南方A城镇污水处理厂工艺运行优化及节能降耗效果分析

南方A城镇污水处理厂工艺运行优化及节能降耗效果分析

侯保连

 江苏金陵环境股份有限公司，江苏 南京 210000

摘要：以南方A城镇污水处理厂为例，从污水处理工艺特点和实际运行出发，识别运行成本控制的重点难点，降低运行成本。通过降低产泥率、减少药剂投加和精细化管理，将产泥率降低14%，除磷药剂单耗降低17%，乙酸钠单耗降低67%，整体单位变动成本降低0.033元/m3污水。A污水厂在运行中结合实际实施了多元化的管理、改造，促进了节能降耗，为污水厂运行管理提供了新思路。

关键词：城镇污水厂；成本；节能降耗；运行管理

中图分类号：TU992文献标识码：A  

随着污水收集、处理规模的不断增加，以及国家及地方对污水处理厂出水水质标准的提标，如何实现经济、高效、稳定地运行污水厂至关重要[1,2]。污水处理是环境保护的重要环节，但也是资源、能源高耗费的行业。在污水处理厂的设计[3]、运行、管理过程中，多考虑长期运行中成本的控制，减少能源资源消耗，降低运营成本，不仅能促进企业良性循环、提高企业竞争力[4]，同时有助于减少碳排放、推动节能减排。

1. A污水处理厂概况
   1. 基本情况

A污水处理厂总设计规模200000m3/d，主要收集处理生活污水，采用改良型A2/O工艺+深度处理工艺，出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A排放标准。污泥采用带式浓缩脱水一体机处理至污泥含水率不高于80%后外运进行掺烧处置。

1.2.进出水水质

A污水处理厂2022年进水主要指标浓度见表1。进水浓度较高，进水碳源充足，出水水质控制较好，污染物去除率高。

表1  2022年A污水厂进出水水质

1.3.工艺流程

图1  A污水处理厂工艺流程图

2. A污水厂运行成本分析

污水处理成本包括电费、水费、药剂费、污泥处置费、大中修费用等运行费用，还包括折旧费、人员费用和安全费用等。分析2022年A污水厂的成本组成（见图2）发现，运行成本中占比较大的是折旧费、人员费用、污泥处置费、电费，污泥处置费和电费与运行控制密切相关；药剂费用和大中修占比较少，但药剂费用与实际调控有密切关系，具有变化多、可调控性强等特点；自来水费占比极少，与厂区运行中的中水回用相关。因此，从污水厂实际运行控制和可调控性角度，本研究主要以电费、污泥处置费、药剂费、水费作为分析重点。

图2  2022年A污水厂成本组成

3. 成本控制措施和节能效果

    为了降低运行成本，减少各项费用，A厂采取了多项措施和改造，尤其是药剂单耗的控制，成果显著，对污水厂成本降低具有积极意义。本研究以2020年—2023年各项成本数据的变化，从电费、污泥处置费、药剂费和水费分别展开分析，探讨采取的节能降耗措施的效果。

（1）电费：主要分析电单耗的变化。

A污水厂2022年电单耗较2021年增加了2%，2021年电单耗较2020年增加了1%。未节约，但变化幅度不大，主要耗电设备为鼓风机、进水泵、出水泵、回流比、提升泵[5,6]。电耗有涨幅的主要原因是污水厂实施了中水回用项目，由全部中水排河改为50%补给湿地公园和周边河道、50%排河，扬程增加，出水泵运行时长随之增加，排水所需电单耗增加，2022年出水泵房电单耗较2021年增加了40%左右。

同时，为节约用电，A厂采取了以下措施：进水泵、出水泵全部增加变频器，提高了泵的效率，降低了泵的开停频率；集水井根据历史运行数据优化液位控制，降低扬程，采取电耗较低的液位区间；优化曝气系统，由盘式曝气器改为板条曝气器；强化工艺运行，根据季节及出水水质调控溶解氧控制区间，在保证水质的前提下低溶氧运行，避免好氧池末端长时间高溶氧。

（2）污泥处置费：主要分析产泥率的变化。由于污泥处置费在运行成本中占比较高[7]，控制污泥处置成本至关重要。降低污泥处置成本最直接、高效的方式就是降低污泥产量，降低产泥率。主要从两方面入手，一是减少排泥量，二是降低脱水后泥饼的含水率。

A污水厂2022年产泥率较2021年降低了14%，2021年产泥率较2020年增加了2%。在经过多次改造后，产泥率大幅降低，从降低泥饼含水率和减少排泥量入手，采取了以下措施：对带式脱水机系统进行改造，脱水机前增加泥药混合罐延长泥药混合时长、混合罐后增加浓缩罐去除部分上清液、絮凝剂配药缸增加搅拌器、脱水机增加辊轴延长压滤时间；在水质可控的条件下，春季可一定程度上允许污泥浓度上涨控制产泥，其他季节宜采取低污泥浓度、较长污泥龄运行模式，降低污泥基数和繁殖速率；加强脱水机管理，如调节泥药配比、调整上机泥量、对冲洗水进行二次增压、更换冲洗喷头型号等。

（3）药剂费：A厂使用的药剂主要包括阳离子PAM、除磷药剂PAC（10%）、消毒药剂次氯酸钠（5%）和碳源乙酸钠（20%）。除投加量控制外，药剂质量要严格把控，加强跟踪检测和管理。

