城鎮(zhèn)污水處理廠節(jié)能降耗工程實(shí)例

張 聰，蘇俊萍，李剛強(qiáng)

（鄭州航空港區(qū)明港水務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

污水處理屬于能耗密集型行業(yè)［1］，對電能需求量極大，隨著國家城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，污水處理過程中的能耗和藥耗也逐漸升高，過高的能耗和藥耗成為污水處理成本不斷上升的主要原因。近年來各污水處理廠為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，不斷引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備，但實(shí)際效果與目標(biāo)還是存在較大差距［2］。從工藝的運(yùn)行方式上調(diào)整，進(jìn)行節(jié)能降耗探索的污水處理廠并不多，本文以實(shí)際工程為例，探究污水處理工藝的運(yùn)行模式對污水處理節(jié)能降耗的影響。

1 污水處理廠現(xiàn)狀

河南某污水處理廠（一期）設(shè)計(jì)規(guī)模10×104m3/d，采用多模式AAO+高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+次氯酸鈉消毒的處理工藝。城市污水通過市政管網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)水口，隨后自流至粗格柵，通過進(jìn)水泵提升至細(xì)格柵，然后到曝氣沉砂池進(jìn)行除砂，污水進(jìn)入多模式AAO生物反應(yīng)池進(jìn)行脫氮除磷，出水經(jīng)過二沉池沉淀后，在高效沉淀池與除磷藥劑反應(yīng)沉淀，高效沉淀池出水進(jìn)入纖維轉(zhuǎn)盤濾池過濾，在經(jīng)過次氯酸鈉消毒后排入收納水體，剩余污泥經(jīng)過濃縮池和調(diào)理池濃縮調(diào)理后進(jìn)入板框機(jī)脫水處理，然后外運(yùn)至污泥處理廠。見圖1。

圖1 河南某污水處理廠工藝流程

出水水質(zhì)優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到DB 41/908—2014《賈魯河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。見表1和表2。

表1 河南某污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

表2 河南某污水處理廠實(shí)際進(jìn)水量和進(jìn)水水質(zhì)

對比表1和表2可知，污水處理廠的實(shí)際進(jìn)水水量均值不到1×104m3/d，基本為設(shè)計(jì)規(guī)模的10%，實(shí)際進(jìn)水COD的均值在110 mg/L，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)350 mg/L。由此可以看出，該污水處理廠屬于低水量運(yùn)行，同時(shí)存在碳源嚴(yán)重不足的情況。

2 節(jié)能降耗措施

常規(guī)運(yùn)行模式為全天運(yùn)行。此模式是保持低進(jìn)水流量，由于進(jìn)水泵全天抽水，進(jìn)水液位保持的較低，為了保證出水達(dá)標(biāo)，鼓風(fēng)機(jī)和內(nèi)外回流泵以及加藥系統(tǒng)等也保持全天運(yùn)行。

污水處理的電耗大概占整個(gè)污水處理廠電耗的70%，其中電耗較大的設(shè)備就是進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)和內(nèi)外回流泵[3～5]。由于該污水處理廠的進(jìn)水量較低，同時(shí)存在碳源嚴(yán)重不足的情況，生產(chǎn)運(yùn)行成本較高，結(jié)合實(shí)際情況，通過摸索創(chuàng)新，在保證出水水質(zhì)（主要是氨氮）達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能減少進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)等大功率設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，從而達(dá)到提高設(shè)備利用效率、節(jié)能降耗的目的。2018年8月—2018年12月運(yùn)行方式由常規(guī)的全天運(yùn)行模式調(diào)整為間歇運(yùn)行模式。

