污水处理厂污水处理节能技术改进研究

王乃亮 黄 慧 高 磊

（甘肃省生态环境科学设计研究院 甘肃兰州 730000）

引言

在现代文明社会发展历程中，污水处理厂作为与生态环保事业息息相关的单位，在减少生态污染、维持社会经济可持续发展方面发挥了积极作用。但是，在传统技术条件的限制下，污水处理厂在处理污水时也会涉及到大量资源和能源的消耗。

因此，一直以来污水处理厂的技术升级和优化，一般有两大方向，其一是提升污水处理效果，其二则是降低能耗。在社会经济发展进入新常态的背景下，更需要结合污水处理厂运行中存在的实际能耗问题，对污水处理节能技术的改进思路和方法进行进一步研究。

1 污水处理厂污水处理节能技术概述

1.1 现状

关于污水处理厂污水处理节能技术的研究，主要是指基于污水处理厂开展污水处理工作的实际情况，在保证污水处理效果的基础上，减少整个过程产生的资源及能源消耗。

在污水处理厂的实际运转中，需要用到多种污水处理设备及设施，而这些设备设施在运行中会产生多种资源的消耗，同时也伴随着大量的电能消耗。我国传统污水处理厂用到的设施设备基本上没有配备节能措施，同时在运行管理中也忽略了节能管理，导致污水处理厂的能耗极大，显然这与污水处理厂本身的生态价值是相悖的。另外，在污水处理厂的日常运作中，高能耗势必会带来高运营成本，导致污水处理厂运营压力过大。例如，在近年来甘肃省的污水处理厂中，A/O 工艺作为普遍应用的污水处理方法，虽然具备污染物去除率高、运行稳定可靠的优点，但是相关设施运行过程中的污泥内回流量较大，产生的能耗较高，导致污水处理费用过高，影响污水处理厂效益[1]。

1.2 加强节能技术改进的必要性

在第二次全国污染源普查的数据结果中可以了解到，目前甘肃省共有已建成投入运行的集中式污水处理厂共239 个，基本做到了每个县区至少配备一个污水处理厂。虽然基本上解决了各个地区工业污水以及生活污水的处理问题，但是因此而产生的能耗及相应费用也一直处于较高水平，而这也是全国多数地区污水处理相关工作所面临的同样问题。目前最为有效的方式就是对污水处理厂的污水处理技术工艺进行改进提升，而改进的主要方向则是节能降耗。

当然，污水处理厂的节能技术改进还拥有多方面意义，主要如下：

（1）促进污水处理厂从粗放式向集约化、精细化处理方向发展

传统污水处理工艺涉及到多个处理工艺，各处理工艺及环节都要配置体量庞大的设施及设备，占用空间大且运行管理难度高，同时处理效率较低。而在污水处理工艺节能改进的过程中，在保证处理效果的基础上精简处理程序也是主要方法之一，加上一些自动化处理设备及设施的应用，可以对传统污水处理设备设施体系进行精简，实现集约化、精细化处理。

（2）规避二次污染风险

在传统污水处理厂的污水处理中，会涉及到一些药剂及相关添加剂的使用，而这些材料使用过程中以及使用之后，都可能产生一些污染物，产生二次污染风险。而在污水处理工艺节能改进中，可以有效减少使用有污染风险的材料，避免二次污染。

（3）提高污水处理厂效益

显然，在污水处理厂的日常运行中，能耗与其消耗的成本是直接挂钩的，通过工艺改进可以有效减少能耗费用，提升污水处理厂效益，进而实现污水处理相关环保产业的良性发展[2]。

2 污水处理厂污水处理工艺的能耗问题及诱发因素

2.1 电力消耗

传统污水处理厂的污水处理系统中，涉及到大量用电设备设施的应用，在很多地区污水处理厂长期处于高负荷运行状态下时，产生的电能消耗是十分巨大的。如今污水处理厂污水处理系统中的污水提升泵、鼓风曝气等均属于能耗较高的设备，其中污水提升泵在从污水采集、引流到处理达标的全流程中都需要保持运行状态，并且在污水处理量日益增多的情况下，污水提升泵能耗问题将更为严峻。而鼓风曝气装置在目前很多污水处理厂中都占据重要地位，该类设备主要是基于活性污泥法实现鼓风曝气功能，即将空气输送至曝气池，使之以气泡的形式进入到混合液之中，为活性污泥中的微生物活动提供理想环境。为了保持这种功能的持续性，很多污水处理厂中鼓风曝气装置都需要持续保持运行状态，其电耗甚至可以达到整个污水处理厂的30%以上。显然，除了核心设备以外，污水处理厂在进行污水处理过程中，为了支持各类设备的正常运行，电能消耗是比较突出的。

