城鎮污水處理廠節能技術及對策研究

文_尹娟娟 宋偉冬 尹傳海

1.深圳市漢宇環境科技有限公司；2.深圳市龍崗區規劃土地監察局；3. 煙臺市建祥建筑安裝工程有限公司

1 城鎮污水處理的工藝流程及主要構筑物的能耗分析

1.1 城鎮污水處理廠的工藝流程

在污水處理過程中，針對不同的區域有著不同的處理工藝流程和處理出水水質的排放標準。

城鎮污水通常的處理流程是污水先進入粗格柵進行粗略的過濾，經過提升泵將污水提升到細格柵，再經過沉砂池、初次沉淀池進行粗沉淀處理，然后進行生化處理（好氧活性污泥處理）、二次沉淀池進行深度處理后，最后經過消毒池然后排放。

1.2 主要構筑物的能耗分析

1.2.1 目標污水處理廠的概況及排放標準

目標污水處理廠占地面積3.78公頃，處理水量為8.0萬m3/d，變化系數1.3。目標污水處理廠設計的進水水質是根據實際的進水水質，設計的出水水質要求要達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A排放標準。

1.2.2 預處理工藝中的構筑物能耗分析

首先，在城鎮污水的處理工藝中，格柵是污水預處理中的主要設備之一。格柵分為粗格柵和細格柵，主要用于過濾掉污水中的大型雜質漂浮物及顆粒，以保護水泵等設備以免受損。其中，格柵過濾出來的柵渣要經過機械粉碎需要耗能。其次，在污水處理中的污水提升泵用于提升污水進入后續處理過程，需要耗能；再者，沉砂池中的刮砂機和輸砂機液需要耗能。如表1所示，在城鎮污水的前期預處理階段，主要的耗能設備通常是提升泵。

表1 城鎮污水處理廠預處理階段主要用電設備的功率

1.2.3 生化處理工藝中的構筑物能耗分析

在城鎮污水處理工藝中，經過了污水的預處理階段后，首先進入初級沉淀池利用物理重力作用進行沉淀處理，初級沉淀池的能耗設備主要是排泥設備；之后，進入污水處理的核心工藝即好氧活性污泥處理工藝和二次沉淀池，通過好氧活性污泥處理工藝從曝氣池流出的混合液體物質進入二次沉淀池，進行泥水分離和污泥的濃縮處理，二次沉淀池的主要能耗環節是污泥抽吸泵，最后是消毒池的消毒裝置需要消耗一定的能量。

1.2.4 污泥處理工藝的構筑物能耗分析

在城鎮污水的處理工藝中，污泥的處理也是重要的一環。在污泥的處理系統中主要有污泥脫水機設備、攪拌機及輸送機等。

1.3 城鎮污水處理工藝中各處理環節的能耗占比情況分析

綜上所述，城鎮污水處理的預處理階段、生化處理階段和污泥處理階段的能耗分析可知，如表2所示，其中城鎮污水處理廠的生化處理階段的能耗最高，約占總處理能耗的75.6%，預處理階段占總能耗的20.2%，污泥處理階段占總能耗的4.1%。因此，城鎮污水處理廠的節能首先要從生化處理階段的節能入手，其次是污水的預處理階段，要有針對性地采取相應措施和對策來實現城鎮污水處理工藝的節能，同時實現城鎮污水處理廠污水處理成本的有效降低。

表2 城鎮污水處理廠各處理階段的能耗占比情況

2 城鎮污水處理的核心工藝技術的能耗分析及節能對策

2.1 常用生化處理工藝分析

2.1.1 氧化溝處理工藝

在城鎮污水處理過程中，氧化溝處理工藝作為好氧活性污泥處理工藝之一，是一種集曝氣、沉淀處理于一體的處理工藝。例如，常見的三溝式氧化溝的主要構造是兩側溝交替作為曝氣池和沉淀池，而中溝持續作為曝氣池。

