王廣卿

【摘 要】本文通過污水處理廠主要能耗來源的分析，認(rèn)為污水處理中的曝氣、污水提升等流程造成的電耗較高。目前，國內(nèi)外主要應(yīng)用的節(jié)能降耗措施集中于工藝優(yōu)化、智能控制、節(jié)能設(shè)備及新能源使用等方面，包括污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)、風(fēng)能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風(fēng)機(jī)變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等能夠節(jié)能降耗技術(shù)措施，以上技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)污水處理廠的節(jié)能降耗，提升運(yùn)營效益。

【關(guān)鍵詞】污水處理；節(jié)能；污泥能源轉(zhuǎn)化；風(fēng)機(jī)變頻

近年來，我國工業(yè)、服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，隨之而來的城市污水處理問題成為制約城市發(fā)展的重要因素。水和能源作為現(xiàn)代社會(huì)的兩大基礎(chǔ)性能源，但城市污水處理是一個(gè)高耗能產(chǎn)業(yè)，降低污水處理能耗可有效減少污水處理廠運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，城市污水處理技術(shù)已較為成熟，但對(duì)其節(jié)能減排措施的應(yīng)用仍亟待重視，本文將對(duì)目前國內(nèi)外已應(yīng)用的節(jié)能減排措施及科研進(jìn)展進(jìn)行歸納、總結(jié)，為今后我國的污水處理設(shè)施的節(jié)能減排提供思路。

1 污水處理能耗現(xiàn)狀

從污水種類的角度來看，工業(yè)污水占據(jù)城市污水總排放量的很大部分，并且，工業(yè)污水是多種污水類型中污染物濃度最大，污染最嚴(yán)重，最不易凈化的污水。污水量的不斷增加，致使國家不斷加大在污水處理方面的資金投資，興建更多的污水處理廠，污水的總排放量和污水處理消耗的能源不斷增加。

傳統(tǒng)的污水處理方法具有耗能高、投資成本大、消耗時(shí)間長(zhǎng)、占據(jù)過多土地的弊端。城市污水處理是高能耗行業(yè)，其能耗主要包括電能、藥耗和燃料等多個(gè)方面，其中電耗約占總能耗的60%～90%，電耗也成為了污水處理廠運(yùn)行成本的主要組成部分。污水處理廠有諸如攪拌推進(jìn)器、潛水泵、風(fēng)機(jī)、螺桿泵等大型用電設(shè)備，首先曝氣工藝中的鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)功率最大，且是污水處理的核心設(shè)備；其次為污水提升設(shè)備的電耗較大。

2 污水處理的節(jié)能降耗措施研究應(yīng)用進(jìn)展

城市污水處理廠節(jié)能降耗措施較多，主要包括污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)、風(fēng)能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風(fēng)機(jī)變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等技術(shù)措施。

2.1 污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在污水處理廠的選址方面：一是，要特別注意污水處理廠所在地的匯水面積，根據(jù)污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模，盡可能大的規(guī)劃其匯水面積；二是，建廠地址既要有利于污水管網(wǎng)建設(shè)，又要兼顧污水處理廠周邊的地形地貌，盡可能避免在高程變化幅度較大的山丘或山嶺地帶選址，避免修建多級(jí)泵站。

在污水輸送泵方面，精確計(jì)算流量，確保水泵在高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，采用管道淹沒出流代替堰口出水方式，降低跌水高度，選用水頭損失小的管材減少局部損失，降低管道輸送的長(zhǎng)度與迂回次數(shù)，利用自然地勢(shì)實(shí)現(xiàn)污水自流。在城市污水處理廠水頭損失計(jì)算的時(shí)候要準(zhǔn)確有效，按照之前積累的經(jīng)驗(yàn)使用科學(xué)的安全余量。日處理規(guī)模大于1萬立方米的城市污水處理廠，如果能降低一米的提升高度，可實(shí)現(xiàn)降低電耗數(shù)萬千瓦時(shí)，節(jié)能效果非常明顯。

