污水廠運(yùn)行節(jié)能降耗措施

文_盧敬斌 廣州資源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

1 工程概況

樂昌市九峰鎮(zhèn)污水處理廠，于2019年6月開工建設(shè)，2020年12月運(yùn)行，設(shè)計日處理能力為1100t，總占地面積3800m2。廠區(qū)內(nèi)工程總造價約850萬元，共建設(shè)污水處理廠1座及鋪設(shè)污水收集管網(wǎng)約6km，收水服務(wù)范圍為樂昌市九峰鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)范圍內(nèi)的生活污水，服務(wù)人口約5500人。本項目出水水質(zhì)需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一級標(biāo)準(zhǔn)中的較嚴(yán)值，生活污水經(jīng)AAO+深度處理工藝處理后排入排洪渠，最終進(jìn)入九峰河。

該廠處理工藝流程為：格柵沉砂預(yù)處理+厭氧池+缺氧池+好氧池+豎流沉淀池+砂濾池+消毒處理后達(dá)標(biāo)排放，進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)情況及排放標(biāo)準(zhǔn)匯總表

2 污水處理廠進(jìn)行節(jié)能降耗的必要性

污水處理廠在運(yùn)行過程中能源消耗大、能耗效率低，需要高額的運(yùn)行費(fèi)用支撐，污水處理廠各階段的能耗比例如下：生物處理段占總能耗的62.19%～71.14%, 預(yù)處理段占總能耗的23.47%～25.11%, 污泥處理段占總能耗的4.07%～13.85%。污水處理行業(yè)既屬于環(huán)保公益性事業(yè)，同時也屬于能耗密集型行業(yè)，對污水處理廠工藝的設(shè)計、設(shè)備的選用及運(yùn)維管理的水平等方面實行節(jié)能降耗措施顯得尤為必要。

3 從處理工藝設(shè)計及運(yùn)維管理中探求節(jié)能降耗方法

3.1 設(shè)置污水調(diào)節(jié)池及變頻提升泵

在污水收集管網(wǎng)的末端，設(shè)置一個污水調(diào)節(jié)池，有效容積按6h平均時處理水量設(shè)計。污水調(diào)節(jié)池不但能進(jìn)行初步沉降、分離及均衡進(jìn)水水質(zhì)，有利于下一道處理工序，同時可以調(diào)節(jié)進(jìn)水高峰期的污水水量，從而達(dá)到減少污水提升泵的裝機(jī)功率及降低電耗的目的。

污水提升泵有一共有2臺P=1.5kW，一用一備，其節(jié)能降耗方法主要是安裝變頻器。由于提升泵選型時是按最低運(yùn)水位確定水泵揚(yáng)程的，但調(diào)節(jié)池內(nèi)水位多數(shù)情況均高于最低運(yùn)行水位，從而導(dǎo)致提升泵的實際瞬時流量大于設(shè)計平均時處理水量。因此，可設(shè)置變頻提升泵，通過提升泵出水管上電磁流量計反饋的電信號，降低提升泵電機(jī)的運(yùn)行頻率，節(jié)省電能。

3.2 調(diào)整缺氧池的攪拌機(jī)運(yùn)行數(shù)量及時間

九峰鎮(zhèn)污水廠的缺氧池中設(shè)置分別有2臺P=2.2kW的潛水?dāng)嚢铏C(jī)。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的主要功能是使池體內(nèi)部的活性污泥不斷翻滾，污泥中的微生物與污水能夠得到充分接觸反應(yīng)。在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，只運(yùn)行池內(nèi)一臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，也能實現(xiàn)活性污泥與污水的混合接觸，但會導(dǎo)致死角處出現(xiàn)污泥堆積現(xiàn)象。而只要兩臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)交替運(yùn)行，這種污泥堆積現(xiàn)象就會大大減少。經(jīng)過測試，最終確定了運(yùn)行方案為兩臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)每隔2h交替運(yùn)行一次。該運(yùn)行方案每天可節(jié)省電能52.8kWh。

