污水處理工程中節(jié)能問題的探討

劉義忠

【摘 要】本文從工程設(shè)計、設(shè)備選擇以及運行管理等方面分析討論了城市污水處理廠的耗能及節(jié)能問題，并結(jié)合污水處理廠的工藝特點和耗能的實際情況，對污水處理工程中節(jié)能問題進(jìn)行了探討，以期能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理工程的更節(jié)能、環(huán)保。

【關(guān)鍵詞】污水處理；工程；節(jié)能

一、污水處理的工藝

隨著人們節(jié)能環(huán)保認(rèn)識的不斷提高，污水處理工藝的選擇，除了根據(jù)污水水質(zhì)和水量、排放標(biāo)準(zhǔn)、工程投資等來確定以外，尚需從節(jié)能角度選擇合理的工藝。污水處理的工藝方法中，常用的是物理處理和物理化學(xué)處理方式，其中物理處理能耗較低；物理化學(xué)處理法則能耗最高。

（一）厭氧生物處理技術(shù)

要達(dá)到節(jié)能效果，必然采取不同的處理方法，而物理處理法能耗最低，但這種方法一般都是作為預(yù)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(shù)污水處理廠不可能經(jīng)物理處理達(dá)標(biāo)排放。厭氧生物處理具有能耗低，外加營養(yǎng)少，產(chǎn)泥量少，污泥穩(wěn)定化程度高等優(yōu)點，并且可以把有機物轉(zhuǎn)化為甲烷，作為一種清潔燃料。污水處理廠應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮厭氧生物處理的作用，對于可生物處理的工業(yè)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。

（二）好氧生物處理技術(shù)

好氧生物處理技術(shù)也要根據(jù)污水處理廠的規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)而定，比如，當(dāng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)盤或純氧曝氣，能耗最低的當(dāng)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。

二、設(shè)計優(yōu)化處理系統(tǒng)

污水處理廠的處理工藝遠(yuǎn)比其他復(fù)雜冗繁的多，特別是對難處理的工業(yè)廢水，廠內(nèi)建筑物多、構(gòu)筑物多、管道多，做好總體設(shè)計不僅能減少占地、節(jié)省投資、方便生產(chǎn)、美化環(huán)境，而且能降低污水處理的能耗。處理系統(tǒng)總體設(shè)計時可考慮以下因素：在條件許可時，污水應(yīng)一次提升，利用重力自流經(jīng)過處理構(gòu)筑物，以避免多次重復(fù)提升，節(jié)省能耗。合理設(shè)計構(gòu)筑物的進(jìn)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(gòu)筑物和管線的布置應(yīng)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(gòu)筑物的特征和構(gòu)筑物之間的相互關(guān)系，合理集中布置某些構(gòu)筑物，如污泥濃縮池與調(diào)節(jié)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(yīng)池與沉淀池，反應(yīng)池與氣浮池或濾池，調(diào)節(jié)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(huán)節(jié)，降低直接能耗。

三、選用高能效的設(shè)備與裝置

（一）污水提升泵

污水提升泵站是污水處理廠能源消耗大戶之一，泵站的節(jié)能對降低污水廠的能耗具有重要意義。污水泵站降低能耗的關(guān)鍵在于控制方式，只有實行提升過程的最優(yōu)控制，才能達(dá)到節(jié)能的目的。方法有多臺水泵對位控制、變速控制、多機組自動流量級配編組。多臺水泵對位控制就是在吸水池水位發(fā)生變化時，根據(jù)事先確定的水位等級，控制對應(yīng)水泵機組的自動開停，以適應(yīng)泵站來水量的變化。水泵變速控制是水泵節(jié)能的有效方法，但對于污水泵站，由于水泵揚程的變化主要取決于吸水池中水位的變化。多臺定速水泵流量級配編組控制，就是根據(jù)泵站的實際來水量，將泵站中的幾臺水泵組成幾種流量級配，使泵站的出水量比較接近實際的來水量。這樣就可以保證吸水池中的水位較長時間地穩(wěn)定在高水位上，從而使水泵的工作揚程減小，最終達(dá)到節(jié)能的目的。

（二）曝氣系統(tǒng)

污水處理中能耗最大的工序是曝氣系統(tǒng)，但是曝氣過程是活性污泥法的中心環(huán)節(jié)，如果僅從降低能耗的角度考慮，表面曝氣的性能要優(yōu)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(yōu)于表面曝氣機。但是表面曝氣機械不需要修建鼓風(fēng)機房，不需設(shè)置大量布?xì)夤艿篮推貧馄鳎虼伺c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(shè)計中，應(yīng)綜合考慮采用。大中氣泡曝氣器氧的轉(zhuǎn)移率較低，微孔曝氣器氧的轉(zhuǎn)移效率較高，故目前采用微孔曝氣器較多。另一個節(jié)能的重要措施是對曝氣池供氧系統(tǒng)采用自動調(diào)節(jié)，根據(jù)曝氣池中的溶解氧濃度由現(xiàn)場PCL自動調(diào)節(jié)供氣量可節(jié)省氣量10%。鼓風(fēng)機選用時，小氣量、高風(fēng)壓的污水處理廠選用羅茨鼓風(fēng)機，大風(fēng)量低風(fēng)壓的污水處理廠選用離心式鼓風(fēng)機。設(shè)計和運轉(zhuǎn)時宜采用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)曝氣池溶解氧情況調(diào)節(jié)供風(fēng)量，以節(jié)能降耗。

（三）污泥脫水設(shè)備

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(jìn)行自然干化。板框壓濾機較帶式壓濾機不易發(fā)生堵塞，但是帶式壓濾機能耗相對較少。現(xiàn)在又開發(fā)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(jìn)行濃縮和脫水，省掉污泥濃縮池及攪拌設(shè)備，節(jié)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(tǒng)，作業(yè)環(huán)境好，設(shè)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。

四、污水處理系統(tǒng)資源利用

經(jīng)處理后的污水是一種資源，同時污水處理中的副產(chǎn)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(jié)能降耗的有效途徑。

（一）污水的循環(huán)利用

處理后的污水一般可用于農(nóng)田灌溉，經(jīng)深度處理后，可作為市政或生活雜用水，亦可作為工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水。現(xiàn)在，很多國家已經(jīng)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(guī)模采用不在技術(shù)上，而是必須解決一個社會系統(tǒng)工程的問題。

（二）厭氧沼氣的利用

沼氣是污泥厭氧消化時產(chǎn)生的消化氣，將沼氣用于發(fā)電可回收大量電能，同時還可以利用沼氣發(fā)電機的冷卻水和廢氣的熱量，給消化池加溫或生產(chǎn)熱水。

（三）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(biāo)的重金屬和其它有害物質(zhì)，就應(yīng)該將污泥加以綜合利用。因為污泥中含有豐富的有機質(zhì)和各種元素成分，所以是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥料，非常適合于花卉、苗圃及城市綠化。

五、結(jié)束語

污水處理廠運行成本過高的主要原因是設(shè)計不當(dāng)造成運行中能耗較高。污水處理廠設(shè)計中應(yīng)該采取的幾個節(jié)能措施為：確定合理的處理工藝，在設(shè)計中優(yōu)化處理系統(tǒng)總體設(shè)計，選用高能效的設(shè)備，處理系統(tǒng)資源化利用，在設(shè)計工作中多方面考慮，優(yōu)化污水處理效果和效率。

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