污水能耗与能效分析

　　本文主要是对污水处理厂的能耗状况进行研究，优选节能工况，提出节能途径。在对我国城市污水处理典型工艺能量利用现状考察的基础上，分析了国内常见污水处理工艺的能耗特点以及处理厂常用设备装置和工艺工程的能耗水平，并且分析研究了污水处理能耗的构成与流向，找出能耗损失的原因以及能耗过程各个环节的影响因素。然后针对能耗原因，提出了具体可行的节能途径。
　　1 国内城市污水处理厂的工艺流程
　　城市污水处理厂的典型工艺流程如下图1.1所示：


　　该流程由完整的二级处理系统和污泥处理系统组成。一级处理是由格栅、沉砂池和沉淀池所组成，其作用是去除污水中的固体污染物质，从大块垃圾到颗粒粒径为数mm的悬浮物（非溶解性的和溶解性的）。污水中的BOD值，通过一级处理能够去除20%～30%.
　　二级处理系统是成熟污水处理厂的核心，它的作用是去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物（以BOD或COD表示）。通过二级处理，污水的 值可降至20～30mg/L,一般可达到排放水体和灌溉农田的要求。
　　污水通过管网引入污水处理厂，首先经过格栅截留污水中大块的悬浮物和漂浮物后，由潜污泵进行一次性提升，输送至沉砂池去除无机颗粒，再经集配水井分配给初沉池去除部分悬浮物，沉淀的悬浮物由污泥处理区进行处理。初沉池出水进入曝气池，在好氧条件下污水中胶体态和溶解性的有机物被池中微生物降解净化，经过生化处理的污水再由集配水井分配至二沉池进行泥水分离，澄清水排放，活性污泥由回流污泥泵回流入曝气池，剩余活性污泥排至污泥处理区进行处理。在污泥处理区，一沉池污泥及剩余污泥经浓缩、加热后进入消化池，在30～33℃进行中温消化，消化后污泥进行脱水后外运[1]。
　　各种类型的生物处理技术，如活性污泥法、生物膜法以及自然生物处理技术，只要运行正常，都能取得良好的处理效果。
　　2 污水处理工艺的能耗分析
　　城市污水处理厂消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源，其中电耗占总能耗的60%～90%。电能的消耗主要用于提升污水和污泥，生物处理的供氧和推动混合、污泥的稳定和处理、专用机械设备的能耗、附属建筑、厂区的照明等方面、用于污水生物处理过程的电耗大约占全厂用电的 70%，污泥处理电耗占 20%，厂区照明及办公室用电 10%。污水厂热能的消耗主要用于污泥加热及厂区供热，一般用于污泥加热的热耗占全厂热耗的 60%，消化池加热占 30%，厂内供热占 10%。
　　上海市政工程设计研究院羊寿生教授曾结合设计经验，对我国典型二级污水处理厂各单元过程作了能耗（电能）估算，估算结果以处理单位体积污水的耗电量表示（ ），对二级处理厂该值为0.266 ，污水厂规模按25000 。我国典型的二级城市污水处理厂电耗（表2.1）中，污水提升能耗占总能耗的 10%～20%，污水生物处理能耗（主要用于曝气供氧）占总能耗的 50%～70%，污泥处理占总能耗的 10%～25%，三者能耗之和占总直接能耗的 70%以上[2]。此结果表明，我国城市污水处理厂能耗主要用于污水、污泥的提升，生物处理的供氧，以及污泥处理这几个工艺过程，其中污水生物处理和污泥处理的单元过程耗能量要占污水厂直接能耗的60%以上。


