浅析我国城镇污水处理厂的节能降耗措施

【摘要】随着城市污水处理厂不断建成与使用，减轻了环境压力，但一些污水处理厂运行过程中暴露出来高能耗、异常工况频繁等的问题。通过分析污水处理全过程中能耗组成，针对各个阶段分别提出节能降耗的有效途径。通过设计、改进工艺、设备、运行管理等措施。综合分析，城市污水处理厂存在较大的节能降耗空间，对污水厂各处理单元节能降耗优化运行方法进行了初步探讨。

【关键词】污水处理厂；能耗；节能降耗；优化运行

1、城镇污水处理厂能耗组成

城镇污水处理厂的能量是推动各生物反应池及污水处理厂正常运转的必要条件，其能量消耗大体可以分为两类，即直接能耗和间接能耗。直接能耗包括污水提升泵、曝气系统、机械搅拌、污泥回流泵，污泥脱水等的电耗以及污泥消化投加的热能等； 间接能耗包括絮凝剂、外加碳源、氯气、活性炭等外加耗材生产过程所需的能量。

2、污水厂各处理单元节能降耗优化运行方法探讨

2.1 提升泵房单元节能优化技术探讨

污水提升泵的节能应首先从设计过程着手，考虑进行节能设计，根据管道系统的特性曲线正确科学地选择水泵，让水泵保证在其高效段工作，合理利用地形，减少污水的提升高度来降低水泵轴功率。

其次水泵配套电机的选择也非常重要，选择与水泵负荷相匹配的电机可使电机保持高效运转，虽然高效率电机价格比标准电机价格高15%～25%，但其运行维护费用低，投入运行后该部分投资可以很快回收。因此，在污水处理厂设计或升级改造工程中，可优先选用高效电机。

2.2 生化处理单元节能优化技术探讨

目前我国生化处理单元采用的技术仍然是以A/A/O 脱氮除磷工艺、氧化沟及SBR（ 序批式活性污泥法） 三大工艺为主。处理单元节能降耗主要涉及3个方面： 曝气系统（主要） 、回流系统及药剂投加系统。

A/A/O 脱氮除磷工艺，SBR 工艺基本上都是采用微孔曝气，氧化沟工艺多采用转刷曝气器、倒伞式曝气器等进行机械曝气。

微孔曝气系统所需空气量由风机提供，罗茨鼓风机和TURPO 风机是当前污水处理厂中常用的鼓风机。罗茨风机通过变频器来实现节能，一般为中小型污水处理厂所采用，并且运行时必须采取相应的隔音措施。而TURPO 风机则利用其配套的MCP 控制开关柜，通过在线监测实时数据，结合进水流量情况进行风机导叶开度及开启台数的控制，对曝气量进行控制，避免风量浪费导致能耗过高。另外微孔曝气的曝气装置也是其重要组成部分，该装置材料的选择可提高氧气利用率，例如近年来被我国污水处理厂广泛采用的橡胶膜片式微孔曝气器扩散出的微小气泡直径为1.5～3.0 mm，具有较高的氧利用率和动力效率，逐步淘汰了陶粒、刚玉和粗瓷等材料制成的曝气装置。

机械曝气可分为转刷（碟） 和倒伞式曝气器两种。对于倒伞式曝气器来说，由于安装的设备数量较少，因此一般给其中1～2 台设备安装变频器来实现变负荷的节能运行。对于深沟式氧化沟采用转刷（碟） 曝气时，会相应配套推进器作为混合推流主要设备，推流设备一般耗能较低，因此水下推流设备不进行控制，保持常开； 而转刷（ 碟） 则采用时序控制方式进行控制，通过控制开启台数及调整空间布置位置，以适应污水进水负荷的变化，从而实现节能优化运行。

对于A/A/O、氧化沟及SBR 工艺，曝气量的控制决定着整个系统的污水处理效果和污水处理厂的能耗水平。曝气量小会直接影响出水水质，曝气量大则会造成大量能耗，同时大量气体会打碎污泥絮体影响出水水质。目前大部分污水处理厂运行时只有当出水水质超标时才会改变曝气量，只要出水水质达到排放标准就维持曝气量恒定。当污水厂进水负荷变化时，出水指标就会产生较大波动。因为当进水负荷偏低时，会造成气量浪费，所以按需曝气将逐渐成为主要发展方向。

