城市污水处理节能降耗措施研究应用进展

王广卿

【摘 要】本文通过污水处理厂主要能耗来源的分析，认为污水处理中的曝气、污水提升等流程造成的电耗较高。目前，国内外主要应用的节能降耗措施集中于工艺优化、智能控制、节能设备及新能源使用等方面，包括污水处理厂总图的优化设计、风能及太阳能应用、污泥综合利用技术、风机变频与曝气系统优化、An/O处理工艺、智能优化控制系统等能够节能降耗技术措施，以上技术有助于实现污水处理厂的节能降耗，提升运营效益。

【关键词】污水处理；节能；污泥能源转化；风机变频

近年来，我国工业、服务业发展迅速，随之而来的城市污水处理问题成为制约城市发展的重要因素。水和能源作为现代社会的两大基础性能源，但城市污水处理是一个高耗能产业，降低污水处理能耗可有效减少污水处理厂运营成本，提高经济效益。目前，城市污水处理技术已较为成熟，但对其节能减排措施的应用仍亟待重视，本文将对目前国内外已应用的节能减排措施及科研进展进行归纳、总结，为今后我国的污水处理设施的节能减排提供思路。

1 污水处理能耗现状

从污水种类的角度来看，工业污水占据城市污水总排放量的很大部分，并且，工业污水是多种污水类型中污染物浓度最大，污染最严重，最不易净化的污水。污水量的不断增加，致使国家不断加大在污水处理方面的资金投资，兴建更多的污水处理厂，污水的总排放量和污水处理消耗的能源不断增加。

传统的污水处理方法具有耗能高、投资成本大、消耗时间长、占据过多土地的弊端。城市污水处理是高能耗行业，其能耗主要包括电能、药耗和燃料等多个方面，其中电耗约占总能耗的60%～90%，电耗也成为了污水处理厂运行成本的主要组成部分。污水处理厂有诸如搅拌推进器、潜水泵、风机、螺杆泵等大型用电设备，首先曝气工艺中的鼓风机电机功率最大，且是污水处理的核心设备；其次为污水提升设备的电耗较大。

2 污水处理的节能降耗措施研究应用进展

城市污水处理厂节能降耗措施较多，主要包括污水处理厂总图的优化设计、风能及太阳能应用、污泥综合利用技术、风机变频与曝气系统优化、An/O处理工艺、智能优化控制系统等技术措施。

2.1 污水处理厂总图的优化设计

在污水处理厂的选址方面：一是，要特别注意污水处理厂所在地的汇水面积，根据污水处理厂的设计规模，尽可能大的规划其汇水面积；二是，建厂地址既要有利于污水管网建设，又要兼顾污水处理厂周边的地形地貌，尽可能避免在高程变化幅度较大的山丘或山岭地带选址，避免修建多级泵站。

在污水输送泵方面，精确计算流量，确保水泵在高效区间内运行，采用管道淹没出流代替堰口出水方式，降低跌水高度，选用水头损失小的管材减少局部损失，降低管道输送的长度与迂回次数，利用自然地势实现污水自流。在城市污水处理厂水头损失计算的时候要准确有效，按照之前积累的经验使用科学的安全余量。日处理规模大于1万立方米的城市污水处理厂，如果能降低一米的提升高度，可实现降低电耗数万千瓦时，节能效果非常明显。

2.2 风机变频与曝气系统优化

传统的风机采用工频运行，利用主管路的阀门开度调节风量，虽然电机可达到驱动要求，但多余的力矩增加了功率、电能的浪费，同时，对溶解氧浓度调节存在很大滞后性，容易导致污水处理不达标。通过加装变频控制系统，将溶解氧仪实时数据采集至变频器，再通过变频器的转换模块把溶解氧浓度指标转换成数字量，风机控制模块根据变频器的参数设置处理数据，并将数据处理的结果以运行频率方式控制风机的转速，从而调节风机风量[3]。该项技术不仅可实现风机的自动节能运行，而且可精确控制污水处理工艺控制过程中的溶解氧含量。

2.3 An/O处理工艺

当前我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是：传统活性污泥法、SBR法、AB法、A/O、A2/O、氧化沟等。通过对二级处理工艺的能耗进行统计，由高到底依次为延时曝气、SBR、生物膜、氧化沟、A/O、传统活性污泥法、A2/O、AB法[4] 、土地处理和人工湿地。通过采用An/O处理工艺，能够实现在厌氧和缺氧的反应条件下，较高的有机物去除率，有利于降低曝气量和设备的采购、使用成本，实现节能减排的要求[5]。

2.4 智能优化控制系统

污水处理智能优化控制系统需要对多个流程进行综合数据采集、分析处理、自动调控，例如进水流量、溶解氧浓度、氮浓度、水质酸碱性等。在污水处理的智能化处理方面，西方国家起步较早，目前已在设备、工艺上取得了较大成果[6]，而我国的污水处理系统自动化程度较低，仍采用传统的数据收集和分析方式，通过简单的系统和工艺对污水进行处理，控制工艺水平仍存在较大差距。

2.5 污泥综合利用技术

污水处理厂的主要产出物包括废渣、污泥、出水。据测算，到2015年底，全国脱水污泥产量将超过2600万吨。污泥中包含大量的有机质，因此可通过有机质能源转化提高污水处理的能源回收再利用。目前的污泥能源转换技术主要是污泥焚烧发电及甲烷生物转化两种途径，但是污泥直接焚烧发电技术所需设备多、成本高，实际应用并不广泛，而污泥的甲烷转化，将生成的甲烷进行发电，虽然转化效率低于焚烧发电，但所需设备和技术均相对简单，可实现稳定的工业化生产[1]。此外，残余的不含超标重金属和其它有害物质的生物污泥，因污泥中仍含丰富有机质和N、P、K 等各种元素成分，所以可作为优质的有机肥料，适用于花卉、苗圃及城市绿化[2]。

2.6 风能、太阳能技术

目前，欧美国家已尝试将太阳能集热板铺设于污水池上，以收集大量太阳能，同时设置风能捕集装置，并将太阳能、风能转化的电能、热能运用在污水处理中，形成一个无需维护与电力、较为稳定的生态系统。污水处理所消耗能量仅为普通污水处理技术的1/6。

3 结语

通过分析污水处理厂的主要能耗来源，认为污水处理中的曝气、污水提升等流程造成的电耗较高。跟踪国内外最新的节能降耗研究应用进展，总结出污水处理厂总图的优化设计、风能及太阳能应用、污泥综合利用技术、风机变频与曝气系统优化、An/O处理工艺、智能优化控制系统等能够有效节能降耗的技术措施。通过各环节的优化，有助于污水处理厂节能降耗目标的实现，并能提高其运营水平及出水质量。

【参考文献】

[1]皇甫铮. “节能环保”理念在我国污水处理中的实现途径[J].资源节约与环保，2014，12：41.

[2]武毅冰，卢凤娟.污水处理工程中节能问题的探讨[J].科技视界，2014，12：281-282.

[3]孔慧聪.变频技术在污水处理厂风机节能改造中的应用探讨[J].科技与创新，2015，16：135-136.

[4]杨凌波，曾思育，鞠宇平，等.我国城市污水处理厂能耗规律的统计分析与定量识别[J].给水排水， 2008，134（10）：42-45.

[5]利德铭.污水处理厂节能减排的实现途径[J].中国高新技术企业，2014，14：50-51.

[6]杨玉川，赵利，范海涛，等.借鉴国际经验推进我国污水处理节能发展[J].国际，2014，42（16）：69-71.

[责任编辑：王伟平]