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0概述

污水處理廠的運行費用，主要由電耗費、維修費、藥劑費、污泥處置費、水費等組成。其中電費通常能占到整個運行費用的30%～40%。當然在不同污水處理廠的運行中，實際電耗占比與污水處理廠規(guī)模、污水的水質(zhì)特征、處理程度、處理工藝、運行模式等因素有關。在能保障污水處理量和尾水達標排放的前提下，對污水處理廠運行進行優(yōu)化管理，節(jié)約能源費用，降低處理成本是保障污水處理廠正常運行的重要手段。近幾年以電費為主的能耗費用不斷上漲，電耗基本占總能耗的70%以上，所以節(jié)能重心通常放在節(jié)電方面。關于污水處理廠節(jié)能降耗的措施很多，主要可以從優(yōu)化工藝設計及管路設計、設備選型，加強日常運行管理等方面入手。本文僅從設計角度，以典型的城市污水處理廠工藝單元為例，提出一些節(jié)能降耗的設計措施供交流。

1污水處理廠的工藝選擇

污水處理工藝的選擇是污水處理廠設計的核心，也是決定污水處理廠能耗高低的關鍵因素。對于城市污水處理廠，因為廢水可生化性通常比較好，基于運行費用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針對不同的進水水質(zhì)和處理程度要求，以及處理廠可用地的限制，除了傳統(tǒng)的曝氣池工藝外，可供選擇的工藝很多。如氧化溝工藝：設備簡單、易管理，無需二沉池，20世紀90年代中后期比較流行，但曝氣設備能耗較傳統(tǒng)曝氣池工藝高；SBR工藝：節(jié)省占地，自控程度高，易于模塊式擴建，但設備閑置率高；隨著污水回用要求的提出，MBR工藝逐漸得到推廣，出水水質(zhì)優(yōu)于一級A標準，但設備維護費用及能耗較高。在老污水處理廠的升級改造中，懸浮填料工藝也常有應用。不同的處理工藝對污水處理廠的運行與節(jié)能尤為關鍵。生物脫氮除磷活性污泥法的處理流程（見圖1）。從城市管網(wǎng)收集的污水重力送入污水處理廠進水井，經(jīng)粗格柵攔截大雜物后，經(jīng)提升泵提升，經(jīng)過細格柵、沉砂池等預處理后，進入初沉池完成一級處理，再經(jīng)過曝氣池、二沉池等二級處理設施，達標后排放到自然水體。二沉池的混合液由泵提升回流到曝氣池，二沉池剩余污泥和初沉池的污泥經(jīng)過污泥濃縮脫水處理后，由運輸工具運往垃圾處理場進行最終處置。污水處理廠能耗最大的地方在污水提升、生化處理階段的曝氣以及污泥脫水（若采用離心脫水設備）。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這幾部分的能耗總和占到全廠總電耗的80%～90%。因此設計中節(jié)能考慮的重點主要集中在這幾個部分。

2污水處理廠設計流程中的節(jié)能考慮

2.1總圖污水處理廠進水管高程和最終尾水排放水體的水位通常是由規(guī)劃給定的，在污水處理廠設計過程中不能更改。為降低污水提升高程，應在進行水力高程設計時，考慮盡量將污水處理構筑物布置在地勢較低和鄰近排放水體處，設計時以排放點水位高程為基準，最終排放構筑物內(nèi)的水面高程只要能滿足尾水排放需要即可。同時應設法減少工藝線內(nèi)的水頭損失，總圖布置應緊湊、順暢，盡量縮短管道輸送長度，減少管道的轉折、迂回。構筑物間盡量采用渠道連接。同時盡量減少跌水。在進行水頭損失計算時應準確，根據(jù)經(jīng)驗選擇合理的安全余量。城市污水處理廠的日處理規(guī)?；径荚谌fm3/d以上，如果能減少1m提升高度，每天可以節(jié)電幾萬kW•h，是相當可觀的。

2.2進水提升泵房城市污水處理廠的污水來源通常比較復雜，不同時段的水量變化比較大。設計前應盡量做好調(diào)研工作，掌握水量變化規(guī)律，選擇適當?shù)奶嵘脭?shù)量及流量組合?，F(xiàn)在污水處理廠的設計中變頻技術已經(jīng)得到普遍采用，配合正確的調(diào)控方式，可以避免提升泵的頻繁啟停，節(jié)省相當比例的電耗。目前在建的北京清河污水處理廠15萬t/d擴建工程，進水提升泵房中設置了4臺2800m3/h的提升泵（3用1備，配1臺變頻器），1臺1400m3/h的提升泵，就是研究來水量變化狀況后，經(jīng)綜合比較確定的方案。通常進水提升泵房與出水井布置得比較近，可以考慮為每臺提升泵分別設置出水管，與出水井一一對應。這樣可以取消出水管路上的止回閥及隔離閥門，一方面節(jié)省投資，更重要的是可以減少沿程水頭損失，降低污水提升揚程。提升泵一般不推薦共管出水方式，離心泵并聯(lián)后效率會下降。提升泵選型時，應仔細研究泵的性能曲線，所選擇泵的工況點應落在高效區(qū)內(nèi)。自動運行時，一般用液位進行控制。在進水泵房設計時，工藝人員對控制液位就應該有所預期。