　　 3 工程中采取的节能措施
　　 3.1 合理选择设计参数
　　根据国家有关标准，将国内已投产的污水处理厂进水水质与现场排水水质资料对比分析，提出合理的污水进水设计参数，避免取值过高，使构筑物及设备过大，形成“大马拉小车”，造成能源浪费[3]。
　　 3.2 采用合理的处理工艺
　　采用合理的处理工艺是污水处理厂节能的重要环节。 工艺是一项成熟工艺，在工业污水处理中运用较广，在我国城市污水处理中也有运用。城镇污水中含有较多的氮和磷，排入河流很容易引起水体富营养化，采用一般的二级生化处理效果不显著，而 工艺利用不同的微生物种群，使氮的去除率为60%～80%，磷的去除率为70%～90%。对较高和较低有机物浓度的城镇污水，均得到良好的处理效果。从各种生物处理能耗表（见表3.1）可以看出，氧化沟法、延时曝气能耗最高，高负荷生物滤池能耗最低。从实际运行状况看，氧化沟法出水水质较好，运行稳定；高负荷生物滤池出水水质往往达不到较高标准；活性污泥法介于其间。 工艺处理出水水质优于活性污泥法，在能耗上较活性污泥法经济。因此， 工艺是最为经济有效的处理工艺。


　　 3.3 污水 提升泵的节能
　　污水提升泵的电耗一般占全厂电耗的10%～20%，是污水厂的节能重点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；对于已投产的污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。在选用污水提升泵时，使流量和扬程的匹配尽可能达到80%以上的工作效率。根据进水流量，采用不同流量泵相互匹配，避免较多的阀门调控，损失能量。混合液回流流量大，动力消耗高，为降低能耗，本工程采用进口的大流量、低扬程的高效螺旋桨式泵，从而减少了设备台数，使得运行费用大大降低。
　　 3.4 曝气系统的节能
　　鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的40%～50%，曝气池是二级生物处理厂耗能最大的构筑物。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装置效率，降低污泥对氧的需求。采用微孔曝气器微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，因而转移速度高，节约风量。微孔曝气器，出气量为8m3/(m·h)，氧利用率23%，是新一代高效、节能型曝气装置。与传统的其他类型曝气器相比，
　　微孔曝气器具有布气均匀、氧利用率高、动力效率高等优点，而且具有通气量大、充气能力大、微孔不堵塞、使用寿命长等特点。微孔曝气器的使用大大降低了能耗[4]。
　　选择风机时，都要在计算需气量基础上加上一个足够大的安全系数，以满足最大负荷时的需要。所以在日常负荷下一般都要适当减小风量，负荷低时更应如此，这不仅是节能的需要，也是防止过曝气、保证处理效果的要求。
　　 3.5 污泥处理系统的节能
　　污泥厌氧消化池一般采用中温消化（35℃左右）。但是当投配率过低时，可考虑采用常温消化以节省能耗。
　　固体回收率不仅与处理构筑物的设计容积和运行费用有关，对污水厂污水、污泥的处理效果也有很大影响。应该对各污泥处理设施采取严格的管理措施以提高固体回收率。
　　 3.6 其余节能措施
　　对处理构筑物进行合理的分组，根据进水有机物浓度的高低，不同季节水量大小的变化，在非满负荷的条件下，可用两组或三组并联运行，以节约能源。
　　另外，采用先进的微机测控管理系统，分散检测和控制，集中显示和管理。各种设备均可根据污水水质、流量等参数自动调节运转台数或运行时间，使整个污水处理系统在最经济状态下运行，使运行费用最低。
　　 4 结论
　　由于污水处理的耗电大，成本高，尤其近年来电费不断上调，使污水处理厂的运转费用不断增高，不少建成的污水处理厂往往因经费不足而不能正常运转。使大量的基建投资不能充分发挥其环境效益、经济效益和社会效益。因此在污水厂的建设过程中应选择合理的处理工艺，尽可能地使用节能设备及装置，加强科学的管理，逐步实现污水资源化，才能使污水处理技术向低能耗、高效率的方向发展。
　　 参考文献
　　[1] 张自杰.排水工程（下册）.北京：中国建筑工业出版社，2000
　　[2] 羊寿生.城市污水处理厂的能源消耗.给水排水，1984
　　[3] 王彩霞.城市污水处理厂能源开发利用与节能技术.设计与研究，1991
　　[4] 林荣忱，李金河等.污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径.中国给水排水，1991