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【摘 要】 随着我国越来越多的污水处理厂建设运行，高能耗成为污水处理厂的主要问题之一，不仅造成污水厂的高运行成本，也影响污水厂的投资效益。分析我国城镇污水处理设施，找出我国城镇典型工艺污水处理厂，即A2/O工艺5万吨/天污水处理厂。通过资料和实际用电负荷计算得出典型工艺A2/O五万吨污水处理厂电耗为0.381kWh/m3，为污水厂的运行成本和投资测算提供指导意义。
【关键词】 城镇污水；典型工艺；A2/O；能耗分析
污水处理是高能耗产业之一，其能源消耗主要是电量消耗，占总能耗的60%-90%【1】。高能耗不仅加剧了我国当前的能源危机，也造成高处理成本，致使一些中小型污水处理厂难以正常运行，降低了污水厂的投资效益。对污水处理厂的能耗情况进行分析，在保障污水处理量和尾水达标排放前提下，提高能源利用率，降低处理成本，对缓解我国当前的能源危机及保障污水处理厂投资收益具有重要意义。
一、污水处理现状
（一）我国污水处理现状及建设成就
经过几十年的努力，我国污水处理得到了很大的发展，1986年～1990年我国工业废水（不含乡镇污水）平均处理率仅27.5%，城市生活污水处理率更低；2000年全国城镇所有污水处理率己达到25%，到2010年全国城市污水处理率达到77.4%，比2000年提高了足足50个比分点。特别是近几年来，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。
全国城市污水年排放量、处理量、处理率（2000-2012年）
2014年4月，环保部发布《关于公布2013年全国城镇污水处理设施名单的公告》，公布全国已建成投运的城镇污水处理设施（含建制镇和工业园区污水处理设施）名单。根据公告，2013年年底，全国投运的城镇污水处理设施（含建制镇和工业园区污水处理设施）共4136座，总设计处理能力1.61亿吨/日，平均日处理水量1.26亿吨。其中，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3513座，污水处理能力约1.49亿立方米/日，比2012年年底增加处理能力约680万立方米/日。除黑龙江省尚志市、五常市、密山市、铁力市、海伦市，西藏自治区日喀则市6个城市外，全国建有污水处理厂的设市城市为651个，占设市城市总数的99.1%；累计建成污水处理厂1999座，形成污水处理能力1.22亿立方米/日，比2012年底增加了500万立方米/日。
（二）污水处理存在的问题
随着我国城镇污水处理设施日益完善，污水处理厂运营管理越来越重要。虽然污水设施越建越多，但环境污染仍在加剧，环境事件仍然频发。
1、缺乏资金。虽然近年来我国城市污水处理得到了很大的发展，污水处理率和处理能力也有较大提高，但是总体处理能力较欧美发达国家还有一定差距，特别是小城镇和乡镇一级的污水处理能力底，而且地区分布不平衡，东南沿海省份发展快，处理能力高，中部和西部发展缓慢，需要大量的资金来投入污水处理，然而我国经济条件的限制下，在短时间内很难有大量的资金投入。
2、中水回用率低。目前、我国中水回用率低于10%，“十二五”末要提高到15%，发达国家高于50%。我国中水处理和回用有诸多的影响因素，一方面，由于缺乏资金。另一方面，我国城市中老城较多，老城区污水收水管网多为合流制，或是改造后的分流制或截流制管网。而且这些城市往往地下管网复杂，给重新铺设新的中水管线加大了难度。
3、污水处理电耗高。据专家提供的数据，中国城镇污水处理年电耗已突破100亿千瓦时，其能耗约占到社会总能耗的2%，且将继续增大。高能耗一方面导致污水处理成本升高，另一方面也在一定程度上加剧了我国当前的能源危机。因此，开展城市污水处理厂节能降耗技术的研究已成为当务之急。
二、污水处理厂能耗水平
（一）国外污水处理厂能耗水平
欧美发达国家从上世纪70年代就已经开始对污水处理厂能耗研究，由于能源危机，许多的技术、人才和资金开始大量投入节能技术领域的研究。采用不同的技术，城市污水处理能耗的差别也很大，而技术的选用主要受污染控制要求和土地资源约束两方面限制。具有硝化作用的深度处理能耗是简单过滤处理技术的2倍，稳定塘类技术能耗较低但需要占用较多的土地。
在美国，大型污水处理厂（约38万m3/d）的电耗水平一般为【2】：一级过滤处理0.177kWh/m3，活性污泥法约0.272kWh/m3，深度处理约0.314kWh/m3，具有硝化作用的深度处理约0.412kWh/m3。造成能耗上升的主要原因是曝气及污泥回流。据美国电力研究协会（EPRI）统计，不同工艺、不用规模的美国污水处理厂的平均电耗见表1。
