污水處理廠節能優化措施分析及研究

陳建昌 李占江 袁國光 河鋼邯鋼能源中心

1 前言

隨著環保要求的不斷提高和節能意識的增強，對污水處理廠精準管理和成本能耗控制提出了更高的要求，需要長期對生產運行成本進行分析結束語與優化控制，對系統持續進行改善。在污水處理廠成本構成中，能耗指標是污水廠生產運行成本的重要組成部分，反映出污水廠運行效能與技術管理的先進性，其指標約占處理成本的50～70%左右，做好此項節能工作，具有十分明顯的效果和降本增效意義。

2 概況

某鋼廠工業污水處理廠于2004年投建，2006年建成投產運行，設計處理水量72000m /d，目前實際處理水量約62000m /d，處理后產水優于GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準的A 類標準，達到GB 50050—1995《工業循環冷卻水處理設計規范》水質要求，產水全部回用于鋼廠生產系統循環補充水。

具體處理工藝流程為：生產廢水凈壓力回收管網進入污水處理廠，先經旋轉格柵進行雜物攔截，進入來水調節池，調節池內安裝潛水攪拌器對廢水進行攪拌防止其沉淀；廢水經潛水電泵提升至配水池及前混凝系統，加入石灰、混凝劑、助凝劑進行混凝聚合反應；反應后中間水進入高密度沉淀池，通過斜管填料進行泥水分離，上部凈水經回流渠，進入V型濾池，經濾池過濾后流入再生水產水箱，由壓力泵組供給生產用戶。斜管填料進行泥水分離后，污泥沉淀至高密度沉淀池下部，由底部污泥泵組輸送至污泥儲池，再經隔膜泵輸送至板框壓濾機，壓榨成泥餅裝車外運。

圖1

附表：2018年污水處理廠耗電量統計表

3 運行能耗現狀

污水廠運行能耗主要為電耗、儀表用壓縮空氣消耗。通過對該污水廠2018 年運行能耗進行統計分析，電耗為0.159元/噸水，壓縮空氣為0.005 元/噸水，電耗占到運行能耗的97%，是能耗節能控制、成本挖潛的主要優化目標。

目前我國目前污水處理電耗平均水平為0.26kWh/m ～0.40kWh/m ，從附表可以看出，該污水廠平均電耗約為0.318kWh/m ，尚有進一步優化挖潛的空間。

4 運行工藝耗電分析

通過對污水廠生產運行現狀綜合梳理，從三個方面對電耗使用中存在問題、節能優化空間進行了分析：

4.1 生產設備缺陷造成的電耗增高

通過對工藝、運轉設備進行檢查、核算，生產工藝中存在2項缺陷，導致設備運轉電耗增加：

（1）調節池中共安裝有潛水電泵4 臺（Q=1050m /h，H=14m，55kW），由于出口逆止閥不嚴，部分污水通過逆止閥門回流至調節池，既造成了水的浪費，又增加了水泵的電耗。

（2）部分軋鋼廠排水為壓力排水，現工藝為先排入進水調節池，再提升至處理系統，造成此部分排水余壓損失，并造成了二次提升。

4.2 可通過工藝優化降低的電耗

（1）污泥儲池攪拌器：2座污泥儲池共有攪拌器2套（電機22kWh），連續運行。根據高密度沉淀池污泥泵排泥的規律，對污泥儲池攪拌器運行時間進行調整，按照污泥儲池泥位來控制攪拌器運行時序，由連續運行改為間斷運行。

（2）污水廠加藥間設計聚合硫酸鐵儲藥池為地下式，用加藥泵加壓至前混凝系統加藥點，2臺加藥泵（電機0.25kWh）連續運行。通過對加藥點位置和空間進行實際測量，建議安裝高位加藥儲罐，加藥方式由壓力加藥改為自流式加藥。

（3）再生水外送泵是污水廠耗電較大的運行設備，配有5臺中開雙吸泵（Q=1000m /h，H=60m，220kW），目前外送壓力平均約為0.42MPa。通過對供水用戶的調研和管網運行的壓力趨勢計算，目前外送壓力存在盈余，可以考慮適當降低外送管網運行壓力，進而降低外送泵運行電流，節約電耗。

