污水處理廠運(yùn)行的節(jié)能降耗技術(shù)發(fā)展

倪玉婷　蘇德龍　何肖忠

【摘 要】我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不斷加快，城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模也隨之增長(zhǎng)，在污水處理量增長(zhǎng)的過(guò)程中，污水處理廠能耗問(wèn)題引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文根據(jù)我國(guó)污水處理廠能耗情況進(jìn)行分析，提出了污水處理廠的節(jié)能降耗途徑，并且對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了一定優(yōu)化改造，通過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗處理，實(shí)現(xiàn)降低成本、減少用電消耗的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠；節(jié)能降耗；技術(shù)發(fā)展

近年來(lái)，我國(guó)縣級(jí)污水處理設(shè)備數(shù)量不斷增加，污水處理率得到了明顯提高，在國(guó)家政策的支持下，未來(lái)幾年污水處理規(guī)模將不斷加大。在污水處理量加大的同時(shí)，耗電量也隨之增長(zhǎng)，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，必須采取合理的節(jié)能降耗措施，使污水處理廠總能耗得到有效控制，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力。

1.污水處理廠能耗情況

我國(guó)污水廠使用的處理工藝并不相同，而且實(shí)際能耗數(shù)據(jù)也有較大差別。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在不進(jìn)行污泥處理的情況下，污水處理耗電量為0.16-0.29kW·h/m3，而通過(guò)我國(guó)學(xué)者的研究，使用卡魯塞爾氧化處理工藝的耗電量為0.21kW·h/m3。通過(guò)趙傳義進(jìn)行優(yōu)化改良的A2/O污水處理工藝，處理每噸水耗電量只有0.15kW·h，可以看出該方法節(jié)能效果非常優(yōu)秀。根據(jù)城市污水處理平均電耗統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)階段平均電耗已經(jīng)達(dá)到0.31kW·h/m3，能耗要遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理能耗。以0.31kW·h/m3為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，在2014年我國(guó)污水處理量就將達(dá)到1.36億m3/d，而耗電量就將接近4216萬(wàn)kW·h/d。以上海某污水處理廠在2014年的生產(chǎn)成本進(jìn)行計(jì)算，該廠滿足二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)成本0.489元/m3，經(jīng)營(yíng)成本0.285元m3，以此標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，在2014年度，該廠需要承擔(dān)的生產(chǎn)成本為5986萬(wàn)元/d，經(jīng)營(yíng)成本為3436萬(wàn)元/d，年生產(chǎn)成本為229億元，年經(jīng)營(yíng)成本為136億元，與2010年總運(yùn)行費(fèi)用相比，約有24.5%的增長(zhǎng)。

2.污水處理廠節(jié)能技術(shù)與發(fā)展途徑

2.1能量利用審核

通過(guò)能量利用審核，可以為污水處理廠正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并且為污水處理技術(shù)改造方案選擇提供參考。通過(guò)生命周期進(jìn)行污水處理的成本分析，并對(duì)處理系統(tǒng)與單元組件進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降低污水處理能耗與成本的目標(biāo)。通過(guò)能力利用評(píng)價(jià)審核能量利用效果，并且輔助污水處理廠進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，使設(shè)備可以及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)或更換。能量審核評(píng)價(jià)包括兩步，其一是可行性研究，需要對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行整體性評(píng)估，并且完成初步的設(shè)計(jì)，明確項(xiàng)目范圍，成本、財(cái)政評(píng)價(jià)等資料；其二是對(duì)設(shè)計(jì)工程進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)改造后實(shí)際效果進(jìn)行判斷。根據(jù)工程前期情況進(jìn)行研究，審核污水處理廠的全部工作流程，保證其單元具有良好的節(jié)能降耗效果。

2.2反應(yīng)器在線數(shù)

