城市污水处理厂能耗分析及节能途径

城市污水处理厂能耗分析及节能途径

艾洪苑

中铁四局集团第三建设有限公司  天津300011

摘要：现如今，随着中国的城市化建设速度正持续的高速增长与提高，中国城市环境污染的状况也日益严峻，为了能够更高效地处理城市污水问题，处理污泥，解决污染问题，建立城市污水处理厂，已经成为了目前对我国来说十分关键的一件工作。尽管建立城市污水处理厂是相对简单的事情，但是对于后期城市污水处理厂维护就是相当繁琐和麻烦的一件事情，同时由于城市污水的处理所耗费的能量相当多而且成本又相当的昂贵，从而造成了许多企业的污水处理厂并不能完全付诸实施。

关键词：污水处理技术；能源；分析；节水技术；成本

由于人民生活水平的提升，城市居民的生活污水和工业所生产污泥数量都大大增加，因此也建设了不少的城市污水处理厂，对降低环境污染负担改善水环境质量方面作出了重要的努力，不过由于城市污水处理厂也属于低能耗高效的行业之一，这也就导致了污水处理生产成本的增加，使得部分城市污水处理厂会因高昂的管理费用而无法正常运转，但同时这又是对资源最大的一次消耗与损失，所以城市污水处理厂企业应在确保节流与排放的情况下，对城市污水处理厂的高能耗效率单体和装置开展节能降耗的工艺研究，以确保自然资源与城市污水处理厂的可持续发展。为了达到这一目标就必须仔细研究城市污水处理厂中的能源使用情况，从过程中的物流情况出发探索节能降耗新举措和改善城市污水厂管理的必要手段。

1污水处理厂的能耗组成分析

污水处理标准是指通过对污水中不同物质的分别处理，从而获得相应的水质标准。污水处理技术是促进环保可持续发展的重要基础，同时也是合理保护自然资源不可分割的一种措施。在中国，城市污水处理厂的建设速度相较于其他发达国家的进展较为迟缓，而能源消耗问题也并不能受到民众充分的重视。由于我国城市化的高速发展，加上污染方面的日益严重，国家在现如今已经开始重视城市污水建设的管理工作，并且在加紧投入兴建城市污水处理厂。随着市民生活条件的改善，对水质的重视和日益提高，对污水排放的标准和规范也日益严苛。于是，能源消耗和成本的提高，使得污水处理中的能源问题逐渐地引起人们的注意与重视。目前，生物处理的供氧系统、污水和污泥的升级已经成为城市污水处理厂能源消耗最大的一种工艺。在所有污水处理厂的直接能耗中，污水和污泥处理的直接能耗都非常高。污水处理厂在生化处理阶段产生的主要能耗是曝气、污水回用和污泥处理。此外，还由于污水处理得较多能源消耗以及城市污水处理厂的建造成本相对较高，等一些原因上也造成了城市污水处理厂的建设步伐相当地迟缓。所以，高质量、低消耗的创新科技措施，是目前保障自然资源和促进生态可持续发展的关键力量。

2城镇污水处理厂的能耗现状

城市污水处理厂的污水处理方法，是利用特定的工艺方法使污泥中的废水与污物分离，以便取得可以满足特定质量标准的有效用水。以往的城市污水处理厂建造目的主要就是为了降低生产水对生态的危害，所以对处理后的用水效率需求也就相对较小，但是由于当前的水资源紧张问题越来越严峻，因此城市污水处理厂在处理后的供水用途也将逐步扩大，为了达到水质效率的进一步提高，以及实现资源回收再利用，污水处理工艺也需要不断进步，这也从一定意义上增加了建造城市污水处理厂的困难，而且由于城市污水处理厂建造要求耗费比较多的电力资金，同时生产成本也比较高昂。同时，能源高效的污水处理也是对城镇资源的又一次消耗，同时还会带来一定的环境危害，所以，对城镇污泥处理厂只能继续做好工艺改善，才能实现在节省资源的同时，也达到了污水处理的效果。当前，经济开发区第二污水处理厂的技术主要采取A2/O+转盘过滤器+消毒（主体技术），流程：进水→粗格栅→污泥提升泵→细格栅→沉砂池→A2/O氧化沟→二沉池→转盘过滤池→消毒→最后再进入河道。据文献显示在上述流程中，以二级处理单元所消耗能量最高，约占整个污泥处理厂总能量的69%；然后是预处理单元，约占总能量的百分之二十一，最后污泥处理单元和其他设备约占总能量的百分之十。由此可见，节能潜力最高的预处理与二级处理单元，其次为污泥处理单元。因此，节能工程必须从上述三个主要水处理单元入手，对其关键器件的工作状态和运作方式加以挖掘研究，以便于达到对整个污水处理体系的有效节能。

