城市污水處理廠的節(jié)能設(shè)計(jì)的探析

肖俊

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程加快，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模也在增大，污水處理廠的能耗情況越來(lái)越嚴(yán)峻，一些污水處理設(shè)施由于能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高，經(jīng)常處于閑置和半停產(chǎn)狀態(tài)。若污水處理設(shè)施不能正常運(yùn)行，將造成大量污水直接排放，使環(huán)境遭到污染。因此，實(shí)行節(jié)能減排是污水處理設(shè)施順利運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要舉措。筆者針對(duì)城市污水處理廠能耗較大的部分進(jìn)行了節(jié)能方面的探討。

關(guān)鍵詞：污水處理；環(huán)保

1、城市污水處理廠的能耗分析

目前，城市污水處理廠大多采用以生物處理工藝為主體的二級(jí)或三級(jí)處理，通常包括預(yù)處理、生化處理和污泥的處理處置3部分.污水處理廠的能源消耗包括電、燃料及藥劑等方面的消耗.國(guó)內(nèi)外眾多污水廠能耗分析表明，污水提升泵、曝氣系統(tǒng)和污泥加熱設(shè)備是主要的能耗設(shè)備.對(duì)于一般的二級(jí)處理工藝而言，提升泵的耗電量占全廠用電的10%一20%，曝氣系統(tǒng)占50%一70%，污泥處置（消化、脫水）占10%一25%，三者的能耗總和占直接能耗的70%以上.因此污水處理廠的節(jié)能重點(diǎn)在于提高提升泵、曝氣系統(tǒng)和污泥處理的用電效率，減少能耗。

2.城市污水處理廠節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性

能源是人們保證生活的基礎(chǔ)，有了能源，人們才可以有衣食住行，生活中的每一件事都離不開(kāi)能源。而環(huán)境則是人們維持生活的必須元素。能源和環(huán)境是密切相關(guān)的，有了節(jié)能，才可以保護(hù)環(huán)境，生產(chǎn)工人算過(guò)一筆賬：節(jié)約一度電相當(dāng)于節(jié)約0.4k標(biāo)煤，4L凈水，減少0.272kg碳粉塵，0.03kg二氧化碳，0.997kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物的排放。我國(guó)13億人口，平均每人每天節(jié)約一度電，一年下來(lái)可以節(jié)約2億多噸原煤，削減煤炭燃燒對(duì)空氣污染的總量的10%以上。城市的可持續(xù)發(fā)展始終與能源的保障息息相關(guān)，錢易院士比較早地提出了清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，這里面主要提到了概念的問(wèn)題，其中在不同的場(chǎng)合提到了國(guó)外的可持續(xù)發(fā)展的污水處理模式，還介紹了可持續(xù)生物除磷脫氮工藝。

3、節(jié)能降耗措施

關(guān)于污水處理廠節(jié)能降耗的措施很多，主要可以從優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及管路設(shè)計(jì)，設(shè)備選型，加強(qiáng)日常運(yùn)行管理等方面入手。

3.1靠?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型污水處理廠

3.1.1污水處理廠工藝的選擇

污水處理工藝的選擇是污水處理廠設(shè)計(jì)的核心，也是決定污水處理廠能耗高低的關(guān)鍵因素。對(duì)于城市污水處理廠，因?yàn)閺U水可生化性通常比較好，基于運(yùn)行費(fèi)用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針對(duì)不同的進(jìn)水水質(zhì)和處理程度要求，以及處理廠可用地的限制，除了傳統(tǒng)的曝氣池工藝外，可供選擇的工藝很多。如氧化溝工藝：設(shè)備簡(jiǎn)單、易管理，無(wú)需二沉池，20世紀(jì)90年代中后期比較流行，但曝氣設(shè)備能耗較傳統(tǒng)曝氣池工藝高；SBR工藝：節(jié)省占地，自控程度高，易于模塊式擴(kuò)建，但設(shè)備閑置率高；隨著污水回用要求的提出，MBR工藝逐漸得到推廣，出水水質(zhì)優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)備維護(hù)費(fèi)用及能耗較高。在老污水處理廠的升級(jí)改造中，懸浮填料工藝也常有應(yīng)用。不同的處理工藝對(duì)污水處理廠的運(yùn)行與節(jié)能尤為關(guān)鍵。

3.1.2總圖設(shè)計(jì)

