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【摘 要】 随着污水处理规模的增加，污水处理厂的能耗更加备受关注，本文分析了污水处理厂耗能现状，并论述了污水处理厂节能措施，以达到节能降耗的目标。
【关键词】 污水处理厂；节能减排；节能技术
1、污水处理厂耗能现状
国家对污水处理厂出水水质要求不断的提高，所带来的高运行成本便成了相关部门的工作难点，据统计污水处理厂能耗成本占污水处理厂运营维护成本的40%～80%，主要集中在污水提升、曝气供氧、污泥输送与处理和混凝沉淀等工作内容，如图1，对出水水质要求的不断提高，CO2和污泥的排放量也相应增加，这就与减排相斥。曝气供氧是CO2的主要来源部分，曝气供氧与混凝沉淀是污泥的主要产生部分。所以污水处理厂的节能减排工作成为工作重点，应探寻更好的途径和解决方案。
2、污水处理厂节能减排途径
2.1能量利用审核
相关部门对能量的使用进行审核管理，监督污水处理厂开始提前制定能量利用规划，由管理部门作出审核结果。审核管理可以提供使污水处理厂正常运转的数据，还能对污水处理厂的工艺选择以及处理方案有一定的指导性。使用生命周期分析成本的办法，对各单位的组件以及处理系统进行数据分析，优化其结构，降低能耗，节省成本，构建科学的能源利用审核程序和评估标准，用这套程序和标准对各厂的污水处理所需能量进行审核，同时要监督污水处理厂对设备进行维护，对老旧设备的升级和更换提出建议和方案：研究工程的可行性，处理方案的评估，初步的设计方案，项目的工作范围、成本以及财务评价等；详细的设计流程，包含施工、试营运、职业培训、运正式行和维护等内容，正常营运一段时间后，依据运行能耗数据检验系统的效率和成本开支。
2.2恰当工艺的选择
我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是：传统的活性污泥法（ASP）、SBR法、AB法、A/O、氧化沟A2/O以及BAF等。二级处理工艺电耗由高到低依次为：延时曝气、SBR、生物膜、氧化沟、A/O、传统活性污泥法、A2/O、土地处理和人工湿地、AB，我国污水处理厂最常见的氧化沟工艺在能耗方面不占优势。在具体选择工艺时，必须首先对以上这些工艺的特点进行思考，并且结合工程所在地区、气温、地形、电能价格、征地开支、处理厂的规模、出水的达标情况、原来水质情况、对污泥的处置情况等综合思考，然后制定一套技术上有优势、方便管理、成本较低，运行效度高，并且近期利益与远期利益都能兼顾的工艺方案。某些新的好氧生物处理工艺，如微曝氧化沟、SBR及其变形工艺、AB法等处理技术，包括厌氧或兼氧过程，并且有技术路线简捷，投资低、处理效率高、运行方式灵活等综合优势，具有较好的综合效果。例如，由于微曝氧化沟工艺从根本上改变了曝气方式，由表曝改为底部微曝，增加了传质时间和接触面积，提高了供氧能力和氧的利用率，显著地降低了曝气能耗一般中小规模的污水处理厂适用SBR法和氧化沟，在节能降耗方面优势较明显；大型的污水处理厂则首选活性污泥法（ASP），还可以根据当地的实际情况，尝试新的节能降耗工艺，例如综合式曝气系统的氧化沟工艺或厌氧处理办法，处于土地资源丰富的中小城镇还可考虑采用人工湿地处理方式，不但管理起来便捷，而且征地费用很低，还能建独特的生态景观区，达到改善生态环境的作用。例如，用于污水处理的人工湿地系统，它的成本投入只需要城市常规二级污水处理厂的1/10，而运营开支为1/2，甚至更少[1]。当出水要求脱氮除磷时，中小型污水处理厂宜采用氧化沟工艺，大型污水处理厂宜采用A2/O、A/O等工艺，但它们能耗均高于生物转盘。能耗最低的当属于生物滤池，生物膜法是兼性生物处理过程，有机污染物的部分降解是在厌氧条件下完成的，降低了生物代谢所需要的氧量和能耗。
2.3排放物的资源化和产出物节能