3.3 調(diào)整羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案

曝氣是好氧污水生化處理系統(tǒng)的重要工藝環(huán)節(jié)。其主要作用是使空氣與水強(qiáng)烈接觸，向反應(yīng)器內(nèi)提供氧氣，提供微生物生化作用需要的溶解氧；同時起到混合、攪拌的作用，保持反應(yīng)器內(nèi)底物、微生物、溶解氧的充分混合，為微生物新陳代謝提供有利的反映條件。因此，鼓風(fēng)機(jī)是污水廠最重要的工藝設(shè)備，同時也是污水廠耗能最多的設(shè)備。污水廠要節(jié)能降耗，關(guān)鍵在于鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能。

九峰鎮(zhèn)污水廠設(shè)置了3臺變頻羅茨鼓風(fēng)機(jī)，P=4.2kW，2用1備。由于九峰鎮(zhèn)的污水收集管網(wǎng)采用了截流式合流制，未能實現(xiàn)雨污分流，導(dǎo)致污水廠的進(jìn)水濃度大大低于設(shè)計濃度。調(diào)試期間好氧池的運(yùn)行參數(shù)詳見表2。

表2 好氧池調(diào)試期間參數(shù)記錄

因為污水廠進(jìn)水濃度低于設(shè)計值，好氧池處于低有機(jī)負(fù)荷的狀態(tài)，若按原設(shè)計的曝氣量，則出現(xiàn)過度曝氣現(xiàn)象，導(dǎo)致污泥絮體分解，不但浪費(fèi)電能，而且影響了好氧池微生物的生長。九峰鎮(zhèn)污水廠在羅茨鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方案上做出了兩方面調(diào)整。第一、在好氧池末端，安裝在線溶解氧探測儀，實時監(jiān)測DO數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)水COD在120～160mg/L之間時，通過變頻器調(diào)整羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行頻率，最低不低于35Hz。第二，當(dāng)進(jìn)水COD低于120mg/L時，實行間歇曝氣方案，通過查閱文獻(xiàn)資料及現(xiàn)場實際測試，間歇曝氣方案確定為曝氣3h，停曝氣160min。通過對羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案調(diào)整，不但提高了好氧池污泥的活性，而且能夠大大降低整個曝氣系統(tǒng)的能耗，經(jīng)測算現(xiàn)階段曝氣系統(tǒng)的能耗最高為0.17kWh/m3，最低為0.08kWh/m3。

3.4 廠區(qū)內(nèi)實行中水回用，減少水資源耗損

九峰鎮(zhèn)污水廠的日常用水包括生產(chǎn)和生活用水，生產(chǎn)用水主要為除磷藥劑需要加水稀釋，生活用水主要為廠區(qū)內(nèi)綠化植物澆灌用水。按原設(shè)計的生產(chǎn)和生活用水量，每天約為7t，則每年廠區(qū)需要消耗2555t自來水。

為了降低自來水耗，建設(shè)一個長×寬×深=4.0×4.0×3.0m的清水池，有效容積為30m3。清水池暫存污水廠的每天處理達(dá)標(biāo)的出水，并回用于生產(chǎn)和生活用水。中水回用實施后，自來水每天減少7t，回用水泵功率增加1.5kW。

3.5 優(yōu)化工藝管理，降低藥劑耗損

對于城鎮(zhèn)生活污水處理后出水要達(dá)到總磷≤1mg/L，一般需要生物除磷和化學(xué)除磷聯(lián)合處理，化學(xué)除磷一般為投加鐵鹽或鋁鹽。雖然鐵鹽與硫酸鋁的價格比較便宜，約為800元/t，折合藥耗約為0.08元/m3水。但由于居民生活習(xí)慣及管網(wǎng)收集系統(tǒng)設(shè)計等原因，導(dǎo)致九峰鎮(zhèn)污水廠的進(jìn)水總磷濃度普遍不高，一般在1.5～2.5mg/L之間。針對中低濃度的TP，當(dāng)微生物系統(tǒng)狀態(tài)良好，通過排除剩余污泥等手段，可在不投加藥劑的情況下，除磷效率控制在60%左右，保證出水的TP≤1mg/L，從而節(jié)省大量的藥劑費(fèi)。

