污水處理工程中節(jié)能問題的探討

劉義忠

【摘 要】本文從工程設計、設備選擇以及運行管理等方面分析討論了城市污水處理廠的耗能及節(jié)能問題，并結合污水處理廠的工藝特點和耗能的實際情況，對污水處理工程中節(jié)能問題進行了探討，以期能夠實現(xiàn)污水處理工程的更節(jié)能、環(huán)保。

【關鍵詞】污水處理；工程；節(jié)能

一、污水處理的工藝

隨著人們節(jié)能環(huán)保認識的不斷提高，污水處理工藝的選擇，除了根據(jù)污水水質和水量、排放標準、工程投資等來確定以外，尚需從節(jié)能角度選擇合理的工藝。污水處理的工藝方法中，常用的是物理處理和物理化學處理方式，其中物理處理能耗較低；物理化學處理法則能耗最高。

（一）厭氧生物處理技術

要達到節(jié)能效果，必然采取不同的處理方法，而物理處理法能耗最低，但這種方法一般都是作為預處理或一級處理，用以去除漂浮物，可沉淀或上浮的懸浮物，對于絕大多數(shù)污水處理廠不可能經(jīng)物理處理達標排放。厭氧生物處理具有能耗低，外加營養(yǎng)少，產(chǎn)泥量少，污泥穩(wěn)定化程度高等優(yōu)點，并且可以把有機物轉化為甲烷，作為一種清潔燃料。污水處理廠應當充分發(fā)揮厭氧生物處理的作用，對于可生物處理的工業(yè)廢水，只要有機污染物的組成和濃度合適，宜采用厭氧生物處理，可以避免采用好氧生物處理帶來的高能耗。

（二）好氧生物處理技術

好氧生物處理技術也要根據(jù)污水處理廠的規(guī)模和標準而定，比如，當出水要求脫氮、除磷時，中小型污水處理廠宜采用氧化溝工藝，而大型污水處理廠卻適合采用傳統(tǒng)活性污泥法。一般而言，好氧生物處理工藝中，延時曝氣活性污泥法能耗高于傳統(tǒng)活性污泥法，后者與生物接觸氧化的能耗接近，它們的能耗均高于生物轉盤或純氧曝氣，能耗最低的當屬生物濾池。生物膜法是兼性生物處理過程，有機污染物的部分降解是在厭氧條件下完成的，降低了生物代謝所需要的氧量。

二、設計優(yōu)化處理系統(tǒng)

污水處理廠的處理工藝遠比其他復雜冗繁的多，特別是對難處理的工業(yè)廢水，廠內建筑物多、構筑物多、管道多，做好總體設計不僅能減少占地、節(jié)省投資、方便生產(chǎn)、美化環(huán)境，而且能降低污水處理的能耗。處理系統(tǒng)總體設計時可考慮以下因素：在條件許可時，污水應一次提升，利用重力自流經(jīng)過處理構筑物，以避免多次重復提升，節(jié)省能耗。合理設計構筑物的進水、出水形式和管道之間的連接形式，減少污水處理流程的水頭損失。構筑物和管線的布置應力求緊湊、簡潔，避免不必要的拐彎和長距離輸送。這樣往往可以有效地降低污水處理廠提升揚程，大大降低直接能耗。充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系，合理集中布置某些構筑物，如污泥濃縮池與調節(jié)池或初沉池集中。條件許可時，將某些處理單元合建，如中和反應池與沉淀池，反應池與氣浮池或濾池，調節(jié)池與濃縮池，格柵與沉砂池，多功能配水井與泵房等，以降低土建工程量。減少間接能耗的同時，亦能減少水力輸送環(huán)節(jié)，降低直接能耗。

三、選用高能效的設備與裝置

（一）污水提升泵

污水提升泵站是污水處理廠能源消耗大戶之一，泵站的節(jié)能對降低污水廠的能耗具有重要意義。污水泵站降低能耗的關鍵在于控制方式，只有實行提升過程的最優(yōu)控制，才能達到節(jié)能的目的。方法有多臺水泵對位控制、變速控制、多機組自動流量級配編組。多臺水泵對位控制就是在吸水池水位發(fā)生變化時，根據(jù)事先確定的水位等級，控制對應水泵機組的自動開停，以適應泵站來水量的變化。水泵變速控制是水泵節(jié)能的有效方法，但對于污水泵站，由于水泵揚程的變化主要取決于吸水池中水位的變化。多臺定速水泵流量級配編組控制，就是根據(jù)泵站的實際來水量，將泵站中的幾臺水泵組成幾種流量級配，使泵站的出水量比較接近實際的來水量。這樣就可以保證吸水池中的水位較長時間地穩(wěn)定在高水位上，從而使水泵的工作揚程減小，最終達到節(jié)能的目的。