一般的污水处理厂其产出物为污泥、处理水、残渣等，但残渣比较少，要好处理；而污泥的产出量较大，在处理污泥上则有难度，其处理的过程和效果对整个污水处理的效果产生极大的影响。通常那些设计水量超过20×104m3/d的大型污水处理厂工程，其污泥的产量也很大，可以采用厌氧消化的办法对污泥集中处理；对于中小型的污水处理厂，可采用污泥浓缩脱水一体机进行处理，这样能够降低设备的占地面积，方便管理，有足够的地方储存污泥进行消化。拥有广阔土地，也能够用来让污泥堆肥、干化床和种植植物等，以此来完善低成本的处理系统。为了在厌氧消化的过程中产生更多的CH4，尽量对污水中的有机碳实行污泥消化，相比于传统的通过外部能量将有机碳转化为CO2这种方式更节约能源，减少曝气环节而降低CO2的排放。通常BNR的工艺中，会使用一些反硝化除磷的菌种，这些菌种在进行脱氮除磷的过程中，可抑制消耗化学需氧量，而多出来的化学需氧量将会与污泥一起进行消化，然后转化成CH4；对于污水处理过程中的出水，一般不直接排放，按照城镇的用水需求，将其进行无害化处理。[2]
2.4高效的节能装置
污水处理厂的污水提升泵的用电量在总用电量的10%～20%之间，污泥加热设备的用电量在10%～25%之间，曝气系统则占50%～70%。对污水处理厂进行节能降耗，重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率。途径有：①污水提升泵的组成设施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵和出水提升泵。针对节能需求，污水处理厂大多采用从国外进口的高效潜污泵，其工作效率高达80%以上，而且用电量比较低。水泵的有效功率为Ne=rQH，当r、Q一定时，Ne和H成正比，降低水泵的扬程可以节能降耗。具体办法有：根据污水处理厂设计规模的工程量明确提水泵的类型和数量，而且质量上要选择流量和扬程都要达到安全生产标准的。这种高效的潜污泵相比普通的离心泵，更便于安装，而且因为比普通离心泵少了辅助启动的设备和吸水竹，总耗能也较之低很多；科学设置液位控制。由于提水泵的耗电量与其扬程是成正比的，扬程高，耗电量也大。因此科学合理地设置液位，尽可能利用竹网的高水位，就能减扬程，实现泵站节能。②在出水处理的设备中，曝气池是厂区内最大的耗能物，关键要选用氧转移率相对较高的曝气装置。进口的硅橡胶管膜式微孔曝气器长度为750mm，出气量为8m3/（m.h），氧利用率为23%，输氧动力效率2.5=3.5kg/（kW.h）。与传统曝气器比较，这种新型的曝气器具备氧利用率高、布气均匀、动力效率高以及寿命长等优势，能够极大地降低了能耗。③传统的多级低速离心鼓风机效率大概在60%，而进口的单级高速离心鼓风机效率大都在80%以上，选用进口单级的高速离心鼓风机要比传统的多级低速离心鼓风机更节能。进口的单级高速离心鼓风机可以根据好氧池中混合液溶解氧浓度的变化，自动调节进风日导向叶片角度，从而改变出风量的大小，利于节能。④对曝气设备的供氧量进行自动调节。通过鼓风机对系统进行自动控制，由溶解氧探测仪对空气电动蝶阀自行调节，控制鼓风机的风量。风量得到控制，好氧的出水DO就可控制在2.0mg/的水平。一般自动DO控制是控制曝气系统运行的最好措施，它能解决曝气过少或者过度的问题，这样就能对曝气设备的能耗量进行控制。采用自动控制的曝气设备可以节能超过25%。[3]
2.5无害高效的药剂
在众多的水处理药剂中，例如杀菌剂、凝聚剂、缓蚀剂、消泡剂、阻垢剂、脱色剂、清洗剂以及絮凝剂等，大部分都是化学方法合成的有机高分子体。在选择药剂的品种和用量时，要根据所要处理污水、污染物的浓度、酸碱值、性质、温度以及杂质等因素而定，还要考虑到药剂的高效性、经济成本及其使用时是否会产生二次污染等。比如在使用胶体颗粒处理污水时，混合利用有机混凝剂和无机混凝剂，该药剂并用模式能够将污泥的含水量降到最低，还能提升污泥的脱水性能，这样不但能节约药剂用量，还能提高混凝的效果，同时其投入成本大大降低；调整污泥性能的过程中，可加入PAM和氯化物，但要注意会不会产生二次污染现象。因为PAM在使用时，会产生聚合单体丙烯酰胺，这是一种强致癌物。运用氯化物去除磷，虽然效率很高可是，需要投入比较高的费用，还会在池子和管道设备生成硬状结垢，给后面的处理工作带来不便，增加了人工费用和设备费用，与节能降耗目标不相符。我国污水处理厂使用的有机絮凝剂与无机凝聚剂都是比较经济又便捷的材料，但在处理污水的过程中，存在着耗能高的问题。专门针对节能目的研究的生物絮凝剂，弥补了传统药剂的缺陷。
参考文献：
[1]徐强.《污水处理节能减排新技术新工艺新设备》[M]，北京：化学工业出版社，2010