2.1.2 A/O(A2/O)處理工藝

在污水處理技術工藝中，A/O處理工藝是屬于污水生物除磷脫氮的處理技術。通常的生物除磷脫氧處理工藝是先進行好氧池的硝化反應將銨態氮變成硝酸鹽，在經過缺氧池的反硝化反應將硝酸鹽還原生成氮氣從水池中除去，而反硝化菌在后續缺氧池中已幾乎沒有可以消耗的碳營養源來滿足其發生反硝化反應，需要在缺氧池前補加乙酸鈉等有機碳源來供給反硝化菌，而A/O處理工藝是將缺氧池放在好氧池的前面，以污水進水中的有機碳源來滿足反硝化菌的營養需求。此外，A2/O處理工藝是在A/O處理工藝的基礎上在缺氧池的前面加設厭氧池。

2.1.3 MBR處理工藝

MBR污水處理工藝是活性污泥法和膜分離技術的新型組合處理工藝，利用MBR污水處理工藝處理后的出水水質的質量較高。對于城鎮的污水處理過程中，采用MBR污水處理工藝時要考慮到污水處理的規模，在較大規模的污水處理廠通常要采用負壓軸吸浸沒式分置式MBR工藝。MBR污水處理工藝更適用于難降解的有機污水和對出水水質要求較高的污水處理。

2.2 主要的節能技術及對策

2.2.1 使用微孔曝氣裝置

在曝氣池使用微孔曝氣裝置來提高曝氣池中的氧氣利用率，微孔裝置可以減少曝氣池中的氧氣泡的體積，通過微孔的曝氣擴散裝置可以產生體積更微小、比表面積增大的氧氣泡，使得氧氣的利用效率更高，從而實現節省能耗的目的。

2.2.2 合理布設曝氣器

在曝氣供氧過程中，由于剛進入曝氣池的污水中有機質的含量高，所需微生物的數量也較大，其耗氧量相對較多。當污水接近曝氣池出水口時，污水中的有機質含量比較低，所需微生物的數量也較少，其耗氧量也越來越少。因此，在布設曝氣器進行曝氣供氧時，要根據曝氣池剛進入階段和接近出水口的需氧特性進行布設。如果只是單純均勻布設曝氣器會造成進水口處理的供氧不足，出水口處理的供氧過剩的現象，這樣就造成污水處理效率和質量的下降，同時引起能源的浪費。因此，在曝氣池要將曝氣器從進水口到出水口由密到稀布設，并安裝溶氧的自動調節裝置，及時調節曝氣池的溶氧情況，以實現生化處理能耗的最大利用率。

2.2.3 使用變頻調速風機

在城鎮污水處理廠，需要使用電動機來帶動設備運轉。普通的電動機只能以定速的方式來運轉，而變頻調速風機可以按照處理工藝的不同要求進行相應的轉速輸出調整，從而實現達到降低電動機功率能耗的目的。

2.2.4 模糊神經網絡PID控制技術

在城鎮污水處理的曝氣系統中采用模糊神經網絡PID控制技術，使得曝氣系統的數據設置具有輸入精確化、數據模糊化、模糊規則化等計算能力，并在處理數據的過程中對神經網絡中的網絡權值進行校正調整，使得整個曝氣系統處于更加理想的狀態，實現污水處理過程中能耗的節省和處理成本的降低。

3 討論

在城鎮污水處理廠的未來發展中，處理工藝的能耗問題是制約污水處理廠持續發展的關鍵因素之一。由于我國的能源已處于相對緊張的狀態，污水處理能耗大，造成污水成本處理高，一些中小型的污水處理廠因此難以維持和正常的運行，使污水處理廠的減排也遇到巨大的瓶頸。在城鎮污水處理工藝過程中要結合污水處理的實際情況，選擇不同的節能處理技術，盡量采取節省能耗的處理措施來實現城鎮污水處理的節能和減排。