3节能减耗控制在污水处理厂运行中的重要性

近年来，污水处理厂在开展项目的实践过程当中开始逐渐产生了对节能的新认识和相应方法。不过，由于在总体的运行流程当中，仍然消耗了大量的能源，因此尽管整体污水处理能力已经有所提高，但是受到整体工艺的影响，在工艺方面仍然相对比较落后，因此节约损耗的效果并没有非常突出，也不能取得预想的成效，这也造成了在具体的节能运行流程当中，污水处理厂虽然继续耗费了大量资源，却得不到有效的节约能源。所以，需要通过采取相应的手段，提高资源节约减排率的措施，在具体的污水处理流程当中，通过降低对资源的耗费，提升污水处理的品质和效果，进而提升污水处理厂的效率水平，从而带动整体经济与社会效益的改善。

实施污水处理厂运行阶段的节能降耗治理，能够整体改善群众的生活条件，随着市场的深入开发，群众生活水平日趋提高。因此造成了相关的城市生活污水以及工业用水量也是只增不减，而如果不对污水处理厂进行节能降耗管理，就会产生大量的能量耗费，这对城市的居民生活以及相关行业都带来了极大的危害。

4城市污水处理厂消耗的主要资源

4.1电耗

据中国全国电力委员会统计表明，污水处理厂用电的量为中国全国总用电力总用电量的3%以上。而随着中国人数的持续增长，对污水处理量的指标和要求也在不断地不断地增加，到了二〇一八年的未来十五年间全国城市污水处理总量的消耗水平将会超过百分之二十。而随着中国咱们的城市污水处理工艺的改善和发展，全国城市污水处理厂的电能损耗水平也会逐渐地提高。而现如今，中国城镇污水处理厂的人均耗电量约为0.28安培·h/m3。而全国80%以上的城市污水处理厂能源消耗水平也都超过了0.45安培·h/m3。虽然这些电力耗费水平与发达国家的相较还是比较落后的。但是，目前咱们中国在节电方面仍然有较大的提升空间。目前城市污水处理厂能源主要分为水和污泥提升装置、生物处置过程和氧技术系统这三个领域，在中国全国总耗电量的中占25～55%左右。供氧技术系统生物处置过程的能量则大部分集中于风机和搅拌机上。是中国城市污水处理物理厂中能源消耗最高的单元。

4.2药耗

污水处理厂中经常采用的污泥脱水絮凝剂，通常用聚合氯化铝和其他人工合成的絮凝剂，若假设絮凝效果达不到预期的构想，则每万吨污水的平均消费约为九kgpam。根据调查结果显示，聚丙烯酰胺絮凝剂每一t的价格都在二十五万以上，大量的药物消耗，也导致了污水处理厂的成本不断增加。除此之外，由于这些药物一般都是不可回收的并且还存在着严重污染环境的情况，所以后期的使用后的处理也是一件较为麻烦的事情。