  ①阳离子PAM：按污泥产量结算，所以主要要控制产泥率，与使用量无关，不再讨论。这种按产量结算的方式，可倒逼厂家把关药剂质量，避免产泥效果差用量多增加厂家成本，在运行管理上较有利。

  ②PAC：A污水厂2022年PAC单耗较2021年降低了17%，2021年PAC单耗较2020年降低了43%。化学除磷上，A厂做了很多尝试，年均单耗低于同行业平均水平，2022年PAC投加单耗约20g/m3。运行管理中较成功的经验如下：将后置除磷模式改为协同除磷，一方面节约絮凝剂的使用，另一方面有助于活性污泥沉降；PAC采用按需投加模式，根据出水水质间歇投加，尤其是3月—5月春季生物除磷效果稳定、去除率高的时段完全停止投加；PAC原液稀释后投加，稀释比根据水质变化，减少浪费和生化系统对化学除磷的依赖性；对PAC投加管道优化，强化药剂混合效果；污泥沉降较好且稳定时，适当降低外回流比，同时控制末端溶氧，强化生物除磷效果。

③次氯酸钠：A污水厂2022年次氯酸钠单耗较2021年降低了2%，2021年次氯酸钠单耗较2020年降低了1%。消毒效果受停留时间和投加浓度的影响，实际运行中基本要保持稳定投加，可根据出水流量按单耗自动投加，更节约药剂；另外，以满足出水粪大肠菌群为参考，控制较低的消毒药剂投加量，保证出水水质稳定的同时，减少对生态环境可能的次生影响。

  ④乙酸钠：A污水厂2022年乙酸钠单耗较2021年降低了67%，2021年乙酸钠单耗较2020年降低了68%。乙酸钠主要投加在生化池缺氧段和反硝化深床滤池，2020年滤池挂膜调试消耗量较大，后续A厂在乙酸钠使用上也进行了多次优化，主要如下：根据季节投加，基本只在冬季气温较低、脱氮效率低、出水总氮较高的时段投加，非连续投加；反硝化深床滤池启动后功能稳定，经过长期未投加碳源、只过滤的工况后，仍可以短时间内完成挂膜，助力碳源节约，保障水质；反硝化深床滤池在出水总氮变化时能迅速响应，冬季也可采用间歇投加，可保证水质；冬季工艺上会适当提高污泥浓度和泥龄，提高内回流比，强化生物脱氮。

（4）水费：A污水厂2022年自来水单耗较2021年降低了65%，2021年自来水单耗较2020年降低了27%。虽自来水费用在运行成本中占比较低，但水量仍较大，可能超出用水额定计划量。A厂先后对主要用水点实施了中水回用，分别在脱水机配药系统、脱水机滤布冲洗水系统、细格栅冲洗系统、PAC稀释配药系统和绿化景观等处实施了中水改造，由自来水更改为中水，用水量大大节约。在中水回用管网上，增加了二次增压泵及滤网，保证用水水压和水质水量；保留药剂配制的自来水管道，可根据需要切换。经过多年运行实践，中水对滤布冲洗和药剂配制的影响较小，能保证正常运行。

4. 结论

污水处理厂运行是复杂的、系统的工程，既要保证水质水量和稳定运行，又要节能降耗经济运行[8]。A污水处理厂通过成本分析，识别出节能的重难点在电、污泥处置费、药剂费用上。在电费控制上从主要用能设备切入，有一定节约空间；在污泥处置费上主抓排泥量和泥饼含水率，产泥率同比降低了14%；在药剂投加费用上优化投加模式和管理，除磷药剂PAC同比降低了17%，乙酸钠同比降低了67%；2022年整体单位变动成本（含水、电、药剂、污泥）同比降低了0.033元/m3污水，节能效果显著。

城镇污水处理厂的运行成本控制需全流程加强管理[9]，优化工艺运行策略，提高精细化管理程度，实现整体运行成本的节约。在具体的措施和举措上，可结合自身实际，全面分析数据，剖析可控单元，多进行尝试，探索适合本厂的运行模式。

参考文献

[1]白得文. 污水处理厂节能减排的实现途径[J]. 化工管理, 2021, 22: 31-32.

[2]肖旭. 我国城镇污水处理厂运行成本控制评价[J]. 现代盐化工, 2022, 05: 111-113.

[3]张大周. 浅析市政污水处理的成本管理[J]. 工程管理, 2020, 20: 165-166.

[4]刘安. 关于城镇污水处理厂节能减排实现途径的探究[J]. 化工管理, 2018, 05: 39-40.

[5]何大伟. 污水处理厂节能降耗与能源回收利用技术途径与策略研究[D]. 黑龙江: 哈尔滨工业大学, 2021.

[6]陈国蓉. 城市污水处理厂主要处理工艺及能耗点分析评价[J]. 山西化工, 2022, 07: 192-194.

[7]乐小青. 城市污水处理厂的运行成本分析与控制要点[J]. 江西建材, 2022, 08: 346-348.

[8]孙慧,王佳伟,吕竹明,等. 北京某大型城市污水处理厂节能降耗途径和效果分析[J]. 中国给水排水, 2019, 35（16）: 31-34.

[9]罗岩松. 城市污水处理厂节能降耗管理研究与评价[J]. 中国资源综合利用, 2021, 39（8）: 170-172.