污水處理工程中節(jié)能問題的探討

武毅冰 盧鳳娟

（1.中持水務(wù)股份有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000；2.河南省科新源節(jié)能環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

從污水處理廠的能耗分析、污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行實(shí)踐來看,污水處理廠的節(jié)能技術(shù)主要表現(xiàn)在:確定合理的處理工藝(包括盡量不用化學(xué)藥劑來處理污水),高效能的總體設(shè)計(jì),選用節(jié)能的設(shè)備與裝置,污水與污泥綜合利用。

1 選擇高能效的處理工藝

污水處理工藝的選擇,除了根據(jù)污水水質(zhì)和水量、排放標(biāo)準(zhǔn)、工程投資等來確定以外,尚需從節(jié)能角度合理選擇。污水處理的工藝方法中,物理處理能耗較低;其次是厭氧生物處理法,處理費(fèi)用約為前者的5～10倍;好氧生物處理法能耗較高,處理費(fèi)用約為厭氧生物處理的5～8倍;而物理化學(xué)處理法則能耗最高,尤其是對(duì)于難處理的工業(yè)廢水,選用價(jià)格高的絮凝劑、吸附劑時(shí)。

1.1 充分利用厭氧生物處理技術(shù)

采用物理處理法能耗最低,但一般只能作為預(yù)處理或一級(jí)處理,用以去除漂浮物,可沉淀或上浮的懸浮物,對(duì)于絕大多數(shù)污水處理廠不可能經(jīng)物理處理達(dá)標(biāo)排放。厭氧生物處理具有能耗低,外加營養(yǎng)少,產(chǎn)泥量少,污泥穩(wěn)定化程度高等優(yōu)點(diǎn),并且可以把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷,作為一種清潔燃料。污水處理廠應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮厭氧生物處理的作用,對(duì)于可生物處理的工業(yè)廢水,只要有機(jī)污染物的組成和濃度合適,宜采用厭氧生物處理,可以避免采用好氧生物處理帶來的高能耗。對(duì)于工業(yè)或生活小區(qū)廢水處理,亦可以采用厭氧水解技術(shù),以便大大降低后續(xù)(好氧生物)處理的負(fù)荷。

1.2 合理利用好氧生物處理技術(shù)

對(duì)于眾多的好氧生物處理技術(shù),工藝的選用及其節(jié)能效果,往往取決于污水處理廠的規(guī)模、處理出水標(biāo)準(zhǔn)等。例如,當(dāng)出水要求脫氮、除磷時(shí),中小型污水處理廠宜采用氧化溝工藝,而大型污水處理廠卻適合采用傳統(tǒng)活性污泥法。一般而言,好氧生物處理工藝中,延時(shí)曝氣活性污泥法能耗高于傳統(tǒng)活性污泥法,后者與生物接觸氧化的能耗接近,它們的能耗均高于生物轉(zhuǎn)盤或純氧曝氣,能耗最低的當(dāng)屬生物濾池。生物膜法是兼性生物處理過程,有機(jī)污染物的部分降解是在厭氧條件下完成的,降低了生物代謝所需要的氧量,即能源。然而,由于生物膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)和負(fù)荷的限制,設(shè)計(jì)中對(duì)傳氧能力與效率、工藝性能還不能準(zhǔn)確定量表示,其應(yīng)用受到限制。氧化溝技術(shù)、AB法、AO法或A2O法及SBR工藝技術(shù),與傳統(tǒng)活性污泥法一樣,都是好氧活性污泥法,污水中有機(jī)物的去除總的來說依靠微生物的好氧代謝來完成,因此與厭氧法相比,具有能耗較大、費(fèi)用較高的缺點(diǎn),這就促使人們?nèi)パ芯科渌咝Ч?jié)能的污水處理技術(shù)。