4.3新鲜水耗

现如今，因为中国的一些城市污水处理厂设施并没有齐全和完善，也就不能形成水再生回用的技术系统，因此回收后的合格用水也就不能分类，而是直接进入纳水处。城市污水处理厂的设备可利用的工业用水和生活用水也是相当多的。但是，目前在中国的城乡污水处理厂相较于国外的城市污水处理厂而言，仍然面临着很大一部分的困难和必须解决的问题，就是由于城市污水处理厂的新鲜用水耗费量过大，而使处理的成本增加，城市污水处理厂的效益明显下降，且水资源污染程度较重，已经违反了节水与环保的根本方针。

5城镇污水处理厂的节能降耗措施

5.1生化处理过程节能降耗措施

在目前数量众多的污水处理厂中，采用好氧处理技术将降解在污泥中的生物方式处于主体位置。所谓生物处理就是经过改良的氧化槽工艺技术，这种生物处理技术必须耗费相应的能源，向污泥的供氧技术，让污泥中的有机质和微生物充分的接触。而生物处理的能源大部分集中于生物方式的潜水搅拌筒、抽气泵、外回流污水泵以及内回流污水泵等，共占用了总能量的59%。而氧化槽中的曝气机是该工序节能的重点，因此通常采取这样两方面方法来节能降耗，一方面确定了溶解氧的主要来源，从而保证了曝气机的充氧利用率。另一方面，通过好溶解氧和出水氨氮量的双重管理减少消耗，并通过智能控制系统代替了人为管理曝气；同时通过根据水质和水量的变化规律，以及曝气池中所需要的DO含量，来设计控制曝气系统的参数从而实现精确曝气，通过保证曝气质量降低了曝气机的总台数，从而实现了节能降耗的目的。

5.2选择合适的设计工艺

由于科学技术的快速发展，目前国内外的污水处理工艺都已受到了普遍重视。同时涌现出了大量技术较精良的处理方法，除现有的活性污泥工艺以外，还产生了许多较特殊的处理工艺。而大量的新型处理工艺又给工程设计方法带来了许多选项，因此我们也能够据此选定较为合适的工程设计方法。但选定恰当的工程设计方法时，不但必须根据从城市污水处理厂中所排出的污染物总量以及对处理厂的建设投入费用，而且还必须兼顾到环保这一点。而现代的污水处理工艺技术又大致可以分为了生物物理处理法、物理化学处理法、好氧生物处理法和厌氧生态处理法等。经过对上述技术的处理和废弃物的能耗进行了对比，物理化学处理法的能耗远高于物理化学方法，而厌氧生物法的能耗则远远低于好氧生物法。所以，在进行上述技术设计时，在现场条件许可时一定要尽量选用能耗最低的一级物理化学方法，同时有选择性地择性地采用合适的生物处理工艺，以实现最节能的效果目的

5.3污水处理厂提升泵站

在整个污水处理过程中，污泥和沉淀物的提高泵总能量占用了系统总能量的15%以上，因而，控制提高泵的总功率，可以明显减少处理过程的能量指标。目前，提升泵的通行量一般按照污水处理厂最大流量设定，考虑到污水处理厂污水处理量呈明显的周期性变化，因此需要提升泵满负荷运转的时间段极其有限，且绝大多数运行阶段均为平峰作业时间，这样一来，设备运转速度就同实际污水处理量极不匹配，既造成了大量的能耗浪费，还缩短了设备的服役年限。综上，该污水处理厂还在提升泵上配置有二台潜水泵，其中一个为变频潜水泵，潜水泵还可以直接与液面传感器相连接。设备运行过程中，由控制在变频潜水泵上的PLC控制系统，能够依靠各种传感器反馈过来的数据主动地调整变频水泵的运行频段，当运行频率达到某个值时，会主动进行提升抽水泵，由此达到了实现自来泵的智能停启，极大地降低和改善了自动化泵的运行功耗。除此之外，PLC设备还可以实时监控提升泵的工作状态，采集和保存工作信息，如果提升水泵发生了事故，控制系统会自动打开备用的提升水泵，从而实现了整个污水处理设备的连贯性，也大大提高了设备的整体效率。