3.6 調(diào)整污泥處理方案

在污水處理過程中，從生化池、沉淀池及砂濾池均會產(chǎn)生剩余污泥。剩余污泥的含水率約99%，理論計算九峰鎮(zhèn)污水廠剩余污泥年產(chǎn)量為238.62t。由于九峰鎮(zhèn)污水廠剩余污泥年產(chǎn)量較少，若按常規(guī)城鎮(zhèn)污水廠的模式，即在廠內(nèi)設(shè)置污泥脫水系統(tǒng)，不但會增加設(shè)備投資，同時也會增加污泥脫水的電耗、水耗和藥耗。九峰鎮(zhèn)污水廠在廠區(qū)內(nèi)，設(shè)置一個污泥收集池，對污水廠運(yùn)營過程中產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行暫時存貯，并每隔15～20d，采用20t大型罐車轉(zhuǎn)運(yùn)到污泥深度脫水處理中心，進(jìn)行脫水至含水率60%的處理，最后將60%含水率污泥運(yùn)至建材廠進(jìn)行建材利用處置。

4 實行方案調(diào)整后的節(jié)能降耗成果匯總

九峰鎮(zhèn)污水廠實施了節(jié)能降耗措施之后，能耗有所降低，具體表現(xiàn)為以下幾點：①提升泵實施調(diào)整方案前每天能耗為36kWh，進(jìn)行變頻調(diào)整后每天能耗約為23.4 kWh。②調(diào)整缺氧池的攪拌機(jī)運(yùn)行數(shù)量及時間后每天可節(jié)省電能52.8kWh。③調(diào)整羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案后每天可節(jié)省電能120.96kWh。④進(jìn)行中水回用后每天可節(jié)省自來水7m3。⑤優(yōu)化工藝管理減少投藥后每天可以節(jié)約除磷劑約17.6kg。

九峰鎮(zhèn)污水廠在實行節(jié)能降耗措施后，運(yùn)行成本統(tǒng)計如下：①電費(fèi)：每噸水耗電約為0.35kWh，電價以0.8元/kWh計，則電耗為0.28元/m3。②人工費(fèi)：采用智慧水務(wù)系統(tǒng)，需安排巡查人員2名，平均工資5000元/月，則人工費(fèi)為0.30元/m3。③藥劑費(fèi)：優(yōu)化工藝管理之后，每月仍需投加除磷藥劑132 kg，按800元/t計算，則處理污水耗藥0.003元/m3。④污泥運(yùn)輸費(fèi)：九峰廠污泥集中運(yùn)到污泥深度脫水處理中心，每年出泥共238t，污泥運(yùn)輸費(fèi)是0.025元/m3。⑤自來水費(fèi)：九峰鎮(zhèn)污水廠每天耗水約7m3，中水回用后，基本無需自來水，自來水費(fèi)用可忽略不計。⑥維修費(fèi)約為0.05元/m3。⑦管理費(fèi)約為0.09元/m3。綜上所述，九峰鎮(zhèn)污水廠的噸水運(yùn)行成本合計為0.748元/m3。

5 結(jié)語

城鎮(zhèn)污水處理廠在保證出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，需要進(jìn)一步從工藝設(shè)計、設(shè)備選用及運(yùn)維管理等多維度考慮實行節(jié)能降耗措施，一般可以從污水提升系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)以及污泥處理系統(tǒng)等方面入手，并應(yīng)用清潔生產(chǎn)和環(huán)境管理體系等科學(xué)手段，使污水處理廠的運(yùn)行成本不斷下降。