AAO工艺节能降耗研究

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摘要：Anaerobic-Anoxic-Oxic （AAO）工艺是我国城市污水处理工艺中最为常见的一种，如何实现这些污水处理工艺的节能降耗对实现我国环保行业的节能减排目标意义明显。本文通过分析荆门竹皮河项目部污水治理工程中采用AAO工艺的单元在运行过程中能耗的基础上，从提高蓄水量、采用变频节能设备、自动控制技术的应用三个方面，提出AAO工艺的节能运行措施以及AAO污水处理工艺节能降耗的建议。

Abstract： Anaerobic-Anoxic-Oxic （AAO） process is the most common urban sewage treatment process in China. How to achieve energy saving and consumption reduction of these sewage treatment processes is of great significance to realize the energy conservation and emission reduction targets of China"s environmental protection industry. Based on the analysis of the energy consumption of the unit using AAO technology in the wastewater treatment project of Jingmen Bamboo River Project， this paper proposes energy-saving operation measures of AAO process and recommendations for energy saving and consumption reduction in AAO wastewater treatment process from three aspects： improving water storage capacity， using variable frequency energy-saving equipment and automatic control technology.

關键词：AAO;节能降耗;污水处理

Key words： AAO;energy saving;sewage treatment

中图分类号：X703                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）12-0129-03

0  引言

为了改善水体环境，实现城镇污废水的综合治理。近年来，我国通过总量控制和综合治理的手段，提出了多项治理方案并予以实施，我国污染情况因此得到缓解，水体质量明显提高。在这种大环境下，葛洲坝集团第一工程有限公司应荆门市政府要求，对荆门市进行污水治理工程施工，兴建七座污水处理厂。由于AAO工艺具有脱氮除磷能力、水力停留时间短、工艺整体行能耗低、对水质适应性强、基建和运行费用较低、维护管理操作方便、运行简单等特点，综合对比其他主流工艺，如AO、AAO、氧化沟、CASS、SBR等，荆门竹皮河项目部污水处理厂多采用AAO工艺。故，本文以AAO工艺为研究对象，结合建设过程及运行过程，提出节能降耗建议。

1  我国污水处理厂能耗现状

目前，虽然我国已建污水处理厂可以有效去除生活污水中的多种有害物质，在水污染控制、水环境治理上迈出了重要的一步。但是，我国已建污水处理厂能耗较高的行业特点不容忽视。通常情况下，污水处理工艺能耗是指污水处理过程中，在污水污泥的提升、生物处理单元曝气、混合推进、污泥浓缩脱水、污泥回流等环节直接消耗的电能。据统计，污水生物处理和污泥处理单元能耗约占污水处理厂直接能耗的60%-90%。

2  AAO污水处理系统节能运行研究与实践

2.1 AAO工艺能耗分析

根据相关研究可知，要想实现AAO污水处理工艺的节能及高效运行，需要对以下三个耗能单元进行优化：污水泵站、污水生物处理和污泥处理。通过查阅相关资料发现，当前我国大部分AAO污水处理厂设计在污水泵、曝气、回流等运行环节采用定值设置。本项目为PPP项目，根据本项目实施经验发现，多数污水处理厂在厂区建设完毕但官网未建设完毕之前便投入试运行。试运行过程中，随着后续污水管网的施工逐渐完成，进水水量时刻发生变化。在污水管网全部建设完毕后又发现，无论水量还是水质均在时刻变化，恒定的污水泵功率、曝气与回流运行控制与其不相匹配，从而造成能量浪费或出水水质难以达标。由此可知，我们需要研究出一种运行控制技术，来应对动态水量、水质变化，从而使曝气量、回流量与水量、水质实时匹配。综合分析荆门竹皮河各污水处理厂运行特征，并与国内类似污水处理厂进行对比，可以发现不同污水处理厂从节能的机制上可以概括为三大类，一是优化设备及其运行管理以达到节能目的;二是深入研究污水处理过程的反应机理，开发节能工艺;三是污水处理系统优化及开源节能运行。本文将通过第一个论点对AAO污水处理系统的节能运行阐述。