导致污水处理厂电能消耗过大的原因主要有以下几点：

（1）设备技术落后

传统的污水处理厂设备在技术研究时较少关心能耗问题，导致设备本身的单位能耗就比较高。而污水处理厂的设备选型人员没有针对设备的能耗问题进行分析，也没有响应的能耗控制标准，影响了污水处理过程的能耗控制效果[3]。

（2）设备选型不合理

一方面，污水处理厂设计配置设备时，对污水处理系统的设备组合不合理，导致总能耗过高；另一方面，设备搭配不合理，导致一些设备的能耗超出正常运行水平。

（3）设备安装维护不到位

如果设备安装时忽略了能耗方面的考虑，会导致设备长期处于高负荷运行状态，或是因散热不足而导致设备能耗升高的问题。另外，污水处理厂设备维护保养不到位，也可能导致设备处于非正常运行状态，影响能耗。

2.2 药剂消耗

在传统的污水处理厂运转过程中，为了满足相关污水处理工艺的应用需求，需要消耗大量的药剂。例如，在处理多种含泥污水时，沉淀是比较常见的处理方式，而为了让污水中的污染物质凝结、沉淀，需要消耗大量的絮凝剂。絮凝剂主要由聚合氯化铝及其他相关原料制成，其在污水沉淀吸附处理中属于主要消耗型材料，也是很多污水处理厂日常运营成本的主要构成之一。值得注意的是，采用传统工艺制成的絮凝剂在发挥作用之后无法被回收进行再利用，处置不当还可能造成环境污染。

导致污水处理厂药剂消耗过大的原因一般有以下两点：

（1）污水处理工艺太过落后，对需要用到絮凝剂的沉淀吸附工艺依赖性过强，导致这部分药剂消耗过高的问题一直存在。

（2）污水处理厂关于沉淀处理工艺以及各类药剂使用缺乏规范化管理，导致大量不必要的药剂消耗。例如，在针对不同污水进行沉淀处理时所投放的药剂量是不同的，如果缺乏对投放量的针对性管控，或是投放人员专业性不足，都可能导致药剂投放过多，不仅浪费成本，还会影响污水处理效果。另外，在污水处理厂的各类药剂储存管理中，也存在因储存不当而导致材料非正常损耗的问题。

2.3 水资源消耗

在污水处理厂的资源消耗中，水资源消耗问题主要表现在两个方面：

（1）部分传统污水处理工艺需要用到自来水，在污水处理量增长的同时相关水资源的消耗量也在同时增大。

（2）在现代污水处理理念下，传统污水处理工艺仅仅将目光集中于对污水中污染物的处理，而忽略了对污水的再利用。具体来看，传统的污水处理机制比较单一，并没有针对污水污染类型进行精细分类，分辨污水处理是否达标的标准也较为单一。但事实上，在现代污水处理专业领域中，一些污水在经过处理之后是可以被回收利用的[4]。这就意味着在传统工艺下的污水处理厂直接排放了很多具有再回收价值的水资源，变相也导致了水资源浪费的问题。

关于水资源消耗过高的原因，主要也是体现在工艺技术水平和管理理念两个方面。即污水处理工艺的落后，以及因运行管理不规范、不科学，导致污水处理厂运行过程中的水资源消耗较大。

3 污水处理厂污水处理节能技术的改进思路及策略

3.1 科学采用预处理技术，平衡处理工艺负荷

事实上，在正式对污水中的污染物进行处理之前，科学的预处理环节都是不可或缺的。因此，关于污水处理厂污水处理工艺的改进，应当根据待处理污水的实际特征，对其进行科学预处理。例如，如果污水的含砂量较高，应当配置沉砂池或砂水分离器，将污水中颗粒较大的砂截留下来，减少其对后续污水提升及分解处理环节的影响。在比较常见的曝气工艺中，可以同精准的预曝气处理，减少核心曝气装置的能耗。

需要注意的是，在污水处理厂配置预处理装置时，应当重点分析污水的污染物类型，在污水处理工艺流程的前期阶段，做好沉淀、分离处理，减轻后续处理工艺压力，同时也可以有效平衡各处理环节的负荷，达到减少能耗的目的[5]。

3.2 优化设备选型，合理改造处理工艺

在污水处理厂的污水处理工艺改进中，关于设备优化选型和技术升级是主要方向。首先，污水处理厂需要积极淘汰传统处理效率低、能耗高的工艺设备，选用更为先进的设备设施。通常情况下，关于污水处理设备的优化选型，一方面是采用更为科学的污水处理工艺，这类工艺本身的能耗较低，另一方面是设备配置了节能降耗装置，可以有效减少单位作业量内的能耗。其次，应当针对污水处理厂的污水处理量，对污水处理流程进行优化，减少因不科学的处理方式，而导致能耗过高的问题。下面，对前文提到的设备能耗问题进行分析：

