【摘 要】 污水處理廠在防治水污染上發(fā)揮著不可替代的作用，但污水處理廠也是資源密集型產(chǎn)業(yè)，在一定程度上影響了污水處理的有效性，因此，實(shí)現(xiàn)污水處理廠節(jié)能減排就顯得意義重大。本文分析了當(dāng)前污水處理廠的耗能情況，并從節(jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)行節(jié)能兩方面對(duì)污水處理廠節(jié)能減排策略談?wù)勛约旱囊恍┱J(rèn)識(shí)，以期指導(dǎo)實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能減排 設(shè)計(jì) 曝氣系統(tǒng) 污泥處理 運(yùn)行節(jié)能

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的不斷增加，城市污水的排放也日益增多，水域環(huán)境已受到污染，污水處理廠的建設(shè)對(duì)于防治城市水污染具有重要意義。污水處理是一種高能耗的產(chǎn)業(yè)，高能耗造成污水處理運(yùn)營(yíng)成本高，同時(shí)也加劇了我國(guó)現(xiàn)階段的能源危機(jī)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，對(duì)能源的需求與依賴日益增加。而現(xiàn)行的處理技術(shù)多數(shù)面臨大量資金投入的難題，迫切需要能耗低、生態(tài)型的污水處理技術(shù)。因此，如何降低能耗，實(shí)現(xiàn)污水處理廠節(jié)能減排的目標(biāo)已是行業(yè)亟待解決的問題。

1 污水處理廠的能耗分析

污水處理廠是資源密集型產(chǎn)業(yè)之一，水處理過程消耗的能源主要包括電能和燃料、藥劑等，目前，城市污水處理廠電耗的平均水平為0.29kWh?m-3，82%以上的污水處理廠能耗高于0.440kWh?m-3與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。因此，有效地運(yùn)行污水處理廠，實(shí)現(xiàn)污水處理的節(jié)能減排是行業(yè)迫切需要解決的問題。

2 污水處理廠的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 工藝的選擇

當(dāng)前，污水處理廠常用的幾種生物處理工藝比較見表1。

污水處理廠設(shè)計(jì)時(shí)在考慮不同工藝各自特點(diǎn)的同時(shí)，要結(jié)合項(xiàng)目所在地氣溫、地形、電價(jià)、征地費(fèi)用及項(xiàng)目自身的規(guī)模、原水水質(zhì)情況、出水達(dá)標(biāo)要求、污泥處置情況等進(jìn)行綜合考慮，選取技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上合算、易于管理、運(yùn)行可靠，且有利于近、遠(yuǎn)期結(jié)合的工藝方案，使能耗最低。

2.2 進(jìn)水提升泵的設(shè)計(jì)

作為預(yù)處理系統(tǒng)中重要的一環(huán)，污水提升泵的目的是提高污水水位，保證污水以重力流流過后續(xù)各個(gè)構(gòu)筑物+提升泵作為污水廠能耗的重點(diǎn)部位，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用地形或自然坡度，合理設(shè)置進(jìn)水管底標(biāo)高，同時(shí)結(jié)合處理構(gòu)筑物高程布置的需要，合理計(jì)算水頭損失，減少水泵的揚(yáng)程。對(duì)已投入運(yùn)行的污水廠，應(yīng)通過加強(qiáng)管理進(jìn)行節(jié)能。

降低提升泵揚(yáng)程可采取以下措施：①總體平面布置要流線清楚，布置緊湊。連接管路要短而直，盡量減少?gòu)澒芎瓦B接管長(zhǎng)度，避免處理構(gòu)筑物之間因跌水等造成水頭損失。②改非淹沒堰為淹沒堰，落差可由30～60cm減少到幾厘米。③初沉池和二沉池考慮采用平流式，曝氣池采用廊道式的推流式，在條件允許豹情況下將初沉池、曝氣池和二沉池采取直接串聯(lián)，取消配水井，降低水頭損失。

2.3 曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于鼓風(fēng)機(jī)的能耗較大，因此選擇高效合理的曝氣系統(tǒng)非常重要。一般來說，鼓風(fēng)機(jī)能耗與原水水質(zhì)關(guān)系密切，曝氣管的布置方式、鼓風(fēng)機(jī)的效率和曝氣控制系統(tǒng)對(duì)曝氣系統(tǒng)的能耗也影響重大。曝氣頭的布置方式不僅影響曝氣效果和處理效果，而且對(duì)曝氣系統(tǒng)的能耗也影響較大。

