污水處理廠節(jié)能降耗技術(shù)措施和途徑探討

魏全源

（天津市華博水務(wù)有限公司 天津 300011）

污水處理廠節(jié)能降耗技術(shù)措施和途徑探討

魏全源

（天津市華博水務(wù)有限公司 天津 300011）

污水處理廠運(yùn)營(yíng)費(fèi)用主要由能耗、藥耗、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及重置費(fèi)用、污泥外運(yùn)及處置費(fèi)用、管理費(fèi)用和委托檢測(cè)費(fèi)等組成。要實(shí)現(xiàn)污水處理廠運(yùn)行成本的全面控制，就要從以上幾方面深入挖掘節(jié)能降耗潛力，本文主要從可研階段工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、運(yùn)行中節(jié)能減排管理及污泥處置四方面介紹了如何做到全流程控制成本目標(biāo)。

BOT；污水處理廠；節(jié)能降耗；運(yùn)行成本

目前新建污水處理廠多是以BOT模式運(yùn)行，特許經(jīng)營(yíng)期一般都在15～25年，在投資總額、稅收、特許經(jīng)營(yíng)期限、運(yùn)營(yíng)服務(wù)費(fèi)等商務(wù)條件通過(guò)BOT協(xié)議既定的情況下，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用是決定BOT污水處理廠獲取利潤(rùn)的關(guān)鍵影響因素。

1 工藝選擇

設(shè)計(jì)初期在選擇工藝時(shí)，必須考慮工藝的特點(diǎn)、能耗，并結(jié)合工程所在地區(qū)的自然環(huán)境條件、社會(huì)環(huán)境、進(jìn)水水質(zhì)情況、出水水質(zhì)要求等進(jìn)行綜合判斷，且應(yīng)該把握全局，對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行把控，以污水處理全流程節(jié)能降耗為目標(biāo)，以水質(zhì)保證為約束條件，以“全局最優(yōu)、局部適應(yīng)”為原則[1]。

1.1 主體工藝選擇

當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)的污水處理廠采用最普遍的工藝是：傳統(tǒng)活性污泥法、SBR法、AB法、A/O、A2O、氧化溝以及BAF等。楊凌波等人通過(guò)對(duì)二級(jí)處理工藝的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由高到底依次為延時(shí)曝氣、SBR、生物膜、氧化溝、A/O、傳統(tǒng)活性污泥法、A2/O、土地處理和人工濕地、AB法[2]，根據(jù)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，A2/O工藝、氧化溝工藝和SBR工藝在數(shù)量和處理能力方面占全國(guó)80%左右[3]。近年來(lái)，A2O工藝因其較好的脫氮除磷效果而廣泛應(yīng)用于城市污水處理中，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，A2O工藝衍生出多點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)水、多點(diǎn)內(nèi)回流和外回流等改良A2O、倒置A2O，多段AO等多種方式運(yùn)行。

在對(duì)生化池進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)處理構(gòu)筑物進(jìn)行合理分組，以適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，如曝氣池前端在鋪設(shè)曝氣頭的同時(shí)可以安裝攪拌器，在進(jìn)水氨氮值較低時(shí)，可以通過(guò)減少好氧池的體積使硝化反應(yīng)時(shí)間發(fā)生變化，控制硝化程度，使出水氨氮維持在設(shè)定值范圍，避免過(guò)度曝氣造成電耗的浪費(fèi)，這既有利于工藝穩(wěn)定運(yùn)行，也有利于節(jié)能。

1.2 深度處理部分

從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性角度考慮，有機(jī)物（CODCr、BOD5）和氮、磷的達(dá)標(biāo)去除應(yīng)盡量在二級(jí)生物處理工藝單元中完成，特別是TN和NH3-N的去除。深度處理是在二級(jí)強(qiáng)化處理之后，為進(jìn)一步去除有機(jī)物、SS和TP等而采取的物理、化學(xué)或生物處理措施[4]。通常深度處理以過(guò)濾工藝為核心單元、混凝沉淀為強(qiáng)化手段，保證出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

