污水处理厂节能减排策略

【摘 要】 污水处理厂在防治水污染上发挥着不可替代的作用，但污水处理厂也是资源密集型产业，在一定程度上影响了污水处理的有效性，因此，实现污水处理厂节能减排就显得意义重大。本文分析了当前污水处理厂的耗能情况，并从节能设计和运行节能两方面对污水处理厂节能减排策略谈谈自己的一些认识，以期指导实践。

【关键词】 节能减排 设计 曝气系统 污泥处理 运行节能

随着城市经济的快速发展，城市规模的不断扩大，人口的不断增加，城市污水的排放也日益增多，水域环境已受到污染，污水处理厂的建设对于防治城市水污染具有重要意义。污水处理是一种高能耗的产业，高能耗造成污水处理运营成本高，同时也加剧了我国现阶段的能源危机，我国经济正处于高速发展阶段，对能源的需求与依赖日益增加。而现行的处理技术多数面临大量资金投入的难题，迫切需要能耗低、生态型的污水处理技术。因此，如何降低能耗，实现污水处理厂节能减排的目标已是行业亟待解决的问题。

1 污水处理厂的能耗分析

污水处理厂是资源密集型产业之一，水处理过程消耗的能源主要包括电能和燃料、药剂等，目前，城市污水处理厂电耗的平均水平为0.29kWh·m-3，82%以上的污水处理厂能耗高于0.440kWh·m-3与发达国家相比差距较大。因此，有效地运行污水处理厂，实现污水处理的节能减排是行业迫切需要解决的问题。

2 污水处理厂的节能设计

2.1 工艺的选择

当前，污水处理厂常用的几种生物处理工艺比较见表1。

污水处理厂设计时在考虑不同工艺各自特点的同时，要结合项目所在地气温、地形、电价、征地费用及项目自身的规模、原水水质情况、出水达标要求、污泥处置情况等进行综合考虑，选取技术上合理、经济上合算、易于管理、运行可靠，且有利于近、远期结合的工艺方案，使能耗最低。

2.2 进水提升泵的设计

作为预处理系统中重要的一环，污水提升泵的目的是提高污水水位，保证污水以重力流流过后续各个构筑物+提升泵作为污水厂能耗的重点部位，设计时应充分利用地形或自然坡度，合理设置进水管底标高，同时结合处理构筑物高程布置的需要，合理计算水头损失，减少水泵的扬程。对已投入运行的污水厂，应通过加强管理进行节能。

降低提升泵扬程可采取以下措施：①总体平面布置要流线清楚，布置紧凑。连接管路要短而直，尽量减少弯管和连接管长度，避免处理构筑物之间因跌水等造成水头损失。②改非淹没堰为淹没堰，落差可由30～60cm减少到几厘米。③初沉池和二沉池考虑采用平流式，曝气池采用廊道式的推流式，在条件允许豹情况下将初沉池、曝气池和二沉池采取直接串联，取消配水井，降低水头损失。

2.3 曝气系统的设计

由于鼓风机的能耗较大，因此选择高效合理的曝气系统非常重要。一般来说，鼓风机能耗与原水水质关系密切，曝气管的布置方式、鼓风机的效率和曝气控制系统对曝气系统的能耗也影响重大。曝气头的布置方式不仅影响曝气效果和处理效果，而且对曝气系统的能耗也影响较大。

曝气头采用在池子进水端布置较密。出水端相对较稀呈递减分布的布置方式，可使整个曝气池内溶解氧均匀，提高处理效率，节约能源。

传统鼓风曝气系统中穿孔曝气动力效率较低，只有1.0kg/（kW·h）02，远低于微孔曝气效率3.4ks/（kW·h）02。机械曝气在氧化沟工艺中大多采用转刷和倒伞式曝气器，其性能优于穿孔管曝气，且无需修建鼓风机房和设置大量布气管道和瀑气器头，但曝气效率仍低于微孔瀑气，因此在设计中要综合考虑，采用合适的曝气系统。

2.4 污泥处理和处置系统设计

污泥处理系统包括污泥的脱水和污泥的稳定。目前，污泥脱水设备有真空过滤器、板框压滤机、带式压滤机和离心机。其中，前两者需要投加无机混凝剂，通常为铁盐、石灰或铝盐；后两者主要用有机高分子絮凝剂。真空过滤机运行稳定可靠、脱水泥饼性状好、管理方便，但耗电量大；板框压滤机间歇工作，操作简单，泥饼量最少，但生产率低；离心机适用于难脱水的污泥，不散发臭气，但出于转速高，设备磨损大；带式压滤机生产率高，运行稳定，可连续运转，耗电最低。因此，脱水设备应综合考虑污泥处置方法、污泥性质、处理厂规模等，从而实现节能。

