污水處理工程中節能問題的探討

武毅冰 盧鳳娟

（1.中持水務股份有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000；2.河南省科新源節能環保工程設計有限公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

從污水處理廠的能耗分析、污水處理廠設計和運行實踐來看,污水處理廠的節能技術主要表現在:確定合理的處理工藝(包括盡量不用化學藥劑來處理污水),高效能的總體設計,選用節能的設備與裝置,污水與污泥綜合利用。

1 選擇高能效的處理工藝

污水處理工藝的選擇,除了根據污水水質和水量、排放標準、工程投資等來確定以外,尚需從節能角度合理選擇。污水處理的工藝方法中,物理處理能耗較低;其次是厭氧生物處理法,處理費用約為前者的5～10倍;好氧生物處理法能耗較高,處理費用約為厭氧生物處理的5～8倍;而物理化學處理法則能耗最高,尤其是對于難處理的工業廢水,選用價格高的絮凝劑、吸附劑時。

1.1 充分利用厭氧生物處理技術

采用物理處理法能耗最低,但一般只能作為預處理或一級處理,用以去除漂浮物,可沉淀或上浮的懸浮物,對于絕大多數污水處理廠不可能經物理處理達標排放。厭氧生物處理具有能耗低,外加營養少,產泥量少,污泥穩定化程度高等優點,并且可以把有機物轉化為甲烷,作為一種清潔燃料。污水處理廠應當充分發揮厭氧生物處理的作用,對于可生物處理的工業廢水,只要有機污染物的組成和濃度合適,宜采用厭氧生物處理,可以避免采用好氧生物處理帶來的高能耗。對于工業或生活小區廢水處理,亦可以采用厭氧水解技術,以便大大降低后續(好氧生物)處理的負荷。

1.2 合理利用好氧生物處理技術

對于眾多的好氧生物處理技術,工藝的選用及其節能效果,往往取決于污水處理廠的規模、處理出水標準等。例如,當出水要求脫氮、除磷時,中小型污水處理廠宜采用氧化溝工藝,而大型污水處理廠卻適合采用傳統活性污泥法。一般而言,好氧生物處理工藝中,延時曝氣活性污泥法能耗高于傳統活性污泥法,后者與生物接觸氧化的能耗接近,它們的能耗均高于生物轉盤或純氧曝氣,能耗最低的當屬生物濾池。生物膜法是兼性生物處理過程,有機污染物的部分降解是在厭氧條件下完成的,降低了生物代謝所需要的氧量,即能源。然而,由于生物膜對進水水質和負荷的限制,設計中對傳氧能力與效率、工藝性能還不能準確定量表示,其應用受到限制。氧化溝技術、AB法、AO法或A2O法及SBR工藝技術,與傳統活性污泥法一樣,都是好氧活性污泥法,污水中有機物的去除總的來說依靠微生物的好氧代謝來完成,因此與厭氧法相比,具有能耗較大、費用較高的缺點,這就促使人們去研究其他高效節能的污水處理技術。

2 優化處理系統總體設計

污水處理廠的處理工藝復雜,尤其是對難處理的工業廢水,廠內建筑物多、構筑物多、管線多,做好總體設計不僅能減少占地、節省投資、方便生產、美化環境,而且能降低污水處理的能耗。處理系統總體設計時可考慮以下因素:在條件許可時,污水應一次提升,利用重力自流經過處理構筑物,以避免多次重復提升,節省能耗。合理設計構筑物的進水、出水形式和管道之間的連接形式,減少污水處理流程的水頭損失。構筑物和管線的布置應力求緊湊、簡潔,避免不必要的拐彎和長距離輸送。這樣往往可以有效地降低污水處理廠提升揚程,大大降低直接能耗。充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系,合理集中布置某些構筑物,如污泥濃縮池與調節池或初沉池集中。條件許可時,將某些處理單元合建,如中和反應池與沉淀池,反應池與氣浮池或濾池,調節池與濃縮池,格柵與沉砂池,多功能配水井與泵房等,以降低土建工程量。減少間接能耗的同時,亦能減少水力輸送環節,降低直接能耗。