2.2 设备选型对AAO工艺节能降耗的影响

通过对荆门竹皮河7个污水处理厂进行对比、研究发现，各污水处理厂污水提升泵选型设计时，主要考虑因素为最大扬程、最大流量等最不利因素的情况。由此选择出来水泵的设计参数导致不少水泵扬程偏高，运行时偏离设计扬程，常常运行在低扬程、大流量、低效区。这种水泵不仅浪费电能，而且极易导致电机过热。为了使水泵始终运行在高效区，达到节能目，以下几种方法切实可行：使用变频器控制的水泵、根据流量及集水池水位变化控制泵机的转速。另外，经研究，子陵污水处理厂设计时存在蓄水水位较低，无法淹没水泵的情况。经过研究计算，并与参建各方协商，最终达成一致：提高泵前水位。该举措降低了泵送污水过程的能耗，大幅减少泵的开合次数。通过计算，通过利用前端管网的蓄水能力，可使得污水在泵送过程中的能耗降低20%。

3  自动控制技术对AAO工艺节能降耗的影响

为了保证良好的出水水质，实现达标排放，降低能耗，获得良好的经济效益和环境效益，各污水处理厂AAO生化物化一体化池加入自动控制。后续研究结果表明，加入自动控制技术后具有以下三方面优点。第一，根据生物池内的溶解氧含量来控制相关设备的开启台数，通过调节送风量等参数，更加智能的对AAO生化物化一体化池的充氧进行控制管理;第二，将曝气池中的溶解氧浓度列入自动控制系统，通过增加PLC控制系统等方式，可节省气量10%;第三，保障生物除磷、脱氮的效果：可通过厌氧段以及缺氧段的氧化还原电位值和污泥浓度来达到对污泥回流量的控制，从而确保污泥反硝化和磷的释放效果达到预期。

为了实现整个过滤及反冲洗过程的自动控制，除了需要对水泵、鼓风机、阀门等设备进行监测，还需要设置适当的在线检测仪表，从而达到对相关工艺参数的控制目的。搅拌器、电动空气调节蝶阀、水下推进器、循环水泵、鼓风机房曝气鼓风机都是常用的自控接口。通过采用先进的通讯技术及自动控制技术、采用合理的检测仪表以及采集合适的监控信息，达到使AAO生物池经济、高效地运行的目的。通过加入PLC自动控制系统，不但可以保证出水水质达标，而且可以减少劳动强度、避免人工控制的随意性，从而达到节能降耗的目的。

4  除臭设备的选型

根据荆门7座污水处理厂中团林污水处理厂施工蓝图及项目公司提供的相关数据可知，团林污水处理厂除臭气量为12000m3/h。目前，污水处理厂常用的除臭技术主要有生物法、离子法、吸附法、化学法和掩蔽法等。根据相关参数，结合类似项目经验，结合团林污水处理厂现场实际情况，设定收集后气体平均浓度设计参数见表1。

根据葛洲坝水务（荆门）有限公司及政府相关部门的要求，团林污水处理厂治理后排放气体达到《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）二级厂界标准，污水泵站内臭气消除，周围环境明显改善。

①新鲜空气过滤段。

离子除臭箱体在进口处安装过滤材料，过滤材料采用过滤效率高、压力损失低、外型尺寸较小并可拆洗和重复利用的优质产品。过滤材料的压力损失小于5mmH2O，可以减少整个系统的能耗及噪声。

②氧离子发生段。

氧离子发生段由BENTAX离子管及控制模块等组成。离子发生装置产生高浓度的离子，与经过空气过滤器清除空气中的微小灰尘颗粒后的洁净空气混合，转变成离子风，输送到除臭箱中。