2.5 其他节能设计

污水处理厂设计时，还应根据项目所在城市远期发展情况，合理确定分期建设与实施措施，确定适宜的建设规模，避免污水处理厂建成后因管网不配套，或由于设计量过大导致污水厂长期低负荷运行。此外，还要优化布置构筑物间的连接管渠，避免过多的水头跌落与预留，以免造成不必要的能量浪费。

3 污水处理厂的运行节能

3.1 进水提升泵的调节

污水厂进水流量往往随时间、季节波动，特别是国内许多城市采用合流制管网系统，径流变化系数较大，造成水泵的运行效率较低，特别是对于运行时间较长的污水处理厂，大量高能耗的老式水泵增加了污水厂的单位能耗。

针对这些情况，在日常运行中应按污水提升泵的大小进行泵梯级搭配，使泵站的出水量接近实际来水量，使提升泵在高水位启动以保证其在正常水位内高效运行。由于每天三餐前后时间的进水量较大，可采用变频调速技术，使水泵在井中达到最高水位时才启动，在保证水泵高效运行的同时，避免了电机频繁启停造成的损害，增加了电机的使用寿命。另外，电机损坏时，可考虑更换高效节能电机，其较小功率就可达到同样的输水量，在结合投资费用和运行费用的基础上充分考虑，最终达到节能目的。对于提升泵，在日常运行中也可以采取调节流量实现节能，常用的方法有2种：①机构调节。主要指水量出现大的波动时关闭或开启出水闸，这样虽然会增大水头损失，但因N—Q曲线为上升曲线，具有一定的节能作用。②运行方式调节。采用增减提升泵的台数，通过缩短运行时间达到节能目的，但对于大型水泵，因其启动电流很大，所以应尽量避免频繁启动。

3.2 曝气系统的节能运行

在日常运行过程中，由于进水水质和水量不断变化，曝气池中的需氧量也随之变化。理想状态下水中溶解氧应为1～2mg/L，因此可以根据曝气池中溶解氧的变化调整风机功率。

此外，根据波峰、波谷时段的不同电价和生产需要调整曝气，在夜间波谷阶段适当加大曝气量，在用电高峰期间适当减少曝气量。

3.3 污泥的处理和处置节能运行

在污泥浓缩过程中，污泥脱水泥饼质量的好坏和絮凝剂投加量有密切联系。若药剂投加量小，则絮凝效果差，泥饼含水率高、体积大，增加了运输费用；絮凝剂投加量过多，不仅影响压滤机的正常运行，也会增加处理成本。因此在日常运行中，要合理控制絮凝剂投加量，减少药剂消耗。

3.4 药剂消耗

尽管药剂消耗占污水处理厂能耗不到10%，但是在除磷、污泥调理和污泥消毒阶段还是存在一定的节能空间。城市污水处理厂除磷的方式主要有化学除磷和生物除磷。生物除磷无需投加药剂，产生污泥量少，但在厌氧释磷阶段需要保证严格的厌氧条件，工艺较复杂。因此，完善生物除磷工艺，不仅能达到较好的除磷效果，去除药耗，还能减少污泥量，降低后续污泥处理的能耗。

3.5 其他运行节能

对员工加强培训，提高技能，使员工了解全厂工艺流程及运行现状，熟悉掌握管辖范围内的各种构筑物及设施的工艺性能、技术参数及指标，同时加强节能意识教育，经常巡视，对设备积极维护保养，减少设备检修频率，使各种设备经常处于良好的运行状态，从而降低运行能耗。

4 节能降耗管理

（1）节能降耗分析。通过分析城市污水处理厂各个处理阶段的能耗情况，明确不同处理单元对能量的需求，确定与污水处理厂能耗密切相关的控制节点，分析各控制环节的节能降耗潜力。

（2）建立统一能耗评估指标。建立具有明确的边界界定、统一能耗审计和评估的指标，建立基于不同污水处理工艺、不同工程规模等条件下的污水处理系统能耗评价指标，反映各部分的能耗水平，便于进行工艺间的横向比较，建立污水处理厂不同单元的能耗评估指标。

（3）建立节能降耗目标。深入的能耗分析、节能潜力的识别以及能耗管理水平的提升，实现对污水厂运行的精确控制，完成节能降耗的目标。

5 结语

总之，污水处理行业是能源密集型的行业，能否实现污水处理厂节能减排的目标，已经成为决定污水处理厂运行效益好坏的关键因素。为了实现节能减排的目标，污水处理厂应结合工艺和设备的不同，在保证水质的前提下，尽量降低运行成本。同时要大胆运用先进的技术实现设备的优化运行，加强管理，实现污水的资源化和再利用，这样才能逐渐向高效低耗的方向发展，这对污水处理企业的发展具有重要的意义。

参考文献：

[1]刘礼祥，张金松，施汉昌，何苗.城市污水处理厂全流程节能降耗优化运行策略[J].中国给水排水，2009年16期.

[2]李亚静，郑淑平.城市污水处理厂曝气阶段的节能降耗研究[J].科技创新导报，2012年27期.

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