2 優(yōu)化處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

污水處理廠的處理工藝復(fù)雜,尤其是對(duì)難處理的工業(yè)廢水,廠內(nèi)建筑物多、構(gòu)筑物多、管線多,做好總體設(shè)計(jì)不僅能減少占地、節(jié)省投資、方便生產(chǎn)、美化環(huán)境,而且能降低污水處理的能耗。處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)可考慮以下因素:在條件許可時(shí),污水應(yīng)一次提升,利用重力自流經(jīng)過處理構(gòu)筑物,以避免多次重復(fù)提升,節(jié)省能耗。合理設(shè)計(jì)構(gòu)筑物的進(jìn)水、出水形式和管道之間的連接形式,減少污水處理流程的水頭損失。構(gòu)筑物和管線的布置應(yīng)力求緊湊、簡潔,避免不必要的拐彎和長距離輸送。這樣往往可以有效地降低污水處理廠提升揚(yáng)程,大大降低直接能耗。充分考慮構(gòu)筑物的特征和構(gòu)筑物之間的相互關(guān)系,合理集中布置某些構(gòu)筑物,如污泥濃縮池與調(diào)節(jié)池或初沉池集中。條件許可時(shí),將某些處理單元合建,如中和反應(yīng)池與沉淀池,反應(yīng)池與氣浮池或?yàn)V池,調(diào)節(jié)池與濃縮池,格柵與沉砂池,多功能配水井與泵房等,以降低土建工程量。減少間接能耗的同時(shí),亦能減少水力輸送環(huán)節(jié),降低直接能耗。

3 選用高能效的設(shè)備與裝置

3.1 污水提升泵

選用流量與揚(yáng)程盡量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的污水提升泵,盡量減少水泵臺(tái)數(shù),選用高效率的污水泵。例如,液下泵、潛污泵與普通臥式離心泵相比,安裝形式簡單,沒有吸水管與啟動(dòng)輔助設(shè)備,直接能耗相同時(shí),間接能耗要低得多;WG/WGF型污水泵在同一工況下比PW型污水泵效率高,另外,水泵機(jī)組盡量采用同一泵型,以便維修管理,不同流量大小搭配的水泵,型號(hào)盡量一致。對(duì)污水提升流量調(diào)節(jié)時(shí),要避免閥門調(diào)節(jié)來節(jié)省能耗,可采用調(diào)速泵或多臺(tái)定速泵組合調(diào)節(jié)的形式。當(dāng)采用水泵調(diào)速時(shí),應(yīng)該選用大機(jī)組和臺(tái)數(shù)少的調(diào)速水泵。

3.2 曝氣系統(tǒng)

曝氣過程是活性污泥法的中心環(huán)節(jié),也是污水處理過程中能耗最大的工序。僅從降低能耗的角度考慮,表面曝氣的性能要優(yōu)于穿孔管曝氣,微孔擴(kuò)散器效率高于中氣泡、大氣泡擴(kuò)散器,亦優(yōu)于表面曝氣機(jī)。但是表面曝氣機(jī)械不需要修建鼓風(fēng)機(jī)房,不需設(shè)置大量布?xì)夤艿篮推貧馄?因此與微孔擴(kuò)散器相比,表面曝氣雖然直接能耗和間接能耗低,但氧的利用率低,在設(shè)計(jì)中,應(yīng)綜合考慮采用。大中氣泡曝氣器氧的轉(zhuǎn)移率較低,微孔曝氣器氧的轉(zhuǎn)移效率較高,故目前采用微孔曝氣器較多。另一個(gè)節(jié)能的重要措施是對(duì)曝氣池供氧系統(tǒng)采用自動(dòng)調(diào)節(jié),根據(jù)曝氣池中的溶解氧濃度由現(xiàn)場PCL自動(dòng)調(diào)節(jié)供氣量可節(jié)省氣量10%。鼓風(fēng)機(jī)選用時(shí),小氣量、高風(fēng)壓的污水處理廠選用羅茨鼓風(fēng)機(jī),大風(fēng)量低風(fēng)壓的污水處理廠選用離心式鼓風(fēng)機(jī)。設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)宜采用變頻調(diào)速技術(shù),根據(jù)曝氣池溶解氧情況調(diào)節(jié)供風(fēng)量,以節(jié)能降耗。