間歇運(yùn)行模式是在進(jìn)水泵坑液位達(dá)到預(yù)定的開泵液位時(shí)，將鼓風(fēng)機(jī)及內(nèi)外回流泵開啟，0.5 h后通過曝氣和攪拌器攪拌使得生物池內(nèi)活性污泥在池內(nèi)混合均勻，再開啟進(jìn)水泵、預(yù)處理設(shè)施及碳源加藥系統(tǒng)、除磷藥劑加藥系統(tǒng)、次氯加藥系統(tǒng)和纖維轉(zhuǎn)盤，此時(shí)所有設(shè)備正常運(yùn)行。隨著不斷抽水，進(jìn)水泵坑內(nèi)液位不斷下降，當(dāng)降至規(guī)定最低液位后，進(jìn)水泵和預(yù)處理設(shè)備停止工作，1 h后出水流量基本為0，此時(shí)停止運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)和內(nèi)外回流泵、纖維轉(zhuǎn)盤及各加藥系統(tǒng)，保留生物池?cái)嚢杵鳌⒍脸毓挝鄼C(jī)、高效沉淀池?cái)嚢杵骱凸挝鄼C(jī)正常運(yùn)行。關(guān)停進(jìn)水泵后，進(jìn)水泵坑內(nèi)蓄水液位不斷上升，當(dāng)達(dá)到預(yù)定開泵液位后如前所述重新開啟設(shè)備，如此循環(huán)重復(fù)。

3 間歇運(yùn)行效果分析

在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的情況下，間歇運(yùn)行模式和全天運(yùn)行模式相比，在電能的節(jié)省方面有較大的優(yōu)勢。見圖2。

圖2 進(jìn)水量及噸水耗電量變化曲線

在常規(guī)運(yùn)行模式下，由于進(jìn)水水力負(fù)荷較低，進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、內(nèi)回流泵、外回流泵、加藥泵等主要設(shè)備即使開到最低頻率，也大大超出運(yùn)行需要，耗電量與進(jìn)水量、進(jìn)水水質(zhì)不匹配，能源和藥劑消耗較大，導(dǎo)致污水處理成本較高。通過圖2可以看出，4月進(jìn)水量較少，噸水耗電量急劇增大，不利于生產(chǎn)人員對生產(chǎn)報(bào)表和生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

在間歇運(yùn)行模式下，保留了10～12 h的運(yùn)行、曝氣時(shí)間，出水水質(zhì)能夠得到保證，同時(shí)，由于提高了進(jìn)水泵的運(yùn)行效率、降低了進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)等主要耗電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，耗電量大大減少。通過圖2可以看出：常規(guī)運(yùn)行噸水耗電量在0.890 kW·h，最高為1.337 kW·h；采用間歇運(yùn)行后噸水耗電量逐步下降，穩(wěn)定在0.452 kW·h左右（8—12月的噸水耗電量均值），最低達(dá)到0.379 kW·h。按照平均電價(jià)0.66元/（kW·h）計(jì)算，在水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，污水處理廠噸水電費(fèi)成本由0.59元降至0.30元。

關(guān)于脫氮，采用間歇運(yùn)行模式時(shí)，進(jìn)水階段處理工藝是連續(xù)進(jìn)水的多模式AAO工藝，停止進(jìn)水階段處理工藝可以暫時(shí)看成是間斷進(jìn)水的SBR序批式。進(jìn)水階段曝氣開啟，完成脫氮過程的氨化和硝化過程，停止進(jìn)水階段停止曝氣，生物反應(yīng)池中的溶解氧下降，生物池處于缺氧狀態(tài)，特別有利于反硝化菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)。相比于常規(guī)運(yùn)行模式，間歇運(yùn)行更有利于脫氮，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。當(dāng)遇到進(jìn)水總氮異常升高的情況，可以利用間歇運(yùn)行的方式，在停止進(jìn)水后繼續(xù)增加曝氣時(shí)間和碳源的投加量，進(jìn)一步提高生物池脫氮能力，有利于抵抗進(jìn)水負(fù)荷較大波動的沖擊，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論與建議

1）針對超低水量和碳源不足的實(shí)際問題采取間歇運(yùn)行的節(jié)能降耗措施，實(shí)際運(yùn)行情況表明，可以大大降低污水處理廠的能耗，節(jié)能效果明顯。

2）間歇運(yùn)行后，污水處理中理論電費(fèi)噸水成本由0.59元降至0.30元，同時(shí)延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備攤銷費(fèi)用，減少污水處理廠的管理費(fèi)用。在水質(zhì)出現(xiàn)波動時(shí)工藝調(diào)整靈活，調(diào)控手段選擇性增多，系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3）建議類似工況下運(yùn)行的污水處理廠采用間歇運(yùn)行方式，逐步探索曝氣時(shí)間，大幅降低生產(chǎn)成本。在間歇運(yùn)行時(shí)可人為調(diào)整運(yùn)行時(shí)段，在用電低谷時(shí)段內(nèi)生產(chǎn)將會更加節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。