污水處理廠進(jìn)水管高程和最終尾水排放水體的水位通常是由規(guī)劃給定的，在污水處理廠設(shè)計(jì)過(guò)程中不能更改。為降低無(wú)事會(huì)會(huì)提升高程，應(yīng)在進(jìn)行水力高程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮盡量將污水處理構(gòu)筑物布置在地勢(shì)較低和臨近排放水體處，設(shè)計(jì)時(shí)以排放點(diǎn)水位高程為基準(zhǔn)，最終排放構(gòu)筑物內(nèi)的水面高程只要能滿足排放需要即可。同時(shí)應(yīng)設(shè)法減少工藝管線內(nèi)的水頭損失。總圖布置應(yīng)緊湊、順暢，盡量縮短管道輸送長(zhǎng)度，減少管道的轉(zhuǎn)折、迂回。構(gòu)筑物間盡量采用渠道連接。同時(shí)盡量減少跌水。在進(jìn)行水頭損失計(jì)算時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇合理的安全余量。

城市污水處理廠的日處理規(guī)模基本都在萬(wàn)m3/d以上，如果能減少1m提升高度，每天可以節(jié)電幾萬(wàn)kW·h，是相當(dāng)可觀的。

3.2靠選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型污水處理廠

污水處理廠的主要耗能設(shè)備是污水提升泵、污泥加熱沒(méi)備和曝氣系統(tǒng)。三者用電量相加，高達(dá)總用電量的70%以上。所以，對(duì)污水處理廠進(jìn)行節(jié)能降耗，重點(diǎn)在于降低污水提升泵、污泥處理設(shè)備以及曝氣系統(tǒng)的用電率，借此實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

3.2.1污水提升泵的組成設(shè)施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、內(nèi)回流泵和出水提升泵。水泵的有效功率為N=-RQH，當(dāng)R，Q一定時(shí)，N和H成正比，由此看出，降低水泵的揚(yáng)程可以節(jié)能降耗。具體通過(guò)降低水泵揚(yáng)程進(jìn)行節(jié)能降耗的辦法有：（1）根據(jù)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模的工程量明確提水泵的類型和數(shù)量，而且質(zhì)量上要選擇流量和揚(yáng)程都要達(dá)到安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的。（2）科學(xué)設(shè)置液位控制。由于提水泵的耗電量與其揚(yáng)程是成正比的，也就是說(shuō)，揚(yáng)程高，耗電量也大。因此科學(xué)合理地設(shè)置液位，盡可能利用高水位，就能減揚(yáng)程，實(shí)現(xiàn)泵站節(jié)能。

3.2.2在出水處理的設(shè)備中，曝氣池是廠區(qū)內(nèi)最大的耗能物，要在此環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，關(guān)鍵要選用氧轉(zhuǎn)移率相對(duì)較高的曝氣裝置。進(jìn)口的硅橡膠管膜式微孔曝氣器長(zhǎng)度為750mm，出氣量為8m'/～m.h），氧利用率為23%，輸氧動(dòng)力效率2.5=3.5kg/（kWh）。與傳統(tǒng)曝氣器比較，這種新型的曝氣器具備氧利用率高、布?xì)饩鶆颉?dòng)力效率高以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，能夠極大地降低了耗。

3.2.3傳統(tǒng)的多級(jí)低速離心鼓風(fēng)機(jī)效率大概在60%，而進(jìn)口的單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)效率大都在80%以上，由此看來(lái)，選用進(jìn)口單級(jí)的高速離心鼓風(fēng)機(jī)要比傳統(tǒng)的多級(jí)低速離心鼓風(fēng)機(jī)更節(jié)能。而且進(jìn)口的單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)可以根據(jù)好氧池中混合液溶解氧濃度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)日導(dǎo)向葉片角度，從而改變出風(fēng)量的大小，利于節(jié)能。

3.3靠加強(qiáng)運(yùn)行管理創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型污水處理廠

（1）節(jié)能降耗分析。通過(guò)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)。

4、總結(jié)

污水廠的節(jié)能減排是一項(xiàng)綜合性工作，涉及到材料、工藝、設(shè)備、管理、電氣、自動(dòng)化控制等諸多環(huán)節(jié)。因此，污水廠的節(jié)能技術(shù)應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、運(yùn)行管理等個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)人手，處處樹立節(jié)能意識(shí)，不斷開(kāi)發(fā)研究節(jié)能新工藝；設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高自身水平；污水廠要建立能耗績(jī)效的管理評(píng)價(jià)體系，在實(shí)踐中總結(jié)節(jié)能經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)借鑒國(guó)外先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)，提高污水處理廠的運(yùn)行管理水平，使污水處理技術(shù)由高能耗向低能、高效的方向發(fā)展。

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