五種污水生物處理工藝特性及低能耗工藝實際運行情況分析

思顯佩

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430070)

隨著人們日益增加的美好生活需要，城市化建設速度不斷加快，生活污水和工業污水排放量明顯增加，污水處理廠數量越來越多，保護環境的要求隨之逐漸提高。污水處理廠的高能耗已在業內引起廣泛關注，而且能耗隨著處理水質的提高而增加。高能耗是造成污水處理設施運行成本高的主要原因，特別是隨著電費的不斷上漲，一些地區的污水處理廠由于資金、能源以及專業管理人員的短缺而不能正常運行[1]。

1 污水處理廠五種污水生物處理工藝及能耗特點

污水處理廠常用的生物處理工藝為SBR工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝、AB工藝等。其中A/O工藝、A2/O工藝在數量和污水處理廠運用方面占80%左右[2]。

1.1 SBR生物處理工藝特點

SBR稱為序列間歇式活性污泥法，是一種間歇式曝氣運行方式的活性污水生物處理技術，又稱為序批示活性污泥法。主要分為四個階段：進水階段、曝氣反應階段、沉淀出水階段、排泥階段等[3]。

多數情況下，生活污水及工業廢水處理，前端無需設置調節池；SVI值較低，污泥容易沉淀，無污泥膨脹現象；通過間歇式運行的控制，在曝氣池內就可以完成脫氮和除磷反應；采用電動閥、液位計、自動計時器及可編程序控制器等自控系統，可以使該工藝處理過程實現全部自動化[4]。

SBR工藝，池體內污水可以進行厭氧、好氧交替，污水運行穩定，凈化效果好，污水在理想的靜止狀態下沉淀時，所需時間短、效率高、且具有較強的耐沖擊性、運行靈活、出水水質好。一般適用于間歇性排水的廢水，噸水費用約為0.85元/噸水[3]。主要的耗能設備有：序批式間歇反應器、曝氣系統、攪拌設備等污泥的脫水處理系統。

SBR反應運行周期如圖1所示。

圖1 SBR反應運行周期

1.2 A/O生物處理工藝特點

A/O工藝由厭氧、好氧組成的生物處理工藝。該工藝由A池、O池、沉淀池組成，通過A池后的污水與回流的污泥混合，污水中大量的BOD5被回流污水攜帶的聚磷菌吸收，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中，混合液進入到O池后，有機物會被氧化分解[5]。

A/O工藝的建筑結構少，其運行控制較簡單，噸數運行費用約為0.28元/噸水[3]。該工藝主要由提升泵、曝氣設備、回流泵及剩余污水泵、污水處理設備等耗能、以及污泥的脫水處理系統。

A/O工藝流程如圖2所示。

圖2 A/O工藝流程圖

1.3 A2/O生物處理工藝特點

A2/O工藝，與其它同類工藝相比，其總的水力停留時間較少，處理效果好，能同步實現脫氮除磷功能，運行過程中不需要投藥，運行費用低。

該工藝適用于大中型規模的城市污水處理廠脫氮除磷。相比于A/O工藝，構筑物增加運行成本相對增大。該工藝的兩個A段溶解氧的控制較低，O段也不需要很高的溶解氧，因此該工藝的整體運行成本較低，約0.32元/噸水[3]。其主要耗能設備有：鼓風機、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、內回流泵設備、以及污泥的脫水處理。

A2/O工藝流程如圖3所示。

圖3 A2/O工藝流程圖

1.4 氧化溝生物處理工藝特點

氧化溝工藝是在活性污泥工藝基礎上，進行變形的一種生物處理工藝，又稱為連續循環曝氣池。該工藝不僅具備推流反應的特點，同時也具備混合反應的特點，推流反應是保證優良水質的基礎，而混合反應能使該工藝具備耐沖擊性能[6-7]。

氧化溝工藝具有耐沖擊能力強、運行負荷低、產泥量少、可控制污泥膨脹、出水效果好等特點，該工藝的運行費用約為0.45元/噸水[3]，其主要能耗設備有：污水提升泵、回流泵、曝氣系統以及污泥脫水系統。