[2]许保玖，龙腾銳.《当代给水与废水处理原理》[M].北京：高等教育出版社，2000
[3]高廷耀等.《水污染控制工程》[M]，北京：高等教育出版社，2007
【关键词】 污水处理厂；节能减排；节能技术
1、污水处理厂耗能现状
国家对污水处理厂出水水质要求不断的提高，所带来的高运行成本便成了相关部门的工作难点，据统计污水处理厂能耗成本占污水处理厂运营维护成本的40%～80%，主要集中在污水提升、曝气供氧、污泥输送与处理和混凝沉淀等工作内容，如图1，对出水水质要求的不断提高，CO2和污泥的排放量也相应增加，这就与减排相斥。曝气供氧是CO2的主要来源部分，曝气供氧与混凝沉淀是污泥的主要产生部分。所以污水处理厂的节能减排工作成为工作重点，应探寻更好的途径和解决方案。
2、污水处理厂节能减排途径
2.1能量利用审核
相关部门对能量的使用进行审核管理，监督污水处理厂开始提前制定能量利用规划，由管理部门作出审核结果。审核管理可以提供使污水处理厂正常运转的数据，还能对污水处理厂的工艺选择以及处理方案有一定的指导性。使用生命周期分析成本的办法，对各单位的组件以及处理系统进行数据分析，优化其结构，降低能耗，节省成本，构建科学的能源利用审核程序和评估标准，用这套程序和标准对各厂的污水处理所需能量进行审核，同时要监督污水处理厂对设备进行维护，对老旧设备的升级和更换提出建议和方案：研究工程的可行性，处理方案的评估，初步的设计方案，项目的工作范围、成本以及财务评价等；详细的设计流程，包含施工、试营运、职业培训、运正式行和维护等内容，正常营运一段时间后，依据运行能耗数据检验系统的效率和成本开支。
2.2恰当工艺的选择
我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是：传统的活性污泥法（ASP）、SBR法、AB法、A/O、氧化沟A2/O以及BAF等。二级处理工艺电耗由高到低依次为：延时曝气、SBR、生物膜、氧化沟、A/O、传统活性污泥法、A2/O、土地处理和人工湿地、AB，我国污水处理厂最常见的氧化沟工艺在能耗方面不占优势。在具体选择工艺时，必须首先对以上这些工艺的特点进行思考，并且结合工程所在地区、气温、地形、电能价格、征地开支、处理厂的规模、出水的达标情况、原来水质情况、对污泥的处置情况等综合思考，然后制定一套技术上有优势、方便管理、成本较低，运行效度高，并且近期利益与远期利益都能兼顾的工艺方案。某些新的好氧生物处理工艺，如微曝氧化沟、SBR及其变形工艺、AB法等处理技术，包括厌氧或兼氧过程，并且有技术路线简捷，投资低、处理效率高、运行方式灵活等综合优势，具有较好的综合效果。例如，由于微曝氧化沟工艺从根本上改变了曝气方式，由表曝改为底部微曝，增加了传质时间和接触面积，提高了供氧能力和氧的利用率，显著地降低了曝气能耗一般中小规模的污水处理厂适用SBR法和氧化沟，在节能降耗方面优势较明显；大型的污水处理厂则首选活性污泥法（ASP），还可以根据当地的实际情况，尝试新的节能降耗工艺，例如综合式曝气系统的氧化沟工艺或厌氧处理办法，处于土地资源丰富的中小城镇还可考虑采用人工湿地处理方式，不但管理起来便捷，而且征地费用很低，还能建独特的生态景观区，达到改善生态环境的作用。例如，用于污水处理的人工湿地系统，它的成本投入只需要城市常规二级污水处理厂的1/10，而运营开支为1/2，甚至更少[1]。当出水要求脱氮除磷时，中小型污水处理厂宜采用氧化沟工艺，大型污水处理厂宜采用A2/O、A/O等工艺，但它们能耗均高于生物转盘。能耗最低的当属于生物滤池，生物膜法是兼性生物处理过程，有机污染物的部分降解是在厌氧条件下完成的，降低了生物代谢所需要的氧量和能耗。
2.3排放物的资源化和产出物节能
一般的污水处理厂其产出物为污泥、处理水、残渣等，但残渣比较少，要好处理；而污泥的产出量较大，在处理污泥上则有难度，其处理的过程和效果对整个污水处理的效果产生极大的影响。通常那些设计水量超过20×104m3/d的大型污水处理厂工程，其污泥的产量也很大，可以采用厌氧消化的办法对污泥集中处理；对于中小型的污水处理厂，可采用污泥浓缩脱水一体机进行处理，这样能够降低设备的占地面积，方便管理，有足够的地方储存污泥进行消化。拥有广阔土地，也能够用来让污泥堆肥、干化床和种植植物等，以此来完善低成本的处理系统。为了在厌氧消化的过程中产生更多的CH4，尽量对污水中的有机碳实行污泥消化，相比于传统的通过外部能量将有机碳转化为CO2这种方式更节约能源，减少曝气环节而降低CO2的排放。通常BNR的工艺中，会使用一些反硝化除磷的菌种，这些菌种在进行脱氮除磷的过程中，可抑制消耗化学需氧量，而多出来的化学需氧量将会与污泥一起进行消化，然后转化成CH4；对于污水处理过程中的出水，一般不直接排放，按照城镇的用水需求，将其进行无害化处理。[2]