2.2 風(fēng)機(jī)變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)采用工頻運(yùn)行，利用主管路的閥門開度調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然電機(jī)可達(dá)到驅(qū)動(dòng)要求，但多余的力矩增加了功率、電能的浪費(fèi)，同時(shí)，對(duì)溶解氧濃度調(diào)節(jié)存在很大滯后性，容易導(dǎo)致污水處理不達(dá)標(biāo)。通過加裝變頻控制系統(tǒng)，將溶解氧儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集至變頻器，再通過變頻器的轉(zhuǎn)換模塊把溶解氧濃度指標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，風(fēng)機(jī)控制模塊根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運(yùn)行頻率方式控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量[3]。該項(xiàng)技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行，而且可精確控制污水處理工藝控制過程中的溶解氧含量。

2.3 An/O處理工藝

當(dāng)前我國城鎮(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、A2/O、氧化溝等。通過對(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、AB法[4] 、土地處理和人工濕地。通過采用An/O處理工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)在厭氧和缺氧的反應(yīng)條件下，較高的有機(jī)物去除率，有利于降低曝氣量和設(shè)備的采購、使用成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的要求[5]。

2.4 智能優(yōu)化控制系統(tǒng)

污水處理智能優(yōu)化控制系統(tǒng)需要對(duì)多個(gè)流程進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)采集、分析處理、自動(dòng)調(diào)控，例如進(jìn)水流量、溶解氧濃度、氮濃度、水質(zhì)酸堿性等。在污水處理的智能化處理方面，西方國家起步較早，目前已在設(shè)備、工藝上取得了較大成果[6]，而我國的污水處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，仍采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析方式，通過簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和工藝對(duì)污水進(jìn)行處理，控制工藝水平仍存在較大差距。

2.5 污泥綜合利用技術(shù)

污水處理廠的主要產(chǎn)出物包括廢渣、污泥、出水。據(jù)測(cè)算，到2015年底，全國脫水污泥產(chǎn)量將超過2600萬噸。污泥中包含大量的有機(jī)質(zhì)，因此可通過有機(jī)質(zhì)能源轉(zhuǎn)化提高污水處理的能源回收再利用。目前的污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)主要是污泥焚燒發(fā)電及甲烷生物轉(zhuǎn)化兩種途徑，但是污泥直接焚燒發(fā)電技術(shù)所需設(shè)備多、成本高，實(shí)際應(yīng)用并不廣泛，而污泥的甲烷轉(zhuǎn)化，將生成的甲烷進(jìn)行發(fā)電，雖然轉(zhuǎn)化效率低于焚燒發(fā)電，但所需設(shè)備和技術(shù)均相對(duì)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)[1]。此外，殘余的不含超標(biāo)重金屬和其它有害物質(zhì)的生物污泥，因污泥中仍含豐富有機(jī)質(zhì)和N、P、K 等各種元素成分，所以可作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，適用于花卉、苗圃及城市綠化[2]。

2.6 風(fēng)能、太陽能技術(shù)

目前，歐美國家已嘗試將太陽能集熱板鋪設(shè)于污水池上，以收集大量太陽能，同時(shí)設(shè)置風(fēng)能捕集裝置，并將太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化的電能、熱能運(yùn)用在污水處理中，形成一個(gè)無需維護(hù)與電力、較為穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。污水處理所消耗能量?jī)H為普通污水處理技術(shù)的1/6。

3 結(jié)語

通過分析污水處理廠的主要能耗來源，認(rèn)為污水處理中的曝氣、污水提升等流程造成的電耗較高。跟蹤國內(nèi)外最新的節(jié)能降耗研究應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)出污水處理廠總圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)、風(fēng)能及太陽能應(yīng)用、污泥綜合利用技術(shù)、風(fēng)機(jī)變頻與曝氣系統(tǒng)優(yōu)化、An/O處理工藝、智能優(yōu)化控制系統(tǒng)等能夠有效節(jié)能降耗的技術(shù)措施。通過各環(huán)節(jié)的優(yōu)化，有助于污水處理廠節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并能提高其運(yùn)營水平及出水質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]楊玉川，趙利，范海濤，等.借鑒國際經(jīng)驗(yàn)推進(jìn)我國污水處理節(jié)能發(fā)展[J].國際，2014，42（16）：69-71.

[責(zé)任編輯：王偉平]