氧化溝工藝流程如圖4所示。

圖4 氧化溝工藝流程圖

1.5 AB生物處理工藝特點

(1)AB工藝分預處理、A段、B段等三段。預處理段設置格柵、沉砂池等設備，主要通過物理功能去除大顆粒雜質、懸浮物等，無需設初次沉淀池。

(2)A段由吸附池和中間沉淀池組成，B段則由曝氣生物反應池及二次沉淀池組成。

(3)A段與B段各自擁有獨立的污泥回流系統，兩段完全分開，每段能夠培育出各自獨特的、適于本段水質特征的微生物種群。

AB工藝對有機污染物去除率較高、系統運行穩定、脫氮除磷效果較好，整個運行過程節能效果好。通過試驗數據，AB工藝運行費用約為0.50元/噸水，比傳統的一段法工藝節省運行費用20%～25%。該工藝的主要能耗設備有：鼓風機、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脫水處理。

AB工藝流程如圖5所示。

圖5 AB工藝流程圖

1.6 五種污水生物處理工藝主要能耗

比較上述五種不同污水生物處理工藝能耗，從圖6可以看出，SBR工藝自動化程度最高，噸水的運行費用最高，為0.85元/噸水；AB工藝的噸水運行成本次之，為0.77元/噸水，氧化溝工藝為0.45元/噸水，A/A/O工藝為0.32元/噸水，費用最低的工藝為A/O工藝，運行費用為0.28元/噸水。

五種不同工藝的運行費用差異性，主要與各個工藝性能要求、構筑物建設形式、工藝配套的設施、設備安裝及使用要求有關，自動化程度高低，工藝流程長短，設備安裝數量多少，容積負荷高低等因素都會對運行費用產生影響。

五種污水處理工藝能耗特點如圖6所所示。

圖6 五種污水處理工藝能耗圖

1.7 五種工藝流程的耗能設備

SBR主要的耗能設備有：序批式間歇反應器、曝氣系統、攪拌設備等污泥脫水系統。

AO工藝主要有提升泵、好氧池曝氣設備、回流泵及剩余污水泵、污水處理設備等耗能以及污泥脫水系統。

A2/O工藝其主要耗能設備有：鼓風機、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、內回流泵設備、以及污泥的脫水處理。

氧化溝工藝其主要能耗設備有：污水提升泵、回流泵、曝氣系統以及污泥脫水系統。

AB工藝主要能耗設備有：鼓風機、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脫水處理。

1.8 運行費用低、運用較為廣泛的AO工藝實際設備運行能耗

咸寧市某城鎮污水處理廠，規模為2萬噸/天，運行于2011年，污水處理工藝為A/O工藝，運行出水水質達GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B排放標準，實際設備運行功率統計及能耗設備位置分析如圖7所示。

圖7 污水處理廠設備能耗圖

從圖7可以看出，A/O污水生物處理工藝主要能耗設備有三類：泵、風機、污泥處理系統。

污泥處理系統功率為24.28 kW，占比為9.5%；泵類設備功率為89.3 kW，占比為35.1%；風機類設備功率為140.5 kW，占比為55.4%。

具體能耗設備位置主要位于A/O池、二沉池、風機房、污泥處理系統。A/O池設備功率為36.8 kW，占比為14.25%；二沉池設備功率為54.7 kW，占比為21.17%；風機房設備功率為140.5 kW，占比為54.40%；污泥處理系統設備功率為26.28 kW，占比為10.18%。

由此可見，提供O池曝氣系統的風機類的設備功率最大，耗能最高，O池是A/O生物處理工藝的核心，對COD的去除率可以達到80%左右，對出水水質也起著關鍵作用；設備功率次之為泵類設備，泵起到對污水的提升，污泥回流、混合液回流等，若泵設備的功率不夠，也將直接影響到整個污水處理系統的運行；污泥處理系統是將污水處理后的污泥，集中機械處理后合理利用，雖然設備能耗最低，是整個系統不可缺少的環節。

2 結 論

五種污水生物處理工藝中，AO工藝運用能耗較低，運用相對較為廣泛。AO工藝的設備能耗比例從高到底依次為風機系統、泵、污泥處理系統，占比分別為55.4%、35.1%、9.5%。

污水處理廠節能降耗應首先考慮合理設計風機類、泵類、污泥處理系統類的設備，A/O池、二沉池等污水處理構筑物，將會在一定程度上節約設備能耗，減少污水處理廠的運行成本。