（二）曝氣系統(tǒng)

污水處理中能耗最大的工序是曝氣系統(tǒng)，但是曝氣過程是活性污泥法的中心環(huán)節(jié)，如果僅從降低能耗的角度考慮，表面曝氣的性能要優(yōu)于穿孔管曝氣，微孔擴散器效率高于中氣泡、大氣泡擴散器，亦優(yōu)于表面曝氣機。但是表面曝氣機械不需要修建鼓風機房，不需設置大量布氣管道和曝氣器，因此與微孔擴散器相比，表面曝氣雖然直接能耗和間接能耗低，但氧的利用率低，在設計中，應綜合考慮采用。大中氣泡曝氣器氧的轉移率較低，微孔曝氣器氧的轉移效率較高，故目前采用微孔曝氣器較多。另一個節(jié)能的重要措施是對曝氣池供氧系統(tǒng)采用自動調節(jié)，根據(jù)曝氣池中的溶解氧濃度由現(xiàn)場PCL自動調節(jié)供氣量可節(jié)省氣量10%。鼓風機選用時，小氣量、高風壓的污水處理廠選用羅茨鼓風機，大風量低風壓的污水處理廠選用離心式鼓風機。設計和運轉時宜采用變頻調速技術，根據(jù)曝氣池溶解氧情況調節(jié)供風量，以節(jié)能降耗。

（三）污泥脫水設備

目前普遍采用的脫水機械為板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機，也有采用干化床對污泥進行自然干化。板框壓濾機較帶式壓濾機不易發(fā)生堵塞，但是帶式壓濾機能耗相對較少。現(xiàn)在又開發(fā)了兩種脫水機械：帶式濃縮脫水一體機和臥螺沉降離心脫水機。帶式濃縮脫水一體機可直接進行濃縮和脫水，省掉污泥濃縮池及攪拌設備，節(jié)約占地面積，同時水耗量小，能耗低；臥螺沉降離心脫水機同樣占地少，同時采用封閉式系統(tǒng)，作業(yè)環(huán)境好，設備磨損率低，運行費用低。雖然這兩種機械總的成本較低，但是與前面的板框式和帶式壓濾機比，前期投資適合污泥量大的污水處理廠。

四、污水處理系統(tǒng)資源利用

經(jīng)處理后的污水是一種資源，同時污水處理中的副產(chǎn)品（主要是沼氣和污泥）也有一定利用價值，對這些資源加以利用，也是污水處理廠節(jié)能降耗的有效途徑。

（一）污水的循環(huán)利用

處理后的污水一般可用于農田灌溉，經(jīng)深度處理后，可作為市政或生活雜用水，亦可作為工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水?，F(xiàn)在，很多國家已經(jīng)提倡采用此種方法來解決水危機，而且污水回用的成本在一定程度上小于給水和引水工程，但是它的大規(guī)模采用不在技術上，而是必須解決一個社會系統(tǒng)工程的問題。

（二）厭氧沼氣的利用

沼氣是污泥厭氧消化時產(chǎn)生的消化氣，將沼氣用于發(fā)電可回收大量電能，同時還可以利用沼氣發(fā)電機的冷卻水和廢氣的熱量，給消化池加溫或生產(chǎn)熱水。

（三）污泥的綜合利用

污水處理廠的污泥，尤其是生物污泥如果不含超標的重金屬和其它有害物質，就應該將污泥加以綜合利用。因為污泥中含有豐富的有機質和各種元素成分，所以是一種優(yōu)質的有機肥料，非常適合于花卉、苗圃及城市綠化。

五、結束語

污水處理廠運行成本過高的主要原因是設計不當造成運行中能耗較高。污水處理廠設計中應該采取的幾個節(jié)能措施為：確定合理的處理工藝，在設計中優(yōu)化處理系統(tǒng)總體設計，選用高能效的設備，處理系統(tǒng)資源化利用，在設計工作中多方面考慮，優(yōu)化污水處理效果和效率。

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