污水處理廠節能減排實現的途徑

常 青

（晉能控股煤業集團云崗礦，山西 大同 037000）

0 引言

污水處理廠是運營成本高、能耗高的產業，在生產和運行活動中，污水處理廠要對接能源需求、供需矛盾的問題，在節能減排的技術研究中加強實踐，降低污水處理中的能源消耗，實現節能減排的生產目標。解決行業發展中存在的高能耗問題，發揮出污水處理廠的功能，改善礦井的污水處理現狀，提高污水排放水平。

1 污水處理廠的能耗情況分析

污水處理廠在礦井行業的運轉中發揮著處理污水、提高水資源利用率的功能，作為資源密集型產業，在水處理過程中消耗了大量的能源，包括燃料、電能資源、藥劑。礦井污水處理廠的電能消耗水平高，和發達國家相比，礦井污水處理廠的電耗平均水平過高，這與我國礦井運行中節能減排可持續發展的理念形成了巨大的差距。因此在污水處理廠的運行活動中，要實現節能減排的目的，從系統設計和實踐運行層面，加強對污水處理技術的研究，結合污水處理廠的水質檢測項目（見圖1），提高污水處理廠的節能減排運行效益[1]。

圖1 礦井污水處理流程圖

2 污水處理廠節能減排的實踐途徑

2.1 優化工藝技術

污水處理廠的生物處理中，應用到的工藝各有不同，在設計污水處理廠時，要對不同的生物處理工藝特點進行綜合化的考量。結合污水處理廠項目所在地區的地形、氣溫、電價、征地費用、項目規模、原水水質、出水達標要求、污泥處置情況等多個層面進行系統考量，選擇經濟最合算、技術合理性最強的工藝，提高工藝方案的可行性，降低能耗。在生物法的運用中，主要是使用微生物的新陳代謝功能，降解污水中呈溶解狀態和膠體狀態的有機污染物，將其轉化為無害物質，凈化污水。活性污泥法、ab 法有氧化溝法、SBR 法等均屬于常用的生物法污水處理工藝，在選擇工藝的過程中，應從節能設計的視角，優化工藝方法，選擇有利于污水處理廠實現遠期、近期節能減排目標的工藝方案[2]。

2.2 設計進水提升泵

污水提升泵在預處理系統中是關鍵的一道設備程序，使用污水提升泵的目的是要改善污水水位，提高水位值，確保污水以重力流流過后續的構筑物。在污水處理廠的能源消耗中，提升泵是能源消耗量較高的一道工序，設計提升泵時，技術人員需要充分地利用污水處理廠的自然坡度、地形等，對進水管底標高進行合理的設置，結合構筑物高程布置處理的需求，對水頭損失進行科學、合理的計算，盡可能降低水泵揚程。如果污水處理廠已經投入到了運行和使用中，在進水提升泵的設計方面，無法從源頭著手進行改善，需要采取其他的措施，實現節能設計的目標。

例如要保持總體平面布置得流線清晰，有緊湊的結構，連接管路，保持直而短的狀態，將彎管和連接管的長度減少，降低水頭損失風險，將非淹沒堰改為淹沒堰，減少落差至幾厘米大小。使用平流式的初沉池和二沉池，借助廊道推流式的曝氣池功能，在條件允許的情況下，可以取消配水井，串聯初沉池、二沉池和曝氣池，對水頭損失進行控制，進一步調節進水提升泵。結合時間、季節的變化，了解污水處理廠的進水流量，根據污水提升泵的大小，采取泵梯級搭配的形式，使泵站出水量和實際來水量相互接近，促使提升泵在正常水位內運行的高效性，啟動高水位，確保提升泵穩定運行。

借助變頻調速技術使水泵的啟動時間發生改變，在井中達到最高水位時，才啟動水泵，可以提高水泵的最大利用效率，并且規避了電機頻繁啟停可能造成的損傷，延長了電機的使用周期。發生電機損壞時，可以將高效節能型電機運用其中，使用較小的功率，達到同樣的輸水量運輸效果，實現節能環保的管理目標。日常運行中，進水水量和進水水質是呈現出動態變化的，因此曝氣池中需氧量也有著動態的改變，在理想狀態下水中溶解氧的含量為1～2 mg/L。結合曝氣池中溶解氧的變化，要對風機功率進行調整。考慮到在波峰和谷風時間段電價的不同，以及污水處理廠的生產需求，對曝氣進行調整。在夜間波谷時間段電價較低時，加大曝氣量，在用電高峰處于波峰時間電價較高，要適當地將曝氣量減少[3]。

