城鎮(zhèn)污水處理廠節(jié)能技術(shù)及對(duì)策研究

文_尹娟娟 宋偉冬 尹傳海

1.深圳市漢宇環(huán)境科技有限公司；2.深圳市龍崗區(qū)規(guī)劃土地監(jiān)察局；3. 煙臺(tái)市建祥建筑安裝工程有限公司

1 城鎮(zhèn)污水處理的工藝流程及主要構(gòu)筑物的能耗分析

1.1 城鎮(zhèn)污水處理廠的工藝流程

在污水處理過(guò)程中，針對(duì)不同的區(qū)域有著不同的處理工藝流程和處理出水水質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

城鎮(zhèn)污水通常的處理流程是污水先進(jìn)入粗格柵進(jìn)行粗略的過(guò)濾，經(jīng)過(guò)提升泵將污水提升到細(xì)格柵，再經(jīng)過(guò)沉砂池、初次沉淀池進(jìn)行粗沉淀處理，然后進(jìn)行生化處理（好氧活性污泥處理）、二次沉淀池進(jìn)行深度處理后，最后經(jīng)過(guò)消毒池然后排放。

1.2 主要構(gòu)筑物的能耗分析

1.2.1 目標(biāo)污水處理廠的概況及排放標(biāo)準(zhǔn)

目標(biāo)污水處理廠占地面積3.78公頃，處理水量為8.0萬(wàn)m3/d，變化系數(shù)1.3。目標(biāo)污水處理廠設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)是根據(jù)實(shí)際的進(jìn)水水質(zhì)，設(shè)計(jì)的出水水質(zhì)要求要達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 預(yù)處理工藝中的構(gòu)筑物能耗分析

首先，在城鎮(zhèn)污水的處理工藝中，格柵是污水預(yù)處理中的主要設(shè)備之一。格柵分為粗格柵和細(xì)格柵，主要用于過(guò)濾掉污水中的大型雜質(zhì)漂浮物及顆粒，以保護(hù)水泵等設(shè)備以免受損。其中，格柵過(guò)濾出來(lái)的柵渣要經(jīng)過(guò)機(jī)械粉碎需要耗能。其次，在污水處理中的污水提升泵用于提升污水進(jìn)入后續(xù)處理過(guò)程，需要耗能；再者，沉砂池中的刮砂機(jī)和輸砂機(jī)液需要耗能。如表1所示，在城鎮(zhèn)污水的前期預(yù)處理階段，主要的耗能設(shè)備通常是提升泵。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠預(yù)處理階段主要用電設(shè)備的功率

1.2.3 生化處理工藝中的構(gòu)筑物能耗分析

在城鎮(zhèn)污水處理工藝中，經(jīng)過(guò)了污水的預(yù)處理階段后，首先進(jìn)入初級(jí)沉淀池利用物理重力作用進(jìn)行沉淀處理，初級(jí)沉淀池的能耗設(shè)備主要是排泥設(shè)備；之后，進(jìn)入污水處理的核心工藝即好氧活性污泥處理工藝和二次沉淀池，通過(guò)好氧活性污泥處理工藝從曝氣池流出的混合液體物質(zhì)進(jìn)入二次沉淀池，進(jìn)行泥水分離和污泥的濃縮處理，二次沉淀池的主要能耗環(huán)節(jié)是污泥抽吸泵，最后是消毒池的消毒裝置需要消耗一定的能量。

1.2.4 污泥處理工藝的構(gòu)筑物能耗分析

在城鎮(zhèn)污水的處理工藝中，污泥的處理也是重要的一環(huán)。在污泥的處理系統(tǒng)中主要有污泥脫水機(jī)設(shè)備、攪拌機(jī)及輸送機(jī)等。

1.3 城鎮(zhèn)污水處理工藝中各處理環(huán)節(jié)的能耗占比情況分析

綜上所述，城鎮(zhèn)污水處理的預(yù)處理階段、生化處理階段和污泥處理階段的能耗分析可知，如表2所示，其中城鎮(zhèn)污水處理廠的生化處理階段的能耗最高，約占總處理能耗的75.6%，預(yù)處理階段占總能耗的20.2%，污泥處理階段占總能耗的4.1%。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠的節(jié)能首先要從生化處理階段的節(jié)能入手，其次是污水的預(yù)處理階段，要有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施和對(duì)策來(lái)實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理工藝的節(jié)能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理成本的有效降低。

表2 城鎮(zhèn)污水處理廠各處理階段的能耗占比情況

2 城鎮(zhèn)污水處理的核心工藝技術(shù)的能耗分析及節(jié)能對(duì)策

2.1 常用生化處理工藝分析

2.1.1 氧化溝處理工藝

在城鎮(zhèn)污水處理過(guò)程中，氧化溝處理工藝作為好氧活性污泥處理工藝之一，是一種集曝氣、沉淀處理于一體的處理工藝。例如，常見(jiàn)的三溝式氧化溝的主要構(gòu)造是兩側(cè)溝交替作為曝氣池和沉淀池，而中溝持續(xù)作為曝氣池。