2.3 污泥脱水单元节能优化运行技术探讨

污泥脱水单元节能优化主要涉及脱水机类型选择、药剂的投加量等。污泥脱水机类型大致分为板框式污泥脱水机、带式污泥脱水机、离心式污泥脱水机和叠氏污泥脱水机。带式污泥脱水机受污泥负荷波动的影响小，具有出泥含水率较低且工作稳定启动能耗少等优点，但由于其存在运行环境条件较差、维护工作量大等方面的问题增加了基建费用，因而较少采用。板框式污泥脱水机与其他类型脱水机相比，污泥饼含固率最高，可高达35%，但其占地面积较大，间断式运行，效率低下，运行环境较差，存在二次污染。因此不少大型污水处理厂在污泥处理设备选型上还是更偏向于选择离心脱水机。

一些采用氧化沟工艺的污水处理厂会考虑适当延长污泥龄，减少排泥量并提高污泥中的灰分含量，这在一定程度上提高了进入污泥井的含固率，并通过合理调配二沉池、高效沉淀池排泥时间和排泥量，合理控制污泥浓缩池浓缩时间和进泥浓度等方式，提高离心机运行效率、减少脱水机组运行台数和运行时间，有效地降低能耗。

3、城市污水处理厂节能运行实例

某污水处理厂进行了节能降耗技术改造，达到了一定效果。该污水处理厂总占地面积为14.53 hm2，水厂总设计规模为35×104 m3 /d。设计分两期： 一期采用AB 工艺（其中B 段为MUCT 工艺） ，设计规模为10×104 m3 /d，于1998年投入运行； 二期采用厌氧池/三沟式氧化沟工艺，设计处理规模为25×104 m3 /d，于2001 年投入运行。

该污水处理厂最初考虑了精确曝气控制，但是最终产生的效果较差，因而于2009 年进行了节能改造，改造主要针对能耗较大的生化处理单元。改造内容包括将一期的MUCT 池在线溶解氧信号直接接入主控制柜，通过计算转换为所需风压值，让主控制柜根据实际风压与所需风压差值调整各风机导叶开度，从而实现改良型的压力与溶解氧的双重反馈控制系统，使其供氧电耗由0.066 7 降至0.048 kW·h /m3。二期厌氧池/三沟式氧化沟通过提升水泵的开启台数变化及在线溶解氧仪数值变化间接判断从而调整转刷曝气器开启台数和时间，实现转刷的时序控制。三沟式氧化沟单耗由0.173 9 降至0.158 7 kW·h /m3，达到了较为理想的节能效果。该污水厂实行相应的节能改造措施后电耗有一定下降。

结语

城市污水处理的能耗直接关系到污水处理业与环境、经济的可持续发展，因而污水处理能耗与效率的研究具有工程实用性和前瞻性，是一个综合性、可挖掘性的研究课题，然而当前关于这方面的研究还较少。

通过研究城镇污水处理厂的能耗组成、分布比例、耗能特点等可知，城镇污水处理厂节能降耗措施主要从污水提升系统、曝气系统、污泥处理系统等三方面入手，具体涉及泵、曝气设备、推动混合设备和污泥处理设备等主要耗能设备的节能选型和节能改造，优化运行管理措施。

结合我国城市污水处理现状，开展针对全国各种工艺的城市污水处理厂全流程运行能耗评估，并有针对性地开展节能降耗优化改造，将成为今后一个重要的研究方向。

参考文献

[1] 刘礼祥，张金松，施汉昌，等.城市污水厂全流程节能降耗优化运行策略探讨[J].中国给水排水，2009 ，25 （16）：11-15.

[2]高旭，龙腾锐，郭劲松.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报（自然科学版），2002，25（6）：143-148.

[3] 刘惠成.污水处理厂的节能降耗[J].节能与环保，2008，26（ 6）：29-32.

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