（1）污水提升泵站节能处理

在污水处理流程的污水提升环节，扬程与水泵能耗直接相关，因此可以结合对污水处理厂地势以及各设备设施布置情况的分析，让集水池适当保持高位运行，以达到降低水泵扬程的目的。然后，可以采用加装了变频装置的水泵，在满足日常污水提升输送需求的基础之上，减少能耗。另外，还需要根据污水处理厂的污水处理任务，对污水提升流程进行科学的安排，确保机组均衡运转，可以进一步减少污水处理厂能耗。例如，在甘肃兰州市的某污水处理厂改造中，针对污水提升泵的变频处理，结合管理优化，使其能耗降低了11.8。除此之外，该厂还采用了多级动态液位控制技术，即在污水处理时，通过科学控制机组运行台数及转速，维持水泵流量均匀运行。当所需污水提升量较大时，增加运转台数，减少单组水泵的转速增加量，在适应水流变化的基础上，减少能耗。

（2）鼓风曝气装置的节能处理

目前很多污水处理厂采用的污水处理工艺都是活性污泥法，对鼓风曝气装置的依赖性较强。显然，优选高效且节能的鼓风曝气设备是减少污水处理能耗的关键举措。目前市面上具有较好节能价值的鼓风曝气设备有单级离心鼓风机、罗茨风机、空气悬浮鼓风机等，其在同等运行条件下的节能表现都比较好。例如，在甘肃兰州市某污水处理厂的节能改造中，技术人员引进了空气悬浮鼓风机，该设备利用空气力场让轴承悬浮运转，由于轴承受到的摩擦力大幅度减少，整个设备运行中的能耗大幅度下降。在此基础上，该设备装配的变频器还可以在不影响污水处理效率的基础上，合理调节风量，进而减少能耗。值得一提的是，在实际的污水处理中，温度比较低的季节或地区，污水处理厂也可以通过适当降低曝气量的方式来减少能耗。

3.3 优化处理工艺，减少资源消耗

在对污水处理厂污水处理技术进行节能改进时，应当结合污水处理的具体流程或运行工况，制定科学的工艺优化措施。比如，污水处理厂的药剂消耗一般产生于沉淀、分离、消毒处理等环节，比较常用的药剂材料包括无机盐类混凝剂、有机高分子混凝剂等，不同药剂的功能和作用方式存在差异，因此可以根据污水处理的具体场景和需求进行优化应用[6]。一般情况下，为了去除污水中的污染物磷，可以使用生物除磷或化学除磷技术，前者甚至可以达到完全不使用药剂的水平，而后者则是通过使用高分子混凝剂来减少对常规药剂的消耗量。在污水消毒环节，比较常见的方法有加热消毒、紫外线消毒及微波消毒等物理方法，以及通过二氧化氯、臭氧、重金属离子等进行的化学消毒。关于与消毒工艺的节能改进，通常是要结合污水本身的污染物含量情况，优化消毒剂的配比，组合应用物理法和化学法的方式，来减少对药剂及电能的消耗。

3.4 建立科学标准，形成规范化节能管理机制

在对污水处理厂污水处理工艺进行节能改造的过程中，管理方面的优化也有助于减少能耗。首先，应当根据污水处理厂污水处理工艺的具体流程，建立各个环节的节能降耗标准，作为开展节能管理工作的参考依据[7][8]。其次，针对各类污水处理设备、设施的运行，设定标准化的操作和管理机制，确保对所有设备设施的操作方式规范合理。同时，通过结合不同时期污水处理任务变化情况，科学安排设备及人员配置，在减少能耗的基础上，提高污水处理厂运转效率。另外，做好污水处理厂各类设备设施的保养维护，减少故障率和非正常运行状态，有效发挥设备设施的节能降耗功能。最后，强化对污水处理厂所有人员的节能降耗意识、技能培训，为建立长效节能降耗工作机制提供支持。

结语

综上所述，针对目前污水处理厂能耗过高的问题，应当积极更新理念，对污水处理厂各污水处理环节的能耗影响因素进行全面分析。在此基础上，通过科学配置预处理流程、优选污水处理设备设施、采用节能降耗工艺等方式，减少污水处理流程的能耗。同时，结合严谨、科学的节能管理机制，进一步减少污水处理厂运行管理期间不必要的能耗。唯有如此，才能进一步发挥污水处理厂的生态价值及公共服务价值，为社会的健康稳定发展做出关键贡献。