2.1.2 A/O(A2/O)處理工藝

在污水處理技術(shù)工藝中，A/O處理工藝是屬于污水生物除磷脫氮的處理技術(shù)。通常的生物除磷脫氧處理工藝是先進(jìn)行好氧池的硝化反應(yīng)將銨態(tài)氮變成硝酸鹽，在經(jīng)過(guò)缺氧池的反硝化反應(yīng)將硝酸鹽還原生成氮?dú)鈴乃刂谐ィ聪趸诤罄m(xù)缺氧池中已幾乎沒(méi)有可以消耗的碳營(yíng)養(yǎng)源來(lái)滿足其發(fā)生反硝化反應(yīng)，需要在缺氧池前補(bǔ)加乙酸鈉等有機(jī)碳源來(lái)供給反硝化菌，而A/O處理工藝是將缺氧池放在好氧池的前面，以污水進(jìn)水中的有機(jī)碳源來(lái)滿足反硝化菌的營(yíng)養(yǎng)需求。此外，A2/O處理工藝是在A/O處理工藝的基礎(chǔ)上在缺氧池的前面加設(shè)厭氧池。

2.1.3 MBR處理工藝

MBR污水處理工藝是活性污泥法和膜分離技術(shù)的新型組合處理工藝，利用MBR污水處理工藝處理后的出水水質(zhì)的質(zhì)量較高。對(duì)于城鎮(zhèn)的污水處理過(guò)程中，采用MBR污水處理工藝時(shí)要考慮到污水處理的規(guī)模，在較大規(guī)模的污水處理廠通常要采用負(fù)壓軸吸浸沒(méi)式分置式MBR工藝。MBR污水處理工藝更適用于難降解的有機(jī)污水和對(duì)出水水質(zhì)要求較高的污水處理。

2.2 主要的節(jié)能技術(shù)及對(duì)策

2.2.1 使用微孔曝氣裝置

在曝氣池使用微孔曝氣裝置來(lái)提高曝氣池中的氧氣利用率，微孔裝置可以減少曝氣池中的氧氣泡的體積，通過(guò)微孔的曝氣擴(kuò)散裝置可以產(chǎn)生體積更微小、比表面積增大的氧氣泡，使得氧氣的利用效率更高，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省能耗的目的。

2.2.2 合理布設(shè)曝氣器

在曝氣供氧過(guò)程中，由于剛進(jìn)入曝氣池的污水中有機(jī)質(zhì)的含量高，所需微生物的數(shù)量也較大，其耗氧量相對(duì)較多。當(dāng)污水接近曝氣池出水口時(shí)，污水中的有機(jī)質(zhì)含量比較低，所需微生物的數(shù)量也較少，其耗氧量也越來(lái)越少。因此，在布設(shè)曝氣器進(jìn)行曝氣供氧時(shí)，要根據(jù)曝氣池剛進(jìn)入階段和接近出水口的需氧特性進(jìn)行布設(shè)。如果只是單純均勻布設(shè)曝氣器會(huì)造成進(jìn)水口處理的供氧不足，出水口處理的供氧過(guò)剩的現(xiàn)象，這樣就造成污水處理效率和質(zhì)量的下降，同時(shí)引起能源的浪費(fèi)。因此，在曝氣池要將曝氣器從進(jìn)水口到出水口由密到稀布設(shè)，并安裝溶氧的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，及時(shí)調(diào)節(jié)曝氣池的溶氧情況，以實(shí)現(xiàn)生化處理能耗的最大利用率。

2.2.3 使用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)

在城鎮(zhèn)污水處理廠，需要使用電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。普通的電動(dòng)機(jī)只能以定速的方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，而變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)可以按照處理工藝的不同要求進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)速輸出調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)功率能耗的目的。

2.2.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)

在城鎮(zhèn)污水處理的曝氣系統(tǒng)中采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)，使得曝氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)設(shè)置具有輸入精確化、數(shù)據(jù)模糊化、模糊規(guī)則化等計(jì)算能力，并在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值進(jìn)行校正調(diào)整，使得整個(gè)曝氣系統(tǒng)處于更加理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程中能耗的節(jié)省和處理成本的降低。

3 討論

在城鎮(zhèn)污水處理廠的未來(lái)發(fā)展中，處理工藝的能耗問(wèn)題是制約污水處理廠持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。由于我國(guó)的能源已處于相對(duì)緊張的狀態(tài)，污水處理能耗大，造成污水成本處理高，一些中小型的污水處理廠因此難以維持和正常的運(yùn)行，使污水處理廠的減排也遇到巨大的瓶頸。在城鎮(zhèn)污水處理工藝過(guò)程中要結(jié)合污水處理的實(shí)際情況，選擇不同的節(jié)能處理技術(shù)，盡量采取節(jié)省能耗的處理措施來(lái)實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理的節(jié)能和減排。