在欧洲，污水处理研究较多，德国斯图亚特大学水污染控制与垃圾处理研究中心对欧洲的1000多座不同工艺和规模的污水处理厂的能耗指標进行了调查和研究，具体数据，见表2。
我国对污水处理厂能耗研究比较晚也比较少且远远滞后于发达国家。据资料显示，我国目前二级污水处理单元平均吨水电耗为0.14-0.28kWh/m3，若包括污泥处理部分，吨水电耗约为0.19-0.36kWh/m3。上海市政工程设计研究院羊寿生【4】教授曾结合自己的设计经验，对国内典型一、二级污水处理工艺各单元过程作了电能估算，估算结果以处理单位体积污水的耗电量表示（kWh/m3），一级城市污水处理厂电耗值为0.072kWh/m3，二级处理厂电耗值为0.266kWh/m3（表3）。污水厂规模按25000m3/d计。
不同的处理规模和不同的工艺电耗也不一样。据文献报导的我国部分污水处理厂的电耗见表4。在考虑污泥消化的情况下，我国污水厂的电耗水平为0.29—0.4kWh/m3。
通过以上分析，不同地区、不同规模、不同处理工艺，污水处理厂电耗也就不同，差别也比较大。随着我国城镇污水处理设施不断完善，污水厂提标改造快速推进，深化处理以及中水回用越来越多，我国城镇污水处理厂电耗还将更高。 三、典型工艺污水处理厂能耗分析
（一）污水处理厂工艺技术介绍
城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理（水线）污泥处理等工段。由机械处理和生化处理构成的系统属于二级处理系统，其BOD5和SS去除率可达到90%～98%。处理效果介于一级和二级处理之间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理，主要有高负荷生物处理法和化学法两大类，BOD5去除率45%～75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了去除特定的物质，在二级处理之后设置的处理系统属三级处理，例如化学除磷，絮凝过滤，活性炭吸附等。
目前，城镇污水处理厂工艺已经相当成熟，其核心技术为活性污泥法和生物膜法，对活性污泥法（或生物膜法）的改进及发展形成了各种不同的生活污水处理工艺。根据曝气池的形状和曝气装置可以把污水处理工艺分为：常规活性污泥工艺、生物滤池工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、百乐克工艺、A/B工藝等。
（一）污水处理厂工艺和规模分析
根据最近环保部发布《关于公布2013年全国城镇污水处理设施名单的公告》统计，A2/O、氧化沟、A/O三种技术工艺无论在项目数量上还是在设计处理规模的占比均排在其他工艺之前，位列前三位，尤其是A2/O和氧化沟工艺应用十分广泛。详见图2、图3。
在公布的4136座城镇污水处理厂中，A2/O和氧化沟占据绝对优势，采用A2/O工艺的有886座，采用氧化沟工艺的701座，分别占全国城镇污水处理厂总数量的21.42%和16.95%。从规模来看，A2/O工艺总设计处理能力4422.07万吨/日，氧化沟工艺总设计处理能力2534.20万吨/日，占比分别为27.52%和15.77%。
综上可以看出，A2/O和氧化沟工艺是我国城镇污水处理厂典型工艺。
从污水处理厂数量来看，2-5万吨规模的污水处理厂1409个，占全国城镇污水处理厂总数量的34%，这跟全国城市人口规模分布特点相识。2-5万吨/日规模的污水处理厂多以市县一级的城市为主，20万吨以上的规模多以大中城市为主。
综上所述，我国污水处理厂典型工艺应为A2/O和氧化沟工艺，设计处理规模以2-5万吨/日为主。因此，我国典型工艺污水处理厂为A2/O工艺、5万吨/日设计规模的污水处理厂，它是我国城镇污水处理设施中应用最广也是最多的一种污水处理厂，对其进行节能降耗和新能源应用研究有重要的意义和推广价值。
（二）典型工艺污水处理厂能耗分析
根据前面所述，我国典型工艺污水处理厂为A2/O五万吨污水处理厂，出水达到中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准，主要工艺为A2/O+深度处理，处理规模为5万吨/日，污泥处理采用污泥浓缩脱水工艺，浓缩后以泥饼外运或堆肥处理。
A2/O工艺是传统活性污泥工艺、生物脱氮工艺和生物除磷工艺的综合，能同时具有去除有机物、除磷脱氮的功能，可以称为最简单的同步除磷脱氮的工艺。从工艺上来说，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段，是典型的二级生化处理系统，也是国内应用最广泛的污水处理工艺。同时为了达到一级A的排放要求，后续要增加深度处理工艺。
