城市污水處理廠節(jié)能降耗策略探討

武云鵬

摘 要： 污水處理對城市環(huán)境建設(shè)具有重要意義，污水處理是能耗性非常高的行業(yè)，其電能耗量約占全社會用電量能耗的0.3%，因此在污水處理廠采取節(jié)能降耗措施是非常重要的。隨著城市發(fā)展，對污水處理的出水標(biāo)準(zhǔn)越來越高，我們要在污水處理的全過程把控能耗量，對于能耗高的重點處理環(huán)節(jié)采取有力措施，并加強對污水處理的能耗管理，從技術(shù)上和管理層面最大程度的節(jié)能降耗，推動污水廠的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 污水處理廠；節(jié)能；降耗

1.我國污水處理現(xiàn)狀

污水處理是我們保障生活環(huán)境衛(wèi)生、減少污染的必要措施，通過對污水處理，能夠有效去除污水中的氮、磷、有機物、病菌等有害物質(zhì)，保障我們的水體、土地生態(tài)環(huán)境安全。自2006年起，我國污水處理廠數(shù)量直線增長，2009年至2015年期間，我國城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量由1878 座增至3542 座，至2016年末我國城市、縣城累計污水處理廠數(shù)量為3552座，其中城市2039座，縣城1513座，城市污水日處理能力14910萬m3/d，縣城污水日處理能力3036萬m3/d。污水處理廠的廣泛建設(shè)已覆蓋大部分城鎮(zhèn)生活圈，未來污水處理廠的建設(shè)或放緩，但是污水處理量仍會不斷增長。隨著污水處理標(biāo)準(zhǔn)的提升，我們對污水處理工藝也在不斷改進創(chuàng)新，但是污水處理的過程是一個高能耗的過程，據(jù)統(tǒng)計我國污水處理平均能耗為0.29kWh/m3，國家能源局2014年發(fā)布的社會總用電量為55233億kWh，通過核算，污水處理行業(yè)用電量占到了社會總用電量的0.3%，能源危機以及保護水環(huán)境要求的提高，時刻提醒著我們要節(jié)能降耗，在污水處理過程中如何采取有效策略降低能耗是我們要不斷研究的課題。

2.污水處理廠主要能耗分布

污水處理廠的直接能耗主要來源于電能耗，占總能耗量的60%～90%，其他間接能耗來自于燃料、藥劑等。當(dāng)前我國大約有82%以上的污水處理廠的電能耗水平高于0.44kKh·m-3，而美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的污水處理電能耗量在21世紀(jì)初時已控制在0.20kKh·m-3～0.32kKh·m-3左右，可見我們與發(fā)達(dá)國家的差距還很大。在直接的污水處理電能耗中，污水提升能耗占10%～20%，曝氣供氧能耗占50%～70%，污泥處理能耗占10%～25%，這三部分的電能耗是主要輸出，污水處理節(jié)能降耗措施也主要圍繞這三點展開。

3.污水處理廠的節(jié)能環(huán)節(jié)與措施

3.1水泵節(jié)能

污水處理廠的進水部位一般都處于管網(wǎng)系統(tǒng)的末端并且高程較低，因此就需要用提升泵將污水提升至處理系統(tǒng)中，這個過程的能耗較高，是節(jié)能的重點之一。當(dāng)前造成我國污水處理泵能耗高的主要因素有：電機功率、水泵揚程和功率、水量波動、水泵控制管理等。提升泵的節(jié)能降耗措施主要從以下幾點入手：在設(shè)計階段要做好污水廠現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理流程的全設(shè)施的調(diào)研工作，盡量降低需要提升的污水與處理設(shè)施之間的高程差；根據(jù)污水流量、污水提升量以及變化特征，選擇合適的水泵、水泵組合方式，讓水泵運行在高效率區(qū)間，提高運行效率；根據(jù)污水揚程、污水處理量、水頭損失、泵的功率等綜合考量，選擇搭配合適的泵組合方式，做好變頻水泵與固定功率水泵之間的調(diào)控，當(dāng)水流出現(xiàn)較大波動時應(yīng)及時調(diào)整水泵的運行臺數(shù)和運轉(zhuǎn)速度，適應(yīng)水流變化，避免頻繁開啟水泵而降低水泵的使用壽命，另外要選擇與水泵匹配的電機，注重電機的高效運行；注重管道設(shè)計與布置，保障整體結(jié)構(gòu)緊湊，連接管路短而直，減少彎管，盡量降低管道長度，降低管道輸運的阻力，減少水頭損失，保證管道輸運流暢；注重對設(shè)備的定期檢修維護工作，對系統(tǒng)的滴漏、磨損、結(jié)垢等問題及時處理，保障設(shè)備高效運行。

