城市污水處理廠設備能耗及影響因素分析研究

謝添

摘? 要：近年來，隨著環境保護力度的加大，污水處理廠的數量也逐漸增長，但是污水處理廠在運行過程中，由于運行需要長期投入費用較高、缺少專業人士運營等各種原因，很多污水處理廠不能保證正常運行。因此，該文以河北某污水處理廠為例，探討工藝和設備的能耗情況，重點分別對預處理單元、二級生化處理單元和污泥處理單元進行了設備情況介紹和能耗分析影響評價，提出節能降耗的措施，旨在為污水處理廠的運行節省成本。

關鍵詞：城市污水處理廠? 處理單元? 污泥? 影響因素

中圖分類號：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（a）-0093-03

Analysis on Energy Consumption and Influencing Factors of Each Treatment Unit in Municipal Wastewater

Treatment Plant

XIE Tian

（CCCC Eco Environmental Protection Investment Co.， Ltd.， Beijing， 100020? China）

Abstract： In recent years， with the increase of environmental protection， the number of sewage treatment plants has gradually increased， but in the operation process of sewage treatment plants， due to the long-term investment， high cost， lack of professional operation and other reasons， many sewage treatment plants can not guarantee the normal operation. Therefore， taking a sewage treatment plant in Hebei Province as an example， this paper discusses the energy consumption of process and equipment， focuses on the introduction of equipment and energy consumption analysis and impact evaluation of pretreatment unit， secondary biochemical treatment unit and sludge treatment unit， and puts forward measures for energy saving and consumption reduction， aiming at saving costs for the operation of sewage treatment plant.

Key Words： Municipal wastewater treatment plant; Treatment unit; Sludge; Influencing factors

水是寶貴的自然資源，是工農業生產和人民日常生活中不可或缺的重要物質，而且大自然的水體還具有調節氣候、凈化環境的功能[1]。20世紀以來，全球人口增長了3倍，經濟增長了20倍，用水量增長了10倍。由于生產廢水和生活污水急增，污廢水未經全部處理或收集后處理不合格，直接排入自然水體，嚴重污染我們賴以生存的水資源、破壞我們的生態環境、威脅我們的身體健康。

為了加大生態環境保護工作的力度，截至目前為止，我國已建成運行4 800余座污水處理廠 ，按照工程壽命30年計算，這些污水處理廠短期內不可能大量重建，因此重點對污水處理廠的能耗情況進行調查分析和研究評價，同時借助較高水平的污水處理全流程控制技術，進而實現高水平的節能降耗，為我國資源循環再利用和生態環境保護工作進行分析和研究具有重要意義。

1? 污水處理廠概況

該文以河北某污水處理廠為研究對象，該污水處理廠成立于1987年1月，項目投資近7 714.42萬元，工程占地40畝，日處理污水量4萬t。污水處理采用生物脫氮除磷工藝，污水經過污水處理廠各單元處理后，最終排放的污水執行的標準要求高，是《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中一級A標準，脫水后污泥含水率小于80%，統一運至污泥處置中心進行集中處置。污水深度處理采用高效沉淀池+活性砂濾池工藝，污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機脫水，消毒采用二氧化氯接觸消毒工藝，如圖1所示。

該處理工藝是以改良生物脫氮除磷工藝為主要的處理工藝，從處理單元的特性上來分類，總共分為4個：一是格柵處理單元、曝氣沉砂單元構成的預處理階段;二是改良物脫氮除磷工藝處理單元構成的生化處理單元;三是二氧化氫消毒單元構成的深度處理單元;四是貯泥處理單元構成的污泥處理單元。結合該污水處理廠的實際運行情況，可以知道能耗主要包括直接能耗和間接能耗，其中直接能耗則為用于提升泵、曝氣充氧設備等運行所需要的電能，間接能耗則是指化學除磷以及污泥脫水等投加的各種藥劑等[2]。

每個處理單元都消耗能耗，產生能耗最大的處理單元為生化處理單元，耗電量高達21 792 kWh/d，經計算，占總耗電量的比例超過50%，占58.46%，分析是因為生化處理單元是生物化學反應，需要長時間開啟曝氣設備等，以使生化處理單元中微生物和廢水能夠充分的接觸，從而有機物等重要水質指標得以去除。產生能耗排在第二位的處理單元是預處理單元，耗電量將近10 000 kWh/d，經計算，占總耗電量的比例占23.66%。產生能耗最小的處理單元是污泥處理單元，耗電量為6 666 kWh/d，經計算，占總耗電量的比例占17.88%。該單元污泥壓濾機等設備并不是一直處于工作的狀態，是間歇性的工作，所以耗電量小[3]。對污水處理廠自身的能耗結構分析，分析評價污水處理廠的真實能耗水平，挖掘經濟運行潛力，對推進和提升污水處理廠的節能降耗具有很重要的現實意義。

作為城市基礎設施的重要組成部分和水污染控制的關鍵環節，城市污水處理廠工程的運行意義重大。污水處理廠投資建設投入資金多，運行階段同樣需要耗能大，花費大量的資金，論文重點對運行階段能耗的影響因素進行著重分析。各處理單元的能耗優化對確保凈化廠的運行性能和降低費用尤為關鍵，因此下面將從整體優化的角度出發，結合設計規模、污水水質特性，對污水處理廠能耗占比大的幾個處理單元進行能耗分析和評價[4]。

