萬千瓦時，節(jié)能效果非常明顯。

2.2 風機變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)的風機采用工頻運行，利用主管路的閥門開度調(diào)節(jié)風量，雖然電機可達到驅(qū)動要求，但多余的力矩增加了功率、電能的浪費，同時，對溶解氧濃度調(diào)節(jié)存在很大滯后性，容易導(dǎo)致污水處理不達標。通過加裝變頻控制系統(tǒng)，將溶解氧儀實時數(shù)據(jù)采集至變頻器，再通過變頻器的轉(zhuǎn)換模塊把溶解氧濃度指標轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，風機控制模塊根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運行頻率方式控制風機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風機風量[3]。該項技術(shù)不僅可實現(xiàn)風機的自動節(jié)能運行，而且可精確控制污水處理工藝控制過程中的溶解氧含量。

2.3 An/O處理工藝

當前我國城鎮(zhèn)的污水處理廠采用最普遍的工藝是：傳統(tǒng)活性污泥法、SBR法、AB法、A/O、A2/O、氧化溝等。通過對二級處理工藝的能耗進行統(tǒng)計，由高到底依次為延時曝氣、SBR、生物膜、氧化溝、A/O、傳統(tǒng)活性污泥法、A2/O、AB法[4] 、土地處理和人工濕地。通過采用An/O處理工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)在厭氧和缺氧的反應(yīng)條件下，較高的有機物去除率，有利于降低曝氣量和設(shè)備的采購、使用成本，實現(xiàn)節(jié)能減排的要求[5]。

2.4 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)

污水處理智能優(yōu)化控制系統(tǒng)需要對多個流程進行綜合數(shù)據(jù)采集、分析處理、自動調(diào)控，例如進水流量、溶解氧濃度、氮濃度、水質(zhì)酸堿性等。在污水處理的智能化處理方面，西方國家起步較早，目前已在設(shè)備、工藝上取得了較大成果[6]，而我國的污水處理系統(tǒng)自動化程度較低，仍采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析方式，通過簡單的系統(tǒng)和工藝對污水進行處理，控制工藝水平仍存在較大差距。

2.5 污泥綜合利用技術(shù)

污水處理廠的主要產(chǎn)出物包括廢渣、污泥、出水。據(jù)測算，到2015年底，全國脫水污泥產(chǎn)量將超過2600萬噸。污泥中包含大量的有機質(zhì)，因此可通過有機質(zhì)能源轉(zhuǎn)化提高污水處理的能源回收再利用。目前的污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)主要是污泥焚燒發(fā)電及甲烷生物轉(zhuǎn)化兩種途徑，但是污泥直接焚燒發(fā)電技術(shù)所需設(shè)備多、成本高，實際應(yīng)用并不廣泛，而污泥的甲烷轉(zhuǎn)化，將生成的甲烷進行發(fā)電，雖然轉(zhuǎn)化效率低于焚燒發(fā)電，但所需設(shè)備和技術(shù)均相對簡單，可實現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)[1]。此外，殘余的不含超標重金屬和其它有害物質(zhì)的生物污泥，因污泥中仍含豐富有機質(zhì)和N、P、K 等各種元素成分，所以可作為優(yōu)質(zhì)的有機肥料，適用于花卉、苗圃及城市綠化[2]。

2.6 風能、太陽能技術(shù)

目前，歐美國家已嘗試將太陽能集熱板鋪設(shè)于污水池上，以收集大量太陽能，同時設(shè)置風能捕集裝置，并將太陽能、風能轉(zhuǎn)化的電能、熱能運用在污水處理中，形成一個無需維護與電力、較為穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。污水處理所消耗能量僅為普通污水處理技術(shù)的1/6。

3 結(jié)語

通過分析污水處理廠的主要能耗來源，認為污水處理中的曝氣、污水提升等流程造成的電耗較高。跟蹤國內(nèi)外最新的節(jié)能降耗研究應(yīng)用進展，總結(jié)出污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計、風能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風機變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等能夠有效節(jié)能降耗的技術(shù)措施。通過各環(huán)節(jié)的優(yōu)化，有助于污水處理廠節(jié)能降耗目標的實現(xiàn)，并能提高其運營水平及出水質(zhì)量。

【參考文獻】

[1]皇甫錚. “節(jié)能環(huán)保”理念在我國污水處理中的實現(xiàn)途徑[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014，12：41.

[2]武毅冰，盧鳳娟.污水處理工程中節(jié)能問題的探討[J].科技視界，2014，12：281-282.

[3]孔慧聰.變頻技術(shù)在污水處理廠風機節(jié)能改造中的應(yīng)用探討[J].科技與創(chuàng)新，2015，16：135-136.

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

[5]利德銘.污水處理廠節(jié)能減排的實現(xiàn)途徑[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014，14：50-51.

[6]楊玉川，趙利，范海濤，等.借鑒國際經(jīng)驗推進我國污水處理節(jié)能發(fā)展[J].國際，2014，42（16）：69-71.

[責任編輯：王偉平]