曝氣頭采用在池子進(jìn)水端布置較密。出水端相對(duì)較稀呈遞減分布的布置方式，可使整個(gè)曝氣池內(nèi)溶解氧均勻，提高處理效率，節(jié)約能源。

傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中穿孔曝氣動(dòng)力效率較低，只有1.0kg/（kW?h）02，遠(yuǎn)低于微孔曝氣效率3.4ks/（kW?h）02。機(jī)械曝氣在氧化溝工藝中大多采用轉(zhuǎn)刷和倒傘式曝氣器，其性能優(yōu)于穿孔管曝氣，且無需修建鼓風(fēng)機(jī)房和設(shè)置大量布?xì)夤艿篮推贇馄黝^，但曝氣效率仍低于微孔瀑氣，因此在設(shè)計(jì)中要綜合考慮，采用合適的曝氣系統(tǒng)。

2.4 污泥處理和處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

污泥處理系統(tǒng)包括污泥的脫水和污泥的穩(wěn)定。目前，污泥脫水設(shè)備有真空過濾器、板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)。其中，前兩者需要投加無機(jī)混凝劑，通常為鐵鹽、石灰或鋁鹽；后兩者主要用有機(jī)高分子絮凝劑。真空過濾機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、脫水泥餅性狀好、管理方便，但耗電量大；板框壓濾機(jī)間歇工作，操作簡(jiǎn)單，泥餅量最少，但生產(chǎn)率低；離心機(jī)適用于難脫水的污泥，不散發(fā)臭氣，但出于轉(zhuǎn)速高，設(shè)備磨損大；帶式壓濾機(jī)生產(chǎn)率高，運(yùn)行穩(wěn)定，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電最低。因此，脫水設(shè)備應(yīng)綜合考慮污泥處置方法、污泥性質(zhì)、處理廠規(guī)模等，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.5 其他節(jié)能設(shè)計(jì)

污水處理廠設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目所在城市遠(yuǎn)期發(fā)展情況，合理確定分期建設(shè)與實(shí)施措施，確定適宜的建設(shè)規(guī)模，避免污水處理廠建成后因管網(wǎng)不配套，或由于設(shè)計(jì)量過大導(dǎo)致污水廠長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行。此外，還要優(yōu)化布置構(gòu)筑物間的連接管渠，避免過多的水頭跌落與預(yù)留，以免造成不必要的能量浪費(fèi)。

3 污水處理廠的運(yùn)行節(jié)能

3.1 進(jìn)水提升泵的調(diào)節(jié)

污水廠進(jìn)水流量往往隨時(shí)間、季節(jié)波動(dòng)，特別是國(guó)內(nèi)許多城市采用合流制管網(wǎng)系統(tǒng)，徑流變化系數(shù)較大，造成水泵的運(yùn)行效率較低，特別是對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的污水處理廠，大量高能耗的老式水泵增加了污水廠的單位能耗。

針對(duì)這些情況，在日常運(yùn)行中應(yīng)按污水提升泵的大小進(jìn)行泵梯級(jí)搭配，使泵站的出水量接近實(shí)際來水量，使提升泵在高水位啟動(dòng)以保證其在正常水位內(nèi)高效運(yùn)行。由于每天三餐前后時(shí)間的進(jìn)水量較大，可采用變頻調(diào)速技術(shù)，使水泵在井中達(dá)到最高水位時(shí)才啟動(dòng)，在保證水泵高效運(yùn)行的同時(shí)，避免了電機(jī)頻繁啟停造成的損害，增加了電機(jī)的使用壽命。另外，電機(jī)損壞時(shí)，可考慮更換高效節(jié)能電機(jī)，其較小功率就可達(dá)到同樣的輸水量，在結(jié)合投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的基礎(chǔ)上充分考慮，最終達(dá)到節(jié)能目的。對(duì)于提升泵，在日常運(yùn)行中也可以采取調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能，常用的方法有2種：①機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。主要指水量出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)關(guān)閉或開啟出水閘，這樣雖然會(huì)增大水頭損失，但因N―Q曲線為上升曲線，具有一定的節(jié)能作用。②運(yùn)行方式調(diào)節(jié)。采用增減提升泵的臺(tái)數(shù)，通過縮短運(yùn)行時(shí)間達(dá)到節(jié)能目的，但對(duì)于大型水泵，因其啟動(dòng)電流很大，所以應(yīng)盡量避免頻繁啟動(dòng)。