未來(lái)城市規(guī)模將不斷增長(zhǎng)，污水處理量也會(huì)隨之增長(zhǎng)，為了承載工業(yè)廢水與大雨的沖擊，在運(yùn)行階段需要所有反應(yīng)器容積維持在線狀態(tài)，這種情況會(huì)導(dǎo)致活性污泥系統(tǒng)維持在低負(fù)荷狀態(tài)。如負(fù)荷率處于正常水平，則污水處理的能量使用效果也會(huì)有所上升。例如旱季進(jìn)行污水處理時(shí)，如果生物反應(yīng)器維持2個(gè)以上運(yùn)行狀態(tài)，則需要對(duì)污水處理進(jìn)行合理分析，評(píng)價(jià)停止一部分生物反應(yīng)器后，是否會(huì)影響污水處理廠的正常負(fù)荷，經(jīng)研究表明，在旱季停止部分反應(yīng)器后，仍然可以保證污水處理廠的正常運(yùn)作。

3.節(jié)能降耗設(shè)備改造

3.1曝氣組件

根據(jù)美國(guó)80年代北美地區(qū)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)年北美地區(qū)曝氣設(shè)備能耗為1.4×106kW，在這其中，曝氣系統(tǒng)消耗的能源約占污水處理廠總能源消耗的45%-75%，所以，曝氣組件的節(jié)能改造是污水處理廠節(jié)能降耗的重要內(nèi)容之一。擴(kuò)散曝氣系統(tǒng)是最為常見(jiàn)的充氧方式，設(shè)備實(shí)際充氧能力受多種因素影響，其中包括池體形狀、曝氣類(lèi)型、安裝深度、氣壓、溫度、污水特征等。OTE是判斷曝氣系統(tǒng)效率的核心指標(biāo)，通過(guò)改善OTE，可以提高系統(tǒng)能量使用效率，而影響OTE的因素包括水深、水質(zhì)、氣泡、風(fēng)速、密度、堵塞情況等。OTE受生物反應(yīng)擴(kuò)散器數(shù)量影響，數(shù)量越多，OTE也會(huì)有所提高，部分污水處理廠根據(jù)反應(yīng)池大小設(shè)計(jì)曝氣器位置，也有部分污水處理廠將曝氣器的微孔更換為粗孔，通過(guò)這些方法，均可有效提高污水處理用電效率。部分曝氣頭在更換完成后，每年可節(jié)約用電費(fèi)用120000美元，經(jīng)計(jì)算，投資僅需3年即可回收。在進(jìn)行混合液懸浮處理時(shí)，可以通過(guò)高效率的混合設(shè)備取代曝氣設(shè)備，通過(guò)這種方法，不僅可以提高處理效率，還可以使能量需求降至合理范圍。

3.2水泵

水泵設(shè)備在活性污泥處理中經(jīng)常使用，其中包括提升泵、回流泵、內(nèi)回流泵、污泥泵。根據(jù)北美地區(qū)實(shí)際運(yùn)行效果，水頭提升降低0.4m，即可節(jié)約成本0.0415美元/（m3·d）。為了保證水泵運(yùn)行效果，可以采取以下措施進(jìn)行改造。水泵在運(yùn)行階段，需要維持在高效區(qū)間，兩臺(tái)泵設(shè)置85%額定流量，代替3臺(tái)泵55%額定流量；合理調(diào)節(jié)水位，使水泵啟閉次數(shù)降低，穩(wěn)定出水水流；使用大型水泵優(yōu)化運(yùn)行功率。

4.結(jié)束語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，我國(guó)一直堅(jiān)持加強(qiáng)污水處理技術(shù)水平。污水處理廠高能耗的問(wèn)題，已經(jīng)影響了污水處理技術(shù)優(yōu)化的效果與速度，為了降低能耗，需要了解污水處理節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展方向，并且積極吸收國(guó)際優(yōu)秀節(jié)能污水處理技術(shù)，通過(guò)高水平的技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的節(jié)能降耗目標(biāo)。 [科]

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