2.4高效的节能装置
污水处理厂的污水提升泵的用电量在总用电量的10%～20%之间，污泥加热设备的用电量在10%～25%之间，曝气系统则占50%～70%。对污水处理厂进行节能降耗，重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率。途径有：①污水提升泵的组成设施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵和出水提升泵。针对节能需求，污水处理厂大多采用从国外进口的高效潜污泵，其工作效率高达80%以上，而且用电量比较低。水泵的有效功率为Ne=rQH，当r、Q一定时，Ne和H成正比，降低水泵的扬程可以节能降耗。具体办法有：根据污水处理厂设计规模的工程量明确提水泵的类型和数量，而且质量上要选择流量和扬程都要达到安全生产标准的。这种高效的潜污泵相比普通的离心泵，更便于安装，而且因为比普通离心泵少了辅助启动的设备和吸水竹，总耗能也较之低很多；科学设置液位控制。由于提水泵的耗电量与其扬程是成正比的，扬程高，耗电量也大。因此科学合理地设置液位，尽可能利用竹网的高水位，就能减扬程，实现泵站节能。②在出水处理的设备中，曝气池是厂区内最大的耗能物，关键要选用氧转移率相对较高的曝气装置。进口的硅橡胶管膜式微孔曝气器长度为750mm，出气量为8m3/（m.h），氧利用率为23%，输氧动力效率2.5=3.5kg/（kW.h）。与传统曝气器比较，这种新型的曝气器具备氧利用率高、布气均匀、动力效率高以及寿命长等优势，能够极大地降低了能耗。③传统的多级低速离心鼓风机效率大概在60%，而进口的单级高速离心鼓风机效率大都在80%以上，选用进口单级的高速离心鼓风机要比传统的多级低速离心鼓风机更节能。进口的单级高速离心鼓风机可以根据好氧池中混合液溶解氧浓度的变化，自动调节进风日导向叶片角度，从而改变出风量的大小，利于节能。④对曝气设备的供氧量进行自动调节。通过鼓风机对系统进行自动控制，由溶解氧探测仪对空气电动蝶阀自行调节，控制鼓风机的风量。风量得到控制，好氧的出水DO就可控制在2.0mg/的水平。一般自动DO控制是控制曝气系统运行的最好措施，它能解决曝气过少或者过度的问题，这样就能对曝气设备的能耗量进行控制。采用自动控制的曝气设备可以节能超过25%。[3]
2.5无害高效的药剂
在众多的水处理药剂中，例如杀菌剂、凝聚剂、缓蚀剂、消泡剂、阻垢剂、脱色剂、清洗剂以及絮凝剂等，大部分都是化学方法合成的有机高分子体。在选择药剂的品种和用量时，要根据所要处理污水、污染物的浓度、酸碱值、性质、温度以及杂质等因素而定，还要考虑到药剂的高效性、经济成本及其使用时是否会产生二次污染等。比如在使用胶体颗粒处理污水时，混合利用有机混凝剂和无机混凝剂，该药剂并用模式能够将污泥的含水量降到最低，还能提升污泥的脱水性能，这样不但能节约药剂用量，还能提高混凝的效果，同时其投入成本大大降低；调整污泥性能的过程中，可加入PAM和氯化物，但要注意会不会产生二次污染现象。因为PAM在使用时，会产生聚合单体丙烯酰胺，这是一种强致癌物。运用氯化物去除磷，虽然效率很高可是，需要投入比较高的费用，还会在池子和管道设备生成硬状结垢，给后面的处理工作带来不便，增加了人工费用和设备费用，与节能降耗目标不相符。我国污水处理厂使用的有机絮凝剂与无机凝聚剂都是比较经济又便捷的材料，但在处理污水的过程中，存在着耗能高的问题。专门针对节能目的研究的生物絮凝剂，弥补了传统药剂的缺陷。
参考文献：
[1]徐强.《污水处理节能减排新技术新工艺新设备》[M]，北京：化学工业出版社，2010
[2]许保玖，龙腾銳.《当代给水与废水处理原理》[M].北京：高等教育出版社，2000
[3]高廷耀等.《水污染控制工程》[M]，北京：高等教育出版社，2007