4.3 利用電網峰平谷電價差節約能耗

（1）高密度沉淀池污泥提升泵：可調整為谷段運行。

（2）板框壓濾機隔膜泵：可調整為平段、谷段運行。

（3）V型濾池反洗時間：可調整為平段、谷段運行。

（4）污泥儲池攪拌器：可調整為平段、谷段運行。

5 優化措施及效果

5.1 消除設備缺陷，避免電耗浪費

（1）對潛水提升泵逆止閥門進行檢修，更換了密封配件，并對微阻緩閉裝置進行了清洗調整，使得逆止閥門達到開關靈活、系統可靠、關閉嚴密的技術要求，消除了回流水的問題。故障整改后，減開1臺潛水提升泵，按照運行電流90A核算，每月節減電量約33840kWh。

（2）對軋鋼廠約100t/h 壓力排水管道進行改造，由現排至廢水調節池，改為直接排至配水渠，避免了二次提升的電耗，每月節減電量約2746kWh。

5.2 工藝實施優化，減少系統電耗

（1）按照系統排泥時序，對污泥儲池攪拌器運行時間進行了間斷運行試驗，運營時間由每天24h核減為12h，重新修訂運行時序后每月減少電耗13464kWh。

（2）對聚合硫酸鐵加藥方式進行了改造，在前混凝池上方安裝了兩個高位儲藥罐，兩個儲藥罐一用一備，防止出現儲藥中斷的情況，加藥方式改為自流式加藥，停運了2 臺聚鐵加藥泵，每月減少運行電耗306kWh。

（3）通過對供水用戶的調研和管網運行的壓力試驗，通過調節供水泵變頻器頻率，在滿足用戶正常供水需求的情況下，將外送壓力由0.42MPa將為0.30MPa，降低了水泵運行電流。

根據N1方程，壓力降低后，供水泵電機電流減少，電耗隨之減少，計算可得，每月可減少供水泵電耗67361kWh。

5.3 合理使用峰平谷電價差，進一步節能降耗

根據電網峰平谷電價差，對生產工藝中間斷運行的設備合理進行運行調整，按照“平谷段多運行，峰段（尖峰段）盡量停運”的思路，重新修訂了污水廠運行管理規程：

（1）高密度沉淀池污泥提升泵，2臺泵運行，每臺每天運行4h 左右，采取谷段運行的方式，與峰段相比，每月節約電價差額904元。

（2）板框壓濾機隔膜泵，2 臺泵運行，每臺每天運行6h 左右，采取谷段和平段運行的方式，與峰段相比，每月節約電價差額1141元。

（3）V型濾池反洗時間，所有濾池反洗時間均要求在平段、谷段進行，避免反洗泵在峰段啟動運轉，2臺反洗泵，每臺每天需運行4h左右與峰段相比，每月節約電價差額904元。

（4）污泥儲池攪拌器優化為間斷運行后，將運行時間調整為平段和谷段，進一步降低電耗費用。

5.4 實施后效果

以上節能優化措施全部實施后，污水廠耗用量明顯降低，污水廠優化改造后平均電耗約為0.265kWh/m ，與優化改造前對比，降低了16.7%，節能降費效果十分明顯。

系統優化后耗電量統計表

6 結束語及建議

（1）河北某鋼廠污水廠節能優化策略，按照“找短板，結合電價調工藝”的思路，對污水廠污水提升系統進行了設備消缺大修，對混凝系統、加藥系統、再生水回用系統進行了工藝優化，對污水廠生產運行規程進行了合理修訂，已達到降能耗，減成本的目的。

（2）目前有很多污水廠投產年限長、設備和工藝老化、生產運行能耗達不到要求，在不進行大投資、改造下，降低生產能耗，尤其是降低電耗指標，達到節能挖潛、降低生產成本的目標，此廠的成功作法為面臨同類問題的鋼鐵行業污水廠積累了寶貴經驗。