5.4污泥处理单元节能降耗措施

目前，在城镇污泥处理厂中的污水处置工艺已经运用得最多了，但这种工艺却必须耗费巨大的能源，而且在全部污水处置工艺环节中，污泥的脱水过程消耗最高，要想达到最大节能降耗的效果，还必须在这一环节中通过对高效絮凝剂的减少投加量，调整各部分间的联系，从而减少了能源耗费。废物处理中要实现节能降耗目标，还必须使用一些较低能耗的污水处理设备，包括带型浓缩脱水一体机、卧螺沉降离心脱水机等低能源消费设备，此外，还可以通过生物厌氧池的建设建成利用沼气，实现节能降耗的目标。目前，相关研发单位的技术带动了全国污水及其他有机质垃圾的处置和利用能力的提高，在国内多项污水处理处置项目上得以推广，应用规模实现超亿，对全国污水管理、处置和能量化的水平提高发挥着强大的推动作用。

5.5CAST活性反应池

城市污水处理厂在满负荷运行情况下，可以同时保证4个CAST活性反应池工作正常，并能够更全面地动态观察活性反应池内的情况变化趋势，在池底安设有超声波液面监测仪、酸碱度测定仪、水温测定仪、氧气溶解量测定仪、悬浮物和沉淀物测定仪等装置，还可以单独在装置上配置有感应器，以进行数据资料的有效采集与保存。而各个CAST反应池都可以在不同周期内，分别独立进行曝气－颗粒物沉降－滗的处理工作。在城市污水处理厂中所采用的CAST活性反应池，都可以实现持续供水、间歇排放、定期排放等的基本功能，并且都可以在给定周期内进行自动控制的技术运行。CAST活性处理池内的曝气流量控制器和同抽气机的压力控制器都是并联的，两者利用PLC系统进行数据共享与传输，以共同保证CAST活性处理池达到最良好的运行条件。

5.6曝气设施节能

曝气系统的节能降耗，也将直接降低污水处理的生产成本。而通过对有关研究结果的了解，曝气能耗也是整个城市污水处理厂能耗的重点组成部分，大约占全部能源的五成。所以，抓好对曝气系统的节能管理工作至关重要，具体来说主要从如下几个方面着手：（1）针对曝气的系统技术问题进行了优化处理。经过完善，包括曝气池的精密曝气系统、SBR低氧微膨胀远程检测专家系统、针对所需要的负荷而制定的A二/O工艺城市污水处理厂的控制技术，以及城市污水处理厂的全过程智能管理系统等城市污水处理厂系统的控制技术，基本完成了以节水降碳为核心的城市污水处理厂系统智能控制。在污水处理系统中实现了对溶解氧、即时温度变化，及水厂流速、水位等的合理调节。并采取渐进式的曝气布置方案。（2）选择变频器有效地改善交流电机的转速方式。运用变频器合理控制风机的具体流量，降低风机的能源消耗。

6结语

污水处理厂的节能降耗是一个重点任务，应综合考虑多种原因，从不同单体系统出发，研究能源消耗的组合，并结合厂区总体工艺对设施及运行的整体控制与调整，在确保出水标准的前提下节电增效。

参考文献：

[1]徐晓宇，李春光.污水处理厂运行的节能降耗技术进展.给水排水，2009，35（12）：47～50.

[2]袁宏林，王晓昌.DE型氧化沟的脱氮除磷过程.西安建筑科技大学学报，2002，34（1）：34～37.

[3]杨凌波，曾思育，鞠宇平，等.我国城市污水处理厂能耗规律的统计分析与定量识别[J].给水排水，2008，34（10）：42～45.

[4] 朱五星,舒锦琼等.城市污水厂的能量优化策略研究消耗[J].给水排水,2005,31(12):31-33.

[5] 金昌权,汪诚文.生物脱氮除磷新工艺[J].建设科技,2016.(3):54-55.