2? 預處理單元設備能耗情況及影響因素分析

從污水處理廠的工藝流程圖（見圖1）可以看出，預處理單元的處理過程為：進水井→粗格柵間→進水提升泵站→細格柵間→曝氣沉砂池，該設備的抽吸泵和其他設備的能耗在下面詳細列出。

能耗是由進水泵和羅茨鼓風機的運行產生的，進水提升泵是預處理裝置所有主要設備中能耗最高的設備，功耗達到7 920 kWh/d。占計算后的總消耗量，用電量占89.81%，分析歸因于水泵長時間運行。在第二位產生能耗的設備是羅茨鼓風機，耗電量約為720 kWh /d，經計算，總功耗比為8.16。能耗最低的設備是粗電網，而粗電網設備會間歇運行而不是始終運行，因此消耗的功率更少[5]。

因此，預處理單元進水提升泵的能耗分析和節能技術改造對于整個污水處理廠的節能降耗非常重要。提升泵節能技術的改造應結合污水處理廠的具體情況，加強對提升泵運行的管理，如及時調整提升泵的運行方式等方法。預處理單元中提升泵能耗高的原因在于設計和選擇的早期階段。污水處理廠中使用的吸水提升泵避免了泵輸出功率低和水量增加不足以及污水溢出的現象。但是，由于通常選擇大功率水泵，因此水泵的設計揚程高于實際揚程，并且在運行過程中水泵可能會偏離高效運行區域。對預處理進口提升泵系統進行節能技術改造非常重要，因為它浪費了能源。

3? 二級生化處理單元設備能耗情況及影響因素分析

二級生化處理單元主要設備有鼓風機、推流器和內回流泵等，其中推流器主要用于污水循環及硝化、脫氮和除磷階段創建水流，完成有機物的分解和生物脫氮[6]，為后續泥水分離提供條件;曝氣風機設備通過曝氣管路向生化池供氧，以提供微生物需要的氧氣。內回流泵用于污水處理廠混合液的回流、反硝化脫氨除氨，其主要特點是流量大揚程低使其污水混合液一直處于一個來回流動的狀態，不會出現凝固的現象。下面對該單元鼓風機等設備的能耗情況進行詳細羅列。

鼓風機、內回流泵、外回流泵等設備的運行都產生能耗，產生能耗最大的設備為鼓風機，耗電量高達17 280 kWh/d，經計算，占總耗電量的比例超過50%，占79.3%，分析是因為生化處理單元中鼓風機是起到曝氣的作用，且長時間處于運行的狀態;產生能耗排在第二位的設備是外回流泵，耗電量將近2 000 kWh/d，經計算，占總耗電量的比例占9.3%。產生能耗最小的設備是刮吸泥機及剩余泵，刮吸泥機設備及剩余泵設備并不是一直處于工作的狀態，是間歇性的工作，所以耗電量小。

4? 結語

該文在分析工藝流程和能耗比的前提下，主要關注預處理裝置、二級生化處理裝置和設備的引進以及行業的能源性能，以正式運營的污水處理廠為例，污泥處理單元能耗分析的影響評估旨在為污水處理廠提供參考，減少生產和運營成本，并為運營能耗制訂優化的控制計劃。

（1）污水處理廠的能耗主要分為預處理單元、二次生化處理單元和污泥處理單元這3個單元，而能耗最高的處理單元是生化處理單元，它的最高能耗為21 792 kWh/d，計算占總耗電量的58.46%，分析是因為生化處理單元是一個生化反應，并且曝氣設備需要長時間開啟。生化處理單元中的微生物和廢水可以充分接觸，因此去除了重要的水質指標（如有機物），產生第二能量消耗的處理單元是預處理單元，能耗最低的處理單元是污泥處理單元。

（2）污水處理廠預處理設備進水泵、羅茨鼓風機、細格柵等設備的運行均產生能耗，進水提升泵是主要設備中能耗最高的設備。它作為預處理設備消耗的電量達到7 920 kWh /d，占總功耗的89.81%，因為給水泵已經運行了很長時間。能耗最低的設備是粗電網，并且粗電網設備組合在一起并不能始終工作，由于間歇性運行，它消耗的功率更少。

（3）污水處理廠二級生化處理單元中的鼓風機、內部回油泵、外部回油泵和其他設備的運行均產生了能耗。能耗最高的設備是鼓風機，其功率可達到17 280 kWh/d。根據計算，其占總功耗的50%以上，占79.3%。分析表明，生化處理單元的鼓風機起著曝氣的作用，產生能耗最小的設備是刮吸泥機及剩余泵。

參考文獻

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1956-1966.

[4] 何光輝.某工業園區污水處理廠提標改造工藝研究[D].南昌大學，2020.

[5] 陳奇良，王桂祥，趙義君.合肥市肥東污水處理廠四期工程設計分析[J].山西建筑，2021，47（8）：98-100.

[6] 唐詩.遼寧省某污水處理廠提標改造技術研究[D].沈陽建筑大學，2020.