目前應(yīng)用較多的深度處理單位為高效混凝沉淀池（由混凝池+絮凝池+斜管沉淀池組合而成）+過(guò)濾，王立東[4]等人對(duì)江蘇某污水處理廠升級(jí)改造采用的是高效混凝沉淀池+V型濾池工藝；陳貽龍[5]對(duì)昆明市第二污水處理廠升級(jí)改造采用的是微砂循環(huán)高速沉淀+V型濾池；張穎[6]等人對(duì)揚(yáng)州市六圩污水處理廠對(duì)高密度沉淀池+轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾器與活性砂濾池兩種深度處理工藝進(jìn)行比較，若高密度沉淀池運(yùn)行不穩(wěn)定，出水濃度較高，轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾器運(yùn)行效果也會(huì)變差，反沖洗頻率增加，影響過(guò)水速率，誰(shuí)量較大時(shí)易造成溢流，最終建議采用高密度沉淀池與活性砂濾聯(lián)合使用。

2 設(shè)備選擇

在污水處理廠工藝確定后，設(shè)備配置是污水處理廠能否達(dá)到預(yù)期處理效果的關(guān)鍵。在活性污泥處理系統(tǒng)中，污水處理廠能耗成本占污水處理廠運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本的30%～80%[7]。其能耗主要集中在提升系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)（包括曝氣和攪拌）、污水回流系統(tǒng)等方面，因此在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)該重點(diǎn)考慮這幾方面的節(jié)能措施。

2.1 水泵部分

污水處理廠水泵是必不可少的設(shè)備之一，提升部分、外回流和內(nèi)回流均需要配置一定數(shù)量水泵，除可以選擇大小泵匹配配置外，同型設(shè)備中選擇安裝一定數(shù)量的變頻器應(yīng)用較多，對(duì)于初期處理負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)要求和有機(jī)負(fù)荷變化比較大的污水處理廠尤其重要。從工藝參數(shù)的控制上，變頻泵的使用可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的設(shè)定如外回流比、內(nèi)回流比與進(jìn)水負(fù)荷匹配，不但增加了工藝調(diào)整的靈活性，而且能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。某廠總計(jì)采用36臺(tái)變頻泵，節(jié)能40%，全廠電耗節(jié)約6.3%，全年節(jié)省500萬(wàn)元。國(guó)內(nèi)的工程實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，使用變頻調(diào)速設(shè)備可使水泵平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%以上，綜合節(jié)能效率可達(dá)20%～40%。與采用擋板、閥門(mén)調(diào)節(jié)流量相比，可節(jié)能40%～60%[7]。

2.2 鼓風(fēng)曝氣部分

生化處理單元主要由曝氣系統(tǒng)和其他機(jī)械系統(tǒng)如攪拌、回流污泥和二沉池設(shè)備等組成，是污水處理廠的核心部分，其能耗占全廠能耗的50%～70%[8]，因此曝氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗對(duì)整個(gè)水廠的成本影響較大。

曝氣系統(tǒng)總體上可分為鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣兩大類(lèi)，機(jī)械曝氣在氧化溝工藝中采用較多，相對(duì)能耗較高，鼓風(fēng)曝氣中空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)是近幾年來(lái)興起的一種新型離心鼓風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有高效、節(jié)能、低噪音、運(yùn)行可靠和長(zhǎng)期無(wú)需維修保養(yǎng)的特點(diǎn)，無(wú)喘振問(wèn)題，且維護(hù)量小，最重要的是風(fēng)量可調(diào)范圍比較大，調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍為40%～100%，隨著風(fēng)量下降，效率降低較少，特別適用于負(fù)荷逐級(jí)提升的污水處理廠，大大降低了鼓風(fēng)曝氣在污水處理噸水成本中的比重。采用空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)較單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)節(jié)省約12%，較羅茨風(fēng)機(jī)節(jié)省31%[9]。