3.2 曝氣系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行

在日常運(yùn)行過程中，由于進(jìn)水水質(zhì)和水量不斷變化，曝氣池中的需氧量也隨之變化。理想狀態(tài)下水中溶解氧應(yīng)為1～2mg/L，因此可以根據(jù)曝氣池中溶解氧的變化調(diào)整風(fēng)機(jī)功率。

此外，根據(jù)波峰、波谷時(shí)段的不同電價(jià)和生產(chǎn)需要調(diào)整曝氣，在夜間波谷階段適當(dāng)加大曝氣量，在用電高峰期間適當(dāng)減少曝氣量。

3.3 污泥的處理和處置節(jié)能運(yùn)行

在污泥濃縮過程中，污泥脫水泥餅質(zhì)量的好壞和絮凝劑投加量有密切聯(lián)系。若藥劑投加量小，則絮凝效果差，泥餅含水率高、體積大，增加了運(yùn)輸費(fèi)用；絮凝劑投加量過多，不僅影響壓濾機(jī)的正常運(yùn)行，也會(huì)增加處理成本。因此在日常運(yùn)行中，要合理控制絮凝劑投加量，減少藥劑消耗。

3.4 藥劑消耗

盡管藥劑消耗占污水處理廠能耗不到10%，但是在除磷、污泥調(diào)理和污泥消毒階段還是存在一定的節(jié)能空間。城市污水處理廠除磷的方式主要有化學(xué)除磷和生物除磷。生物除磷無需投加藥劑，產(chǎn)生污泥量少，但在厭氧釋磷階段需要保證嚴(yán)格的厭氧條件，工藝較復(fù)雜。因此，完善生物除磷工藝，不僅能達(dá)到較好的除磷效果，去除藥耗，還能減少污泥量，降低后續(xù)污泥處理的能耗。

3.5 其他運(yùn)行節(jié)能

對(duì)員工加強(qiáng)培訓(xùn)，提高技能，使員工了解全廠工藝流程及運(yùn)行現(xiàn)狀，熟悉掌握管轄范圍內(nèi)的各種構(gòu)筑物及設(shè)施的工藝性能、技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)，同時(shí)加強(qiáng)節(jié)能意識(shí)教育，經(jīng)常巡視，對(duì)設(shè)備積極維護(hù)保養(yǎng)，減少設(shè)備檢修頻率，使各種設(shè)備經(jīng)常處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，從而降低運(yùn)行能耗。

4 節(jié)能降耗管理

（1）節(jié)能降耗分析。通過分析城市污水處理廠各個(gè)處理階段的能耗情況，明確不同處理單元對(duì)能量的需求，確定與污水處理廠能耗密切相關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)，分析各控制環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗潛力。

（2）建立統(tǒng)一能耗評(píng)估指標(biāo)。建立具有明確的邊界界定、統(tǒng)一能耗審計(jì)和評(píng)估的指標(biāo)，建立基于不同污水處理工藝、不同工程規(guī)模等條件下的污水處理系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映各部分的能耗水平，便于進(jìn)行工藝間的橫向比較，建立污水處理廠不同單元的能耗評(píng)估指標(biāo)。

（3）建立節(jié)能降耗目標(biāo)。深入的能耗分析、節(jié)能潛力的識(shí)別以及能耗管理水平的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠運(yùn)行的精確控制，完成節(jié)能降耗的目標(biāo)。

5 結(jié)語

總之，污水處理行業(yè)是能源密集型的行業(yè)，能否實(shí)現(xiàn)污水處理廠節(jié)能減排的目標(biāo)，已經(jīng)成為決定污水處理廠運(yùn)行效益好壞的關(guān)鍵因素。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，污水處理廠應(yīng)結(jié)合工藝和設(shè)備的不同，在保證水質(zhì)的前提下，盡量降低運(yùn)行成本。同時(shí)要大膽運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的優(yōu)化運(yùn)行，加強(qiáng)管理，實(shí)現(xiàn)污水的資源化和再利用，這樣才能逐漸向高效低耗的方向發(fā)展，這對(duì)污水處理企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

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