其典型的工艺流程和构筑物与负荷计算表如下：
从表5可以看出，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂负荷计算为793.59kw，吨水电耗为0.381kWh/m3，比资料中国内60万吨规模的A2/O污水处理厂电耗0.338kWh/m3要高。如果考虑到60万吨规模的A2/O工艺+深度处理系统，还有规模效应，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂单位电耗为0.381kWh/m3还是比较合理的。比较美国相识规模深度处理工艺单位电耗0.372kWh/m3水平，此电耗水平要略高。
综上所述，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂能耗水平为0.381kWh/m3。其它规模根据以前的统计数据参考，不再做具体分析。即十万吨规模的污水处理厂能耗水平为0.345kWh/m3，2.5万吨规模的污水处理厂能耗水平为0.406kWh/m3。
四、结论
1、通过对我国城镇污水处理厂设施分析，我国城镇典型的污水处理厂为A2/O工艺五万吨每天的污水处理厂。
2、通过对污水处理厂能耗分析，得出我国城镇典型工艺A2/O五万吨污水处理厂电耗为0.381kWh/m3。
3、通过分析可知，污水处理厂电耗水平与工艺水平、处理规模、处理水质等有关，规模越大电耗越低，规模越小电耗越大。
参考文献：
【1】金文杰，杨丹丹.污水处理厂能耗分析方法.环保科技，2012（2）：18-19
【2】Electric Power Research Institute.Water and sustainability：U.S.Electricity consumption for water supply& treatment-the next half century[R].Palo Alto，CA：Electric Power Research Insti—tute，2002.
【3】Vinton W.Bacon，Roberts T.Ballner and Richard Griskey.Oxygen transfer tests Prove efficiency offine bubble diffuser[J].Water&Sewage Works，1977，（9）：12-124
【4】羊寿生.城市污水厂的能源消耗[J].给水排水，1984（6）：15—19
【5】王崇.污水处理厂能耗分布与节能机会分析.市政技术，2013（3）：148-151
【关键词】 城镇污水；典型工艺；A2/O；能耗分析
污水处理是高能耗产业之一，其能源消耗主要是电量消耗，占总能耗的60%-90%【1】。高能耗不仅加剧了我国当前的能源危机，也造成高处理成本，致使一些中小型污水处理厂难以正常运行，降低了污水厂的投资效益。对污水处理厂的能耗情况进行分析，在保障污水处理量和尾水达标排放前提下，提高能源利用率，降低处理成本，对缓解我国当前的能源危机及保障污水处理厂投资收益具有重要意义。
一、污水处理现状
（一）我国污水处理现状及建设成就
经过几十年的努力，我国污水处理得到了很大的发展，1986年～1990年我国工业废水（不含乡镇污水）平均处理率仅27.5%，城市生活污水处理率更低；2000年全国城镇所有污水处理率己达到25%，到2010年全国城市污水处理率达到77.4%，比2000年提高了足足50个比分点。特别是近几年来，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。
全国城市污水年排放量、处理量、处理率（2000-2012年）
2014年4月，环保部发布《关于公布2013年全国城镇污水处理设施名单的公告》，公布全国已建成投运的城镇污水处理设施（含建制镇和工业园区污水处理设施）名单。根据公告，2013年年底，全国投运的城镇污水处理设施（含建制镇和工业园区污水处理设施）共4136座，总设计处理能力1.61亿吨/日，平均日处理水量1.26亿吨。其中，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3513座，污水处理能力约1.49亿立方米/日，比2012年年底增加处理能力约680万立方米/日。除黑龙江省尚志市、五常市、密山市、铁力市、海伦市，西藏自治区日喀则市6个城市外，全国建有污水处理厂的设市城市为651个，占设市城市总数的99.1%；累计建成污水处理厂1999座，形成污水处理能力1.22亿立方米/日，比2012年底增加了500万立方米/日。