3.2曝氣節(jié)能

污水中污染物的去除主要是通過微生物生化代謝來實現(xiàn)的，我國常用的污水生化處理工藝有AO工藝、AAO工藝、SBR工藝、氧化溝工藝等，去除微生物的生化代謝過程需要通過曝氣供氧來完成，因此曝氣效果直接影響著污水處理的效果，實際工作中造成曝氣能耗過高的原因有設(shè)備容量過大、操作效率低下等問題，通過適配曝氣裝置、優(yōu)化曝氣方式、控制曝氣量等方法來節(jié)能降耗。①對于曝氣裝置的選擇要結(jié)合考慮氧的利用率與動力效率，要求不易堵塞而且維修方便為宜，要兼顧使用技術(shù)的經(jīng)濟性，降低系統(tǒng)造價；②一般來說，AAO、SBR工藝多選擇微孔曝氣方式，微孔曝氣的空氣量是由風(fēng)機提供的，當(dāng)前污水處理廠常用的風(fēng)機有羅茨風(fēng)機和TURPO風(fēng)機，羅茨風(fēng)機通過變頻器調(diào)節(jié)來實現(xiàn)節(jié)能，多用于中小型污水廠，TURPO風(fēng)機搭配MCP控制開關(guān)柜配套使用，通過對實時數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，結(jié)合進水流量對風(fēng)機導(dǎo)葉開度和風(fēng)機開啟臺數(shù)進行控制，達(dá)到控制風(fēng)量，減少浪費的目的。另外微孔曝氣也分單邊曝氣和全面曝氣兩種，實踐證明全面曝氣比單邊曝氣的傳氧效率更高，采用微孔盤式曝氣頭比使用穿孔管可節(jié)能20%以上；③對曝氣量的合理把控也十分重要，曝氣量小的話直接影響出水水質(zhì)，曝氣量大則會造成不必要的能耗，還會破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)影響出水水質(zhì)，因此在保證出水水質(zhì)的情況下，滿足工藝要求按需曝氣，控制好曝氣量以防止過度曝氣，可以根據(jù)污水處理需氧量設(shè)置遞減曝氣量，或者根據(jù)出水氨氮濃度來設(shè)置曝氣量。

3.3污泥處理節(jié)能

污泥處理環(huán)節(jié)主要包含污泥濃縮、穩(wěn)定、脫水三部分，污泥的處理節(jié)能不僅僅在于三環(huán)節(jié)的節(jié)能，還在于污泥的有效回收再利用。污泥濃縮可采用生物氣浮技術(shù)，相比較于重力濃縮和離心濃縮，氣浮濃縮的效率更高、效果更好；污泥穩(wěn)定技術(shù)有厭氧、好氧、堆肥三種，就目前來看，厭氧穩(wěn)定技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，厭氧處理生成的沼氣可以補償消耗的能量，在一定程度上取得了節(jié)能降耗的效果，當(dāng)然還有很多污水處理廠污泥未經(jīng)穩(wěn)定處理直接進行脫水；脫水方式有自然脫水和機械脫水，目前國內(nèi)對于污泥脫水多采用離心式機械脫水，雖然其電耗較低但是容易磨損，對污泥預(yù)處理的要求也比較高，所以需要我們研發(fā)更加高效節(jié)能的脫水工藝；污泥的回收利用可以通過焚燒污泥產(chǎn)生熱能、厭氧消化產(chǎn)生沼氣來實現(xiàn)，但是實際上我國對于污泥的回收利用率較低，需要我們正視污泥的資源化，進一步開發(fā)污泥處理工藝。

3.4自動控制節(jié)能

污水處理設(shè)備的智能化、全自動化、電氣化已經(jīng)成為現(xiàn)在污水處理的主要發(fā)展建設(shè)方向，通過PLC智能控制，實現(xiàn)設(shè)備的指令化操作，完成在線監(jiān)控、自我調(diào)整、信號反饋、數(shù)據(jù)存儲等功能，提高污水處理設(shè)備的工作效率，加強設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，通過智能控制可以有效避免設(shè)備空轉(zhuǎn)，降低設(shè)備運行能耗。

3.5節(jié)能管理

要加強管理層面的節(jié)能控制，針對污水處理的高能耗環(huán)節(jié)建立數(shù)據(jù)庫，分析能耗原因，提出降耗策略，設(shè)立專門的能耗管理團隊，制定降耗目標(biāo)，對污水處理運行做精確、細(xì)致的把控，提高能耗管理意識，對高能耗環(huán)節(jié)進行改造，優(yōu)化污水處理工藝和設(shè)備，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

結(jié)語

通過簡要分析我國污水處理廠的建設(shè)現(xiàn)狀以及污水處理能耗分布情況，可以看到我國當(dāng)前的污水處理能耗還是比較高的，存在著很大的節(jié)能改造空間，就污水處理過程內(nèi)部環(huán)節(jié)來說，控制好水泵、曝氣、污泥處理三個重要部分的能耗，對于污水處理全過程來說降耗節(jié)能的效果比較顯著，是我們在節(jié)能工作中需要注意的重點，另外還要加強節(jié)能管理，引進新技術(shù)新工藝新設(shè)備，為節(jié)能降耗添加助力。

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