3.3 污泥脫水設(shè)備

污泥經(jīng)過脫水處理,其體積為原體積的1/10～1/5,有利于運(yùn)輸和后續(xù)處理。目前普遍采用的脫水機(jī)械為板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)和離心機(jī),也有采用干化床對(duì)污泥進(jìn)行自然干化。板框壓濾機(jī)較帶式壓濾機(jī)不易發(fā)生堵塞,但是帶式壓濾機(jī)能耗相對(duì)較少?，F(xiàn)在隨著技術(shù)的進(jìn)步,又開發(fā)了兩種脫水機(jī)械:帶式濃縮脫水一體機(jī)和臥螺沉降離心脫水機(jī)。帶式濃縮脫水一體機(jī)可直接進(jìn)行濃縮和脫水,省掉污泥濃縮池及攪拌設(shè)備,節(jié)約占地面積,同時(shí)水耗量小,能耗低;臥螺沉降離心脫水機(jī)同樣占地少,同時(shí)采用封閉式系統(tǒng),作業(yè)環(huán)境好,設(shè)備磨損率低,運(yùn)行費(fèi)用低。雖然這兩種機(jī)械總的成本較低,但是與前面的板框式和帶式壓濾機(jī)比,前期投資適合污泥量大的污水處理廠。

4 污水處理系統(tǒng)資源利用

經(jīng)處理后的污水是一種資源,同時(shí)污水處理中的副產(chǎn)品(主要是沼氣和污泥)也有一定利用價(jià)值,對(duì)這些資源加以利用,也是污水處理廠節(jié)能降耗的有效途徑。

4.1 污水的回用

處理后的污水一般可用于農(nóng)田灌溉,經(jīng)深度處理后,可作為市政或生活雜用水,亦可作為工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水?，F(xiàn)在,很多國家已經(jīng)提倡采用此種方法來解決水危機(jī),而且污水回用的成本在一定程度上小于給水和引水工程,但是它的大規(guī)模采用不在技術(shù)上,而是必須解決一個(gè)社會(huì)系統(tǒng)工程的問題。

4.2 厭氧沼氣的利用

污水的厭氧處理和污泥的厭氧消化可產(chǎn)生甲烷沼氣,該沼氣送至鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽,可用于厭氧系統(tǒng)加熱和取暖,沼氣用于發(fā)電可回收大量電能。

4.3 污泥的綜合利用

污水處理廠的污泥,尤其是生物污泥如果不含超標(biāo)的重金屬和其它有害物質(zhì),就應(yīng)該將污泥加以綜合利用。因?yàn)槲勰嘀泻胸S富的有機(jī)質(zhì)和N、P、K等各種元素成分,所以是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料,非常適合于花卉、苗圃及城市綠化。另外,有人開始利用污泥來煅燒制作磚與纖維板材這兩種建筑材料。污泥還可用于鋪路,甚至用于低溫?zé)捰?制作燃料。

5 結(jié)束語

污水處理廠運(yùn)行成本過高的主要原因是設(shè)計(jì)不當(dāng)造成運(yùn)行中能耗較高。污水處理廠設(shè)計(jì)中應(yīng)該采取的幾個(gè)節(jié)能措施為:確定合理的處理工藝;在設(shè)計(jì)中優(yōu)化處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì);選用高能效的設(shè)備;處理系統(tǒng)資源化利用。在設(shè)計(jì)工作中多方面考慮,優(yōu)化污水處理效果和效率。

[1]高旭.城市污水處理能耗能效進(jìn)展[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2009.

[2]李春光.污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的節(jié)能考慮[J].水工業(yè)市場,2010.