（二）污水处理存在的问题
随着我国城镇污水处理设施日益完善，污水处理厂运营管理越来越重要。虽然污水设施越建越多，但环境污染仍在加剧，环境事件仍然频发。
1、缺乏资金。虽然近年来我国城市污水处理得到了很大的发展，污水处理率和处理能力也有较大提高，但是总体处理能力较欧美发达国家还有一定差距，特别是小城镇和乡镇一级的污水处理能力底，而且地区分布不平衡，东南沿海省份发展快，处理能力高，中部和西部发展缓慢，需要大量的资金来投入污水处理，然而我国经济条件的限制下，在短时间内很难有大量的资金投入。
2、中水回用率低。目前、我国中水回用率低于10%，“十二五”末要提高到15%，发达国家高于50%。我国中水处理和回用有诸多的影响因素，一方面，由于缺乏资金。另一方面，我国城市中老城较多，老城区污水收水管网多为合流制，或是改造后的分流制或截流制管网。而且这些城市往往地下管网复杂，给重新铺设新的中水管线加大了难度。
3、污水处理电耗高。据专家提供的数据，中国城镇污水处理年电耗已突破100亿千瓦时，其能耗约占到社会总能耗的2%，且将继续增大。高能耗一方面导致污水处理成本升高，另一方面也在一定程度上加剧了我国当前的能源危机。因此，开展城市污水处理厂节能降耗技术的研究已成为当务之急。
二、污水处理厂能耗水平
（一）国外污水处理厂能耗水平
欧美发达国家从上世纪70年代就已经开始对污水处理厂能耗研究，由于能源危机，许多的技术、人才和资金开始大量投入节能技术领域的研究。采用不同的技术，城市污水处理能耗的差别也很大，而技术的选用主要受污染控制要求和土地资源约束两方面限制。具有硝化作用的深度处理能耗是简单过滤处理技术的2倍，稳定塘类技术能耗较低但需要占用较多的土地。
在美国，大型污水处理厂（约38万m3/d）的电耗水平一般为【2】：一级过滤处理0.177kWh/m3，活性污泥法约0.272kWh/m3，深度处理约0.314kWh/m3，具有硝化作用的深度处理约0.412kWh/m3。造成能耗上升的主要原因是曝气及污泥回流。据美国电力研究协会（EPRI）统计，不同工艺、不用规模的美国污水处理厂的平均电耗见表1。
在欧洲，污水处理研究较多，德国斯图亚特大学水污染控制与垃圾处理研究中心对欧洲的1000多座不同工艺和规模的污水处理厂的能耗指標进行了调查和研究，具体数据，见表2。
我国对污水处理厂能耗研究比较晚也比较少且远远滞后于发达国家。据资料显示，我国目前二级污水处理单元平均吨水电耗为0.14-0.28kWh/m3，若包括污泥处理部分，吨水电耗约为0.19-0.36kWh/m3。上海市政工程设计研究院羊寿生【4】教授曾结合自己的设计经验，对国内典型一、二级污水处理工艺各单元过程作了电能估算，估算结果以处理单位体积污水的耗电量表示（kWh/m3），一级城市污水处理厂电耗值为0.072kWh/m3，二级处理厂电耗值为0.266kWh/m3（表3）。污水厂规模按25000m3/d计。
不同的处理规模和不同的工艺电耗也不一样。据文献报导的我国部分污水处理厂的电耗见表4。在考虑污泥消化的情况下，我国污水厂的电耗水平为0.29—0.4kWh/m3。
通过以上分析，不同地区、不同规模、不同处理工艺，污水处理厂电耗也就不同，差别也比较大。随着我国城镇污水处理设施不断完善，污水厂提标改造快速推进，深化处理以及中水回用越来越多，我国城镇污水处理厂电耗还将更高。 三、典型工艺污水处理厂能耗分析
（一）污水处理厂工艺技术介绍
城市污水处理工艺流程主要包括机械处理、生化处理（水线）污泥处理等工段。由机械处理和生化处理构成的系统属于二级处理系统，其BOD5和SS去除率可达到90%～98%。处理效果介于一级和二级处理之间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理，主要有高负荷生物处理法和化学法两大类，BOD5去除率45%～75%。具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理。为了去除特定的物质，在二级处理之后设置的处理系统属三级处理，例如化学除磷，絮凝过滤，活性炭吸附等。
目前，城镇污水处理厂工艺已经相当成熟，其核心技术为活性污泥法和生物膜法，对活性污泥法（或生物膜法）的改进及发展形成了各种不同的生活污水处理工艺。根据曝气池的形状和曝气装置可以把污水处理工艺分为：常规活性污泥工艺、生物滤池工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、百乐克工艺、A/B工藝等。
（一）污水处理厂工艺和规模分析
