污水處理廠氧化溝工藝的節(jié)能優(yōu)化研究

王張毅　奚張劼　朱家全　席宇雷

摘 要：作為能耗密集型行業(yè)，污水處理過程中消耗的藥劑、電能等能源費用約占污水處理廠運營維護成本的60%～80%，高能耗帶來的處理成本增大導(dǎo)致一些污水處理廠的運營難以為繼。而本文對污水處理廠氧化溝工藝的節(jié)能降耗措施進行研究，這對于我國污水處理的發(fā)展目標(biāo)從數(shù)量上的增長向績效上的提高轉(zhuǎn)變具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；氧化溝工藝；節(jié)能降耗

中圖分類號：X7903.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0007-01

1 提升段的節(jié)能優(yōu)化

在城市污水處理廠氧化溝工藝運行能耗中，總能耗的10%～20%為提升段能耗，而筆者認為可以從如下兩個方面來降低其能耗：

首先，高程設(shè)計的優(yōu)化。通常需要根據(jù)給水排水設(shè)計手冊規(guī)范來進行高程設(shè)計，這會使得水頭損失計算不夠先進和合理，設(shè)計值存在偏高的現(xiàn)象（接納水體水位隨季節(jié)變化較大，水體處于最高水位的時段較短，設(shè)計值偏高會導(dǎo)致提升泵揚程的增加，從而造成不必要的能耗浪費）。為此，可以通過構(gòu)筑物間出水方式的合理選擇、構(gòu)筑物間跌水高度的優(yōu)化調(diào)整來降低污水處理提升高度。

其次，提升泵的調(diào)節(jié)。提升泵軸功率與揚程成正比，而根據(jù)水泵葉輪的比例律可知流量與電機轉(zhuǎn)速呈正比，揚程與電機轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此提升泵通過變頻調(diào)速可減少揚程浪費，并且在調(diào)速后水泵高效運行范圍擴大，確保其在流量變化幅度較大的情況下仍能有較高的效率。

2 生化曝氣處理段的節(jié)能優(yōu)化

調(diào)查表明，采用氧化溝工藝的污水處理廠，運行耗能最大的處理單元為生化曝氣段（生化曝氣段能耗所占比例約占總能耗的50%，部分污水處理廠甚至達到90%），因此污水處理廠氧化溝工藝的節(jié)能降耗重點應(yīng)集中在生化曝氣處理段上，具體說來：

第一，根據(jù)污水處理廠采用的具體工藝（如改良型一體化氧化溝、卡魯塞爾氧化溝）和計算出的需氧量大小，設(shè)計時對曝氣方式和曝氣量規(guī)模進行合理確定，在確保出水水質(zhì)達標(biāo)的基礎(chǔ)上對曝氣設(shè)備數(shù)量進行控制，使其曝氣量基本可以滿足滿負荷運行條件下溝內(nèi)的平均需氧量。

第二，污水處理廠氧化溝工藝實際運行過程中，溝內(nèi)溶解氧含量經(jīng)常性過飽和，實際需氧量遠遠小于供氧量，如某污水處理廠采用奧貝爾氧化溝工藝，在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)溝內(nèi)溶解氧含量為6mg/L左右，而實際需氧量只需要2mg/L左右即可，這也是能耗浪費的重要表現(xiàn)。為此筆者認為，運行過程中溝內(nèi)溶解氧的濃度可以通過曝氣設(shè)備運行狀況的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，即根據(jù)溝內(nèi)溶解氧的實際濃度來調(diào)節(jié)曝氣設(shè)備的電機頻率或決定曝氣設(shè)備的開停，從而確保溝內(nèi)溶解氧濃度始終處于適宜狀態(tài)。例如，某污水處理廠采用改良型一體化氧化溝，溝內(nèi)溶解氧含量約為0.1～0.3mg/L，如果高精度溶解氧檢測儀發(fā)現(xiàn)溝內(nèi)溶解氧含量高于0.3mg/L，那么說明池中微生物已不需要更多的溶解氧來代謝有機物，此時可以通過變頻設(shè)備來降低鼓風(fēng)機的輸出頻率；反之，如果高精度溶解氧檢測儀發(fā)現(xiàn)溝內(nèi)溶解氧含量低于0.1mg/L，那么則增加鼓風(fēng)機的鼓風(fēng)量。

第三，根據(jù)影響曝氣過程的因素（包含溶解氧、進出水水量、水質(zhì)、氧化還原電位等水體動力學(xué)因素，天氣、水溫及pH值等外部環(huán)境因素）來構(gòu)建控制模型，從而實現(xiàn)曝氣量的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

3 污泥回流段的節(jié)能優(yōu)化

污泥回流段是污水處理廠氧化溝工藝的重要處理環(huán)節(jié)，其能耗主要集中在回流污泥處理耗能和剩余污泥處理耗能這兩個方面，約占總耗能的10%，而最佳污泥回流比及剩余污泥排放量是該段的關(guān)注焦點。在確保出水水質(zhì)達標(biāo)的基礎(chǔ)上，污泥回流段的節(jié)能優(yōu)化措施主要包含：

（1）通過污泥回流比的控制來降低污泥回流泵的負荷。根據(jù)污泥最低沉降比來確定污泥回流比，在二沉池中活性污泥沉降濃度達到最大時進行回流，這樣既不影響厭氧段釋磷，又有效避免了污泥在二沉池中二次釋磷和反硝化。

（2）通過精簡回流方式來減少污泥回流沿程阻力損失，從而降低污泥回流泵的能耗。污泥回流分為外回流和內(nèi)回流兩種（其中外回流主要指污泥從二沉池回流至氧化溝內(nèi)，內(nèi)回流主要指二沉池之前的回流），在污泥回流系統(tǒng)中，管道彎口處應(yīng)盡量避免直角過渡，通過彎口圓滑度的增加來減少污泥回流沿程阻力損失。

（3）在污水處理廠日常運行過程中，每隔一段時間就會出現(xiàn)泥高峰時段，此時要求回流泵滿負荷運行，而其他時間段回流泵則不必滿負荷運行，因此污泥回流段可以采用兩臺污泥回流泵，一臺變頻一臺定頻，使其可以根據(jù)出泥量大小來靈活運行。

4 結(jié)語

能源危機的加劇使“十二五”期間我國面臨著節(jié)約能源的重任，因此本文在調(diào)研污水處理廠氧化溝工藝各處理段能耗情況的基礎(chǔ)上，針對性提出各處理段的節(jié)能措施，研究結(jié)果具有較高的實用性。

參考文獻

[1]何建軍.奧貝爾氧化溝工藝節(jié)能設(shè)計計算探討[J].山西建筑，2015（15）.

[2]王秋生.污水處理廠節(jié)能降耗生產(chǎn)控制措施探討[J].水處理技術(shù)，2014（11）.