离子发生器（包含离子管）：本项目所用离子发生器对人体及空气均无不良影响，且具有良好调控性能，并保证设备先进、优质、耐用。设备和材料不仅适应间歇运行模式，而且适用于长期每天24小时连续运行模式。在系统正常运行的情况下，不必设专职人员。本项目采用的除臭设备具有能耗低以及安装维护简易方便等优点。同时为减少风阻及安装体积，离子发生器上的离子管安装方式为卧式安装。本项目采用的除臭设备所有易损件或材料在保证连续正常运转的使用前提条件下，使用寿命不低于20000小时，主体设备的使用寿命可达到至少15年。为了保证除臭效果及离子发生器的使用寿命，离子发生器单独安装，保证不与臭气直接接触。

③除臭箱段。

离子除臭箱体采用AISI304不锈钢制作，可以保证箱体足够的强度和刚度。离子除臭箱体进出风口留有法兰接口，以便与风管连接。

离子除臭设备箱体可以安装于室外或室外，设备整体采用具有环保、防火、防水、防腐蚀、防锈等功能的材料制作，并保证厚度满足强度要求。

4.2 收集系统及风机

按照主管风速8～10m/s，次主管风速6～8m/s，支管风速4～6m/s的原则，根据各设备的臭气量，选择合适管径的抽气支管插入各设备;在密封罩盖收集支管上设置风量调节阀，用于调节各设备的收集风量;各路支管汇入收集主管，连接至除臭装置。由于臭气具有腐蚀性，收集风管全部选用玻璃钢风管，其优点如下：耐腐蚀性能好，轻质高强，电性能好，热性能良好，可设计性好，工艺性优良。

离子外排处理箱体中，风机安装在离子除臭设备的后端位置。本项目所用风机选型为不锈钢离心低噪声风机，装有隔振垫的基础框架及进出口补偿器，适应腐蚀性空气条件下的长24小时连续运行。性能可满足如下条件：在20℃、湿度为65%的条件下，总绝对效率大于等于60%;设备轴与壳体贯通处，密封性良好，不存在漏气等情况;本项目设置了防振垫，隔振效率不小于80%;在最大抽气量的条件下，风压具有高于系统压力损失10%的余量;在快速运转条件下，本项目气体流量具有可调特性，调节范围为100%～45%;包括电动机在内，本设备噪音低于80dB（A），叶轮的动平衡精度大于等于G2.5级，且满足24小时连续运转;本项目采用的除臭设备防护等级为IP55，电源为380V/3Ph/50Hz，绝缘等级为F级，B级温升。

4.3 控制系統

本项目除臭设备控制装置包括PLC、断路器、继电器、变频器等，保证系统全自动运行。

控制主机具有手动/自动模式，可控制除臭设备和风机。根据现场除臭空间特定臭气分子的变化情况，使用控制装置来调节离子发生装置的离子产生浓度，通过送风量以及状态显示、远方自控系统开停控制等方式，来确保输送运行状态、故障状态信号传达到中央自控系统，从而进行自动控制。控制装置箱体外壳为不锈钢材质，柜体留有吊眼，顶端、底端有接入口。除臭设备的控制柜留有与污水泵站自动化控制系统的接口，可发送与接受自动控制系统的信号。所有开关和装置灯均进行防水和防腐处理，设备安装示意图如图3。

5  节能降耗的展望

污水处理厂的节能降耗是实现污水处理可持续发展的重要途径之一，虽然目前污水处理技术依旧面临大量现实的技术和理论挑战，但是我们有信心在污水处理厂升级改造过程中，通过理论与实际相结合，在原有的污水处理技术上进行逐步改进。节能降耗绿色环保的要求的提出，督促着我们要充分利用合研究原有构筑物及污水处理工艺，通过合理选择设备参数，进行自动控制系统优化、提高科学化管理水平等方式，实现污水处理系统的实时、灵活、高效运行。

参考文献：

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