根据最近环保部发布《关于公布2013年全国城镇污水处理设施名单的公告》统计，A2/O、氧化沟、A/O三种技术工艺无论在项目数量上还是在设计处理规模的占比均排在其他工艺之前，位列前三位，尤其是A2/O和氧化沟工艺应用十分广泛。详见图2、图3。
在公布的4136座城镇污水处理厂中，A2/O和氧化沟占据绝对优势，采用A2/O工艺的有886座，采用氧化沟工艺的701座，分别占全国城镇污水处理厂总数量的21.42%和16.95%。从规模来看，A2/O工艺总设计处理能力4422.07万吨/日，氧化沟工艺总设计处理能力2534.20万吨/日，占比分别为27.52%和15.77%。
综上可以看出，A2/O和氧化沟工艺是我国城镇污水处理厂典型工艺。
从污水处理厂数量来看，2-5万吨规模的污水处理厂1409个，占全国城镇污水处理厂总数量的34%，这跟全国城市人口规模分布特点相识。2-5万吨/日规模的污水处理厂多以市县一级的城市为主，20万吨以上的规模多以大中城市为主。
综上所述，我国污水处理厂典型工艺应为A2/O和氧化沟工艺，设计处理规模以2-5万吨/日为主。因此，我国典型工艺污水处理厂为A2/O工艺、5万吨/日设计规模的污水处理厂，它是我国城镇污水处理设施中应用最广也是最多的一种污水处理厂，对其进行节能降耗和新能源应用研究有重要的意义和推广价值。
（二）典型工艺污水处理厂能耗分析
根据前面所述，我国典型工艺污水处理厂为A2/O五万吨污水处理厂，出水达到中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A排放标准，主要工艺为A2/O+深度处理，处理规模为5万吨/日，污泥处理采用污泥浓缩脱水工艺，浓缩后以泥饼外运或堆肥处理。
A2/O工艺是传统活性污泥工艺、生物脱氮工艺和生物除磷工艺的综合，能同时具有去除有机物、除磷脱氮的功能，可以称为最简单的同步除磷脱氮的工艺。从工艺上来说，它是在传统活性污泥法的基础上增加一个缺氧段和一个厌氧段，是典型的二级生化处理系统，也是国内应用最广泛的污水处理工艺。同时为了达到一级A的排放要求，后续要增加深度处理工艺。
其典型的工艺流程和构筑物与负荷计算表如下：
从表5可以看出，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂负荷计算为793.59kw，吨水电耗为0.381kWh/m3，比资料中国内60万吨规模的A2/O污水处理厂电耗0.338kWh/m3要高。如果考虑到60万吨规模的A2/O工艺+深度处理系统，还有规模效应，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂单位电耗为0.381kWh/m3还是比较合理的。比较美国相识规模深度处理工艺单位电耗0.372kWh/m3水平，此电耗水平要略高。
综上所述，典型工艺A2/O五万吨污水处理厂能耗水平为0.381kWh/m3。其它规模根据以前的统计数据参考，不再做具体分析。即十万吨规模的污水处理厂能耗水平为0.345kWh/m3，2.5万吨规模的污水处理厂能耗水平为0.406kWh/m3。
四、结论
1、通过对我国城镇污水处理厂设施分析，我国城镇典型的污水处理厂为A2/O工艺五万吨每天的污水处理厂。
2、通过对污水处理厂能耗分析，得出我国城镇典型工艺A2/O五万吨污水处理厂电耗为0.381kWh/m3。
3、通过分析可知，污水处理厂电耗水平与工艺水平、处理规模、处理水质等有关，规模越大电耗越低，规模越小电耗越大。
参考文献：
【1】金文杰，杨丹丹.污水处理厂能耗分析方法.环保科技，2012（2）：18-19
【2】Electric Power Research Institute.Water and sustainability：U.S.Electricity consumption for water supply& treatment-the next half century[R].Palo Alto，CA：Electric Power Research Insti—tute，2002.
【3】Vinton W.Bacon，Roberts T.Ballner and Richard Griskey.Oxygen transfer tests Prove efficiency offine bubble diffuser[J].Water&Sewage Works，1977，（9）：12-124
【4】羊寿生.城市污水厂的能源消耗[J].给水排水，1984（6）：15—19
【5】王崇.污水处理厂能耗分布与节能机会分析.市政技术，2013（3）：148-151