3 選用高能效的設備與裝置

3.1 污水提升泵

選用流量與揚程盡量達到設計要求的污水提升泵,盡量減少水泵臺數,選用高效率的污水泵。例如,液下泵、潛污泵與普通臥式離心泵相比,安裝形式簡單,沒有吸水管與啟動輔助設備,直接能耗相同時,間接能耗要低得多;WG/WGF型污水泵在同一工況下比PW型污水泵效率高,另外,水泵機組盡量采用同一泵型,以便維修管理,不同流量大小搭配的水泵,型號盡量一致。對污水提升流量調節時,要避免閥門調節來節省能耗,可采用調速泵或多臺定速泵組合調節的形式。當采用水泵調速時,應該選用大機組和臺數少的調速水泵。

3.2 曝氣系統

曝氣過程是活性污泥法的中心環節,也是污水處理過程中能耗最大的工序。僅從降低能耗的角度考慮,表面曝氣的性能要優于穿孔管曝氣,微孔擴散器效率高于中氣泡、大氣泡擴散器,亦優于表面曝氣機。但是表面曝氣機械不需要修建鼓風機房,不需設置大量布氣管道和曝氣器,因此與微孔擴散器相比,表面曝氣雖然直接能耗和間接能耗低,但氧的利用率低,在設計中,應綜合考慮采用。大中氣泡曝氣器氧的轉移率較低,微孔曝氣器氧的轉移效率較高,故目前采用微孔曝氣器較多。另一個節能的重要措施是對曝氣池供氧系統采用自動調節,根據曝氣池中的溶解氧濃度由現場PCL自動調節供氣量可節省氣量10%。鼓風機選用時,小氣量、高風壓的污水處理廠選用羅茨鼓風機,大風量低風壓的污水處理廠選用離心式鼓風機。設計和運轉時宜采用變頻調速技術,根據曝氣池溶解氧情況調節供風量,以節能降耗。

3.3 污泥脫水設備

污泥經過脫水處理,其體積為原體積的1/10～1/5,有利于運輸和后續處理。目前普遍采用的脫水機械為板框壓濾機、帶式壓濾機和離心機,也有采用干化床對污泥進行自然干化。板框壓濾機較帶式壓濾機不易發生堵塞,但是帶式壓濾機能耗相對較少。現在隨著技術的進步,又開發了兩種脫水機械:帶式濃縮脫水一體機和臥螺沉降離心脫水機。帶式濃縮脫水一體機可直接進行濃縮和脫水,省掉污泥濃縮池及攪拌設備,節約占地面積,同時水耗量小,能耗低;臥螺沉降離心脫水機同樣占地少,同時采用封閉式系統,作業環境好,設備磨損率低,運行費用低。雖然這兩種機械總的成本較低,但是與前面的板框式和帶式壓濾機比,前期投資適合污泥量大的污水處理廠。

4 污水處理系統資源利用

經處理后的污水是一種資源,同時污水處理中的副產品(主要是沼氣和污泥)也有一定利用價值,對這些資源加以利用,也是污水處理廠節能降耗的有效途徑。

4.1 污水的回用

處理后的污水一般可用于農田灌溉,經深度處理后,可作為市政或生活雜用水,亦可作為工業生產中循環冷卻水。現在,很多國家已經提倡采用此種方法來解決水危機,而且污水回用的成本在一定程度上小于給水和引水工程,但是它的大規模采用不在技術上,而是必須解決一個社會系統工程的問題。

4.2 厭氧沼氣的利用

污水的厭氧處理和污泥的厭氧消化可產生甲烷沼氣,該沼氣送至鍋爐燃燒產生蒸汽,可用于厭氧系統加熱和取暖,沼氣用于發電可回收大量電能。

4.3 污泥的綜合利用

污水處理廠的污泥,尤其是生物污泥如果不含超標的重金屬和其它有害物質,就應該將污泥加以綜合利用。因為污泥中含有豐富的有機質和N、P、K等各種元素成分,所以是一種優質的有機肥料,非常適合于花卉、苗圃及城市綠化。另外,有人開始利用污泥來煅燒制作磚與纖維板材這兩種建筑材料。污泥還可用于鋪路,甚至用于低溫煉油,制作燃料。

5 結束語

污水處理廠運行成本過高的主要原因是設計不當造成運行中能耗較高。污水處理廠設計中應該采取的幾個節能措施為:確定合理的處理工藝;在設計中優化處理系統總體設計;選用高能效的設備;處理系統資源化利用。在設計工作中多方面考慮,優化污水處理效果和效率。

[1]高旭.城市污水處理能耗能效進展[J].重慶大學學報,2009.

[2]李春光.污水處理廠設計和運行中的節能考慮[J].水工業市場,2010.