2.3 藥劑消耗設計

在污水處理廠中，消耗的藥劑成本在整體的能耗成本中占比不到10%，但是仍舊還有一定的節能空間，值得人們探索，在除磷技術、污泥調理技術、污泥消毒技術的應用環節，要加強對節能技術的應用。礦井污水處理廠在除磷過程中采取的方式為生物法和化學法，生物法不需要使用藥劑，污泥產生量較少，但是需要具備一定的厭氧條件，工藝復雜。在生物除磷工藝的應用過程中，要以去除消耗、減少污泥為目的，為后續的污泥處理、能耗節約進行規劃，減輕藥劑消耗量，促使污水處理廠在綠色節能的環境中實現低能耗運行的目標[4]。

2.4 設計曝氣系統

在污水處理廠的運行過程中，鼓風機的能量消耗較大，因此需要設計曝氣系統，加強對曝氣技術的運用，節約能耗，鼓風機的能耗水平取決于原水水質，除此之外，鼓風機的效率、曝氣管布置方式和曝氣控制系統，決定了最終的曝氣系統能源消耗量。在布置曝氣頭時，需要結合預期中的曝氣效果、處理效果和能源節約的目標，合理布置曝氣頭，在池子進水端，布置較密的曝氣頭，出水端呈現出逐漸遞減的分布形式，提高曝氣池內溶解氧的均勻度水平，節約能源消耗，提高處理效率。

傳統鼓風曝氣系統中的穿孔曝氣動力只有1.0 kgO2（kW·h），效率較低，和微孔曝氣效率3.4 kgO2（kW·h）相比效率不足。在氧化溝工藝中，機械曝氣使用的是轉刷和倒傘式曝氣器，其性能良好，遠超穿孔管曝氣，不需要設置大量的曝氣風管、曝氣氣頭和鼓風機房。最終的曝氣效率和微孔曝氣相比仍舊偏低，因此在設計過程中，設計人員要從綜合視角進行考量，選擇適用性較強的曝氣系統[5]。

2.5 設計污泥處理和處置系統

在處理污泥的過程中，設計人員要從技術創新的角度對處置和處理系統進行優化，污泥處理系統涵蓋了污泥的脫水處理、穩定處理，目前應用到脫水中的設備包括離心機、帶式壓濾機、板框、壓濾機、真空過濾器。其中真空過濾器和板框壓濾機的使用，需要配合無機混凝劑，使用石灰、鋁鹽、鐵鹽等進行機械設備的運行，帶式壓濾機和離心機使用的是有機高分子絮凝機。對比不同的技術處理方法，真空過濾機的運行過程更穩，靠定性強，管理過程方便，脫水泥餅的性狀優良，但是卻有著耗電量較大的缺陷。

板框壓濾機的操作過程簡單，泥濘量少，但是生產效率不理想，離心機在難脫水的污泥當中適用性較強，不會產生臭氣，但轉速較高，具有較大的設備磨損風險。帶式壓濾機的運行效果穩定，具有可持續運轉的功能，生產效率高，是耗電最低的設備。因此在選擇脫水設備建立污泥處理和處置系統的過程中，技術人員需要對不同的污泥處置技術方法、設備設施處理廠的規模等進行綜合考量，最大限度實現節能降耗的目標。

2.6 其他節能技術

在設計污水處理廠的節能系統時，從節能減排的角度，需要結合多種節能技術手段，從項目初期的建設階段，做好節能設計和規劃，對建設規模進行確認，防止出現污水處理廠建成之后管網難以配套并運行的問題。對于設計量過大導致的低負荷運行狀態進行早期防治，對構筑物間的連接管區要進行優化設計、合理布置，避免出現過多水頭跌落或水頭溢流的問題，降低不必要的能源消耗，防范能源浪費，礦井污水處理流程見圖1[6]。

3 結語

污水處理廠在發展中要以實現節能減排為目的，結合自身能源密集的產業特性，加強對先進技術的運用，提高污水處理廠的運行水平、運行效率。以實現節能減排為目的，要將先進的設備、工藝等運用其中，在保證污水處理水質安全的前提下，節約運行成本。利用先進的技術和設備，實現對污水的資源化利用和再次利用，降低能源消耗，推動污水處理行業的長遠發展。