2.3細格柵細格柵的作用在于攔截污水中的雜質(zhì)，改善后續(xù)主工藝的工作條件。由于柵條及其上累積的柵渣阻擋，進行水力高程設計時需要考慮格柵前后合理的液位差。細格柵的類型比較多，比較常見的是機械回轉式格柵，隨著MBR工藝的應用，網(wǎng)板式格柵、轉鼓式格柵等也經(jīng)常有應用。應該根據(jù)后續(xù)工藝要求，選擇適當?shù)母駯判褪?規(guī)格、柵條間隙以及清污方式，減少通過格柵的水頭損失。另外網(wǎng)板格柵、轉鼓格柵需要沖洗水，可以考慮利用處理后的出水，節(jié)約自來水。

2.4曝氣池曝氣過程是活性污泥法的核心，是污水處理過程中能耗最大的工序，同時也是污水處理廠最能體現(xiàn)節(jié)能效果的部分。設計中建議注意以下幾個方面。

2.4.1合理選擇曝氣設備曝氣系統(tǒng)總體上可分為鼓風曝氣和機械曝氣。機械曝氣與傳統(tǒng)工藝的鼓風曝氣形式相比，曝氣系統(tǒng)非常簡單。機械曝氣最為人熟悉的場合就是在氧化溝工藝中的應用，例如邯鄲西污水處理廠采用的就是曝氣轉盤，武漢沙湖污水處理廠一期采用的則是倒傘型葉輪曝氣機。但總體而言，機械曝氣的傳氧效率比鼓風曝氣低，也就意味著能耗高。鼓風曝氣的擴散設備也有多種形式，常見的如微孔曝氣盤、微孔曝氣管，還有在造紙行業(yè)用得較多的射流曝氣器等。射流曝氣器更不易堵塞，維護簡單，但能耗要高于微孔擴散器，在大型城市污水處理廠中很少采用。總之，在進行設備選擇時，需要根據(jù)處理工藝、處理規(guī)模、水質(zhì)情況等進行比選。目前應用最廣泛的還是微孔曝氣盤，設計過程中同時應考慮到，冷凝水需要定期排放，防止空氣管線內(nèi)積水，增大空氣管路的阻力，增加能耗，冷凝水排放管的布置應方便工人操作。

2.4.2準確計算曝氣量計算曝氣量時應依據(jù)處理工藝、進水水量和水質(zhì)、處理要求、需要控制的溶解氧水平以及所選設備的傳氧效率等因素，而不是簡單地用汽水比進行估算。有人習慣用汽水比12：1這個經(jīng)驗數(shù)據(jù)來計算曝氣量，但現(xiàn)在曝氣設備的傳氧效率普遍提高了，對于典型的市政污水這個比值似乎偏高。如果計算的曝氣量不能滿足曝氣池混合需求，建議通過優(yōu)化池型及設置推流器來解決。某污水處理廠采用生物曝氣擴散系統(tǒng)（見圖2）。曝氣池被設計成氧化溝的池型，曝氣盤分段布置，中間的過度段設置有推流攪拌器。從實際運行情況看，整個曝氣池形成了很好的循環(huán)流動。

2.4.3應用風量調(diào)節(jié)技術曝氣過程節(jié)能的重要措施在于風量調(diào)節(jié)技術的應用。鼓風曝氣系統(tǒng)的控制參數(shù)是混合液的溶解氧濃度。傳統(tǒng)活性污泥工藝的DO值一般控制在2mg/L左右，與混合液的污泥濃度有關。MBR工藝的曝氣池混合液濃度可以達到10g/L，建議控制DO值在3mg/L左右。懸浮填料工藝的DO值一般控制在5mg/L左右。過高的DO值需要消耗更多的空氣，從而使曝氣效率降低，浪費能源?？梢圆捎糜嬎銠C控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)風機供氣量，保持DO值穩(wěn)定在設定的控制值附近。從工藝設計方面，需要為實現(xiàn)此控制設置空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計、壓力傳感器，以及鼓風機的風量調(diào)節(jié)設施。需要提醒的是，選擇空氣調(diào)節(jié)閥時需要向供貨商索要性能曲線，閥板開度與氣量之間的關系曲線以近似線性為好。注意蝶閥不能用作調(diào)節(jié)閥。許多處理廠的生物反應池會曝氣過度，主要原因是缺乏自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或者是因為調(diào)節(jié)閥不能正常工作，以致處理廠放棄自動控制。

3總結

總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注意力放到節(jié)能的重點區(qū)域上。同時在進行控制程序的設計時，要考慮將來運行管理人員可操控性?？傊?，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注意力放到節(jié)能的重點區(qū)域上。同時在進行控制程序的設計時，要考慮將來運行管理人員可操控性。