2.3 曝氣頭選擇

擴(kuò)散曝氣系統(tǒng)是目前使用最為普遍的充氧方式，曝氣設(shè)備的充氧能力取決于多個(gè)因素，包括曝氣頭類(lèi)型、池體形狀、擴(kuò)散器安裝深度、水溫、環(huán)境大氣壓、曝氣器設(shè)計(jì)以及污水的特征等。在曝氣頭的選擇時(shí)應(yīng)考慮選擇氧利用率高且維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低的曝氣頭，目前采用的橡膠膜片式微孔曝氣頭，與傳統(tǒng)曝氣器相比，已經(jīng)有很大程度改進(jìn)，具有氣泡直徑小，布?xì)饩鶆?，氧利用率高、能耗低、?dòng)力效率高等優(yōu)點(diǎn)，與止回水膜片的應(yīng)用，防止了普通曝氣器易堵塞易破裂的弊病，從而大大延長(zhǎng)了壽命。

3 運(yùn)行管理方面

加強(qiáng)日常管理，可以為污水處理廠節(jié)能降耗提供科學(xué)化的運(yùn)行方式，根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)調(diào)整生化池核心工藝運(yùn)行模式及運(yùn)行參數(shù)，日常運(yùn)行中如負(fù)荷變化較大，及時(shí)調(diào)整水泵頻率及相應(yīng)回流比例，保證水泵在高液位及高頻率狀態(tài)下運(yùn)行，及時(shí)調(diào)整曝氣

量，避免過(guò)度曝氣造成能源浪費(fèi)，及時(shí)調(diào)整消毒藥劑及混凝藥劑的投加量；采取錯(cuò)峰運(yùn)行，降低峰值負(fù)荷；制定設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及大修計(jì)劃，并嚴(yán)格執(zhí)行，保證設(shè)備完好率及設(shè)備工作效率；節(jié)能降耗措施的真正落實(shí)還需要一線員工的日常規(guī)范操作及意識(shí)，因此制定完善的考核激勵(lì)機(jī)制是非常必要的，賞罰分明，調(diào)動(dòng)員工積極性，實(shí)現(xiàn)企業(yè)和員工雙贏。

4 污泥處理方式

全球污水處理行業(yè)正面臨日益嚴(yán)峻的來(lái)自污泥處理及管理方面的挑戰(zhàn)。污水處理廠的污泥問(wèn)題是每個(gè)污水處理廠必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用中，除了脫水過(guò)程中的電耗、藥耗，脫水后的污泥處置費(fèi)用也占了很大的比重，除了研究如何在工藝運(yùn)行方式上實(shí)現(xiàn)污泥減量化外，還應(yīng)改進(jìn)現(xiàn)有污泥脫水工藝及設(shè)備，以期進(jìn)一步降低污泥含水率，以達(dá)到減容目的，減少后續(xù)處理壓力。在污泥最終處置上，目前對(duì)中小型污水處理廠，往往要運(yùn)至污泥填埋廠集中填埋，因?yàn)殚L(zhǎng)距離運(yùn)輸產(chǎn)生額外的運(yùn)費(fèi)和處置費(fèi)用。目前從污泥中回收資源的技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)，應(yīng)該積極研究并探索出污泥最終處置方式，盡量做到因地制宜，真正做到污泥資源化利用，減少中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的額外費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

污水處理廠的運(yùn)行成本受多方面因素影響，真正做到節(jié)能降耗需要從設(shè)計(jì)初期工藝選擇、設(shè)備選型、污泥處理及處置方式等方面多加考慮，為節(jié)能降耗的開(kāi)展奠定硬件基礎(chǔ)，工藝運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)本廠水量、水質(zhì)等實(shí)際情況，制定可行的節(jié)能降耗措施及相應(yīng)的獎(jiǎng)懲制度，做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)及大修計(jì)劃，并采取相應(yīng)措施保證嚴(yán)格落實(shí)到位，做到全面控制，嚴(yán)格管理以最大可能實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本，才能為企業(yè)贏得最大的利潤(rùn)。

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魏全源（1982—），女，天津，碩士研究生，污水處理廠運(yùn)行與管理。