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0概述

污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用，主要由電耗費(fèi)、維修費(fèi)、藥劑費(fèi)、污泥處置費(fèi)、水費(fèi)等組成。其中電費(fèi)通常能占到整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的30%～40%。當(dāng)然在不同污水處理廠的運(yùn)行中，實(shí)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(yùn)行模式等因素有關(guān)。在能保障污水處理量和尾水達(dá)標(biāo)排放的前提下，對污水處理廠運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理，節(jié)約能源費(fèi)用，降低處理成本是保障污水處理廠正常運(yùn)行的重要手段。近幾年以電費(fèi)為主的能耗費(fèi)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(guān)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(shè)計(jì)及管路設(shè)計(jì)、設(shè)備選型，加強(qiáng)日常運(yùn)行管理等方面入手。本文僅從設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的核心，也是決定污水處理廠能耗高低的關(guān)鍵因素。對于城市污水處理廠，因?yàn)閺U水可生化性通常比較好，基于運(yùn)行費(fèi)用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針對不同的進(jìn)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(shè)備簡單、易管理，無需二沉池，20世紀(jì)90年代中后期比較流行，但曝氣設(shè)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(kuò)建，但設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)備維護(hù)費(fèi)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(yīng)用。不同的處理工藝對污水處理廠的運(yùn)行與節(jié)能尤為關(guān)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(jìn)水井，經(jīng)粗格柵攔截大雜物后，經(jīng)提升泵提升，經(jīng)過細(xì)格柵、沉砂池等預(yù)處理后，進(jìn)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(shè)施，達(dá)標(biāo)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(yùn)輸工具運(yùn)往垃圾處理場進(jìn)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(shè)備）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)中節(jié)能考慮的重點(diǎn)主要集中在這幾個(gè)部分。

2污水處理廠設(shè)計(jì)流程中的節(jié)能考慮

2.1總圖污水處理廠進(jìn)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(shè)計(jì)過程中不能更改。為降低污水提升高程，應(yīng)在進(jìn)行水力高程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮盡量將污水處理構(gòu)筑物布置在地勢較低和鄰近排放水體處，設(shè)計(jì)時(shí)以排放點(diǎn)水位高程為基準(zhǔn)，最終排放構(gòu)筑物內(nèi)的水面高程只要能滿足尾水排放需要即可。同時(shí)應(yīng)設(shè)法減少工藝線內(nèi)的水頭損失，總圖布置應(yīng)緊湊、順暢，盡量縮短管道輸送長度，減少管道的轉(zhuǎn)折、迂回。構(gòu)筑物間盡量采用渠道連接。同時(shí)盡量減少跌水。在進(jìn)行水頭損失計(jì)算時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(dāng)可觀的。

2.2進(jìn)水提升泵房城市污水處理廠的污水來源通常比較復(fù)雜，不同時(shí)段的水量變化比較大。設(shè)計(jì)前應(yīng)盡量做好調(diào)研工作，掌握水量變化規(guī)律，選擇適當(dāng)?shù)奶嵘脭?shù)量及流量組合?，F(xiàn)在污水處理廠的設(shè)計(jì)中變頻技術(shù)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(dāng)比例的電耗。目前在建的北京清河污水處理廠15萬t/d擴(kuò)建工程，進(jìn)水提升泵房中設(shè)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(jìn)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(shè)置出水管，與出水井一一對應(yīng)。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(yáng)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(shí)，應(yīng)仔細(xì)研究泵的性能曲線，所選擇泵的工況點(diǎn)應(yīng)落在高效區(qū)內(nèi)。自動運(yùn)行時(shí)，一般用液位進(jìn)行控制。在進(jìn)水泵房設(shè)計(jì)時(shí)，工藝人員對控制液位就應(yīng)該有所預(yù)期。

2.3細(xì)格柵細(xì)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(jìn)行水力高程設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮格柵前后合理的液位差。細(xì)格柵的類型比較多，比較常見的是機(jī)械回轉(zhuǎn)式格柵，隨著MBR工藝的應(yīng)用，網(wǎng)板式格柵、轉(zhuǎn)鼓式格柵等也經(jīng)常有應(yīng)用。應(yīng)該根據(jù)后續(xù)工藝要求，選擇適當(dāng)?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(zhuǎn)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(shí)也是污水處理廠最能體現(xiàn)節(jié)能效果的部分。設(shè)計(jì)中建議注意以下幾個(gè)方面。

2.4.1合理選擇曝氣設(shè)備曝氣系統(tǒng)總體上可分為鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣。機(jī)械曝氣與傳統(tǒng)工藝的鼓風(fēng)曝氣形式相比，曝氣系統(tǒng)非常簡單。機(jī)械曝氣最為人熟悉的場合就是在氧化溝工藝中的應(yīng)用，例如邯鄲西污水處理廠采用的就是曝氣轉(zhuǎn)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(jī)。但總體而言，機(jī)械曝氣的傳氧效率比鼓風(fēng)曝氣低，也就意味著能耗高。鼓風(fēng)曝氣的擴(kuò)散設(shè)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(hù)簡單，但能耗要高于微孔擴(kuò)散器，在大型城市污水處理廠中很少采用?？傊?，在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，需要根據(jù)處理工藝、處理規(guī)模、水質(zhì)情況等進(jìn)行比選。目前應(yīng)用最廣泛的還是微孔曝氣盤，設(shè)計(jì)過程中同時(shí)應(yīng)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(yīng)方便工人操作。

2.4.2準(zhǔn)確計(jì)算曝氣量計(jì)算曝氣量時(shí)應(yīng)依據(jù)處理工藝、進(jìn)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(shè)備的傳氧效率等因素，而不是簡單地用汽水比進(jìn)行估算。有人習(xí)慣用汽水比12：1這個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算曝氣量，但現(xiàn)在曝氣設(shè)備的傳氧效率普遍提高了，對于典型的市政污水這個(gè)比值似乎偏高。如果計(jì)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(shè)置推流器來解決。某污水處理廠采用生物曝氣擴(kuò)散系統(tǒng)（見圖2）。曝氣池被設(shè)計(jì)成氧化溝的池型，曝氣盤分段布置，中間的過度段設(shè)置有推流攪拌器。從實(shí)際運(yùn)行情況看，整個(gè)曝氣池形成了很好的循環(huán)流動。

2.4.3應(yīng)用風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)曝氣過程節(jié)能的重要措施在于風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用。鼓風(fēng)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(guān)。MBR工藝的曝氣池混合液濃度可以達(dá)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(fèi)能源?？梢圆捎糜?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)供氣量，保持DO值穩(wěn)定在設(shè)定的控制值附近。從工藝設(shè)計(jì)方面，需要為實(shí)現(xiàn)此控制設(shè)置空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計(jì)、壓力傳感器，以及鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施。需要提醒的是，選擇空氣調(diào)節(jié)閥時(shí)需要向供貨商索要性能曲線，閥板開度與氣量之間的關(guān)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(yīng)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?yàn)檎{(diào)節(jié)閥不能正常工作，以致處理廠放棄自動控制。

3總結(jié)

總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員共同努力。對于設(shè)計(jì)人員，宜將注意力放到節(jié)能的重點(diǎn)區(qū)域上。同時(shí)在進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮將來運(yùn)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(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員共同努力。對于設(shè)計(jì)人員，宜將注意力放到節(jié)能的重點(diǎn)區(qū)域上。同時(shí)在進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮將來運(yùn)行管理人員可操控性。