污水處理廠污水處理節能技術改進研究

王乃亮 黃 慧 高 磊

（甘肅省生態環境科學設計研究院 甘肅蘭州 730000）

引言

在現代文明社會發展歷程中，污水處理廠作為與生態環保事業息息相關的單位，在減少生態污染、維持社會經濟可持續發展方面發揮了積極作用。但是，在傳統技術條件的限制下，污水處理廠在處理污水時也會涉及到大量資源和能源的消耗。

因此，一直以來污水處理廠的技術升級和優化，一般有兩大方向，其一是提升污水處理效果，其二則是降低能耗。在社會經濟發展進入新常態的背景下，更需要結合污水處理廠運行中存在的實際能耗問題，對污水處理節能技術的改進思路和方法進行進一步研究。

1 污水處理廠污水處理節能技術概述

1.1 現狀

關于污水處理廠污水處理節能技術的研究，主要是指基于污水處理廠開展污水處理工作的實際情況，在保證污水處理效果的基礎上，減少整個過程產生的資源及能源消耗。

在污水處理廠的實際運轉中，需要用到多種污水處理設備及設施，而這些設備設施在運行中會產生多種資源的消耗，同時也伴隨著大量的電能消耗。我國傳統污水處理廠用到的設施設備基本上沒有配備節能措施，同時在運行管理中也忽略了節能管理，導致污水處理廠的能耗極大，顯然這與污水處理廠本身的生態價值是相悖的。另外，在污水處理廠的日常運作中，高能耗勢必會帶來高運營成本，導致污水處理廠運營壓力過大。例如，在近年來甘肅省的污水處理廠中，A/O 工藝作為普遍應用的污水處理方法，雖然具備污染物去除率高、運行穩定可靠的優點，但是相關設施運行過程中的污泥內回流量較大，產生的能耗較高，導致污水處理費用過高，影響污水處理廠效益[1]。

1.2 加強節能技術改進的必要性

在第二次全國污染源普查的數據結果中可以了解到，目前甘肅省共有已建成投入運行的集中式污水處理廠共239 個，基本做到了每個縣區至少配備一個污水處理廠。雖然基本上解決了各個地區工業污水以及生活污水的處理問題，但是因此而產生的能耗及相應費用也一直處于較高水平，而這也是全國多數地區污水處理相關工作所面臨的同樣問題。目前最為有效的方式就是對污水處理廠的污水處理技術工藝進行改進提升，而改進的主要方向則是節能降耗。

當然，污水處理廠的節能技術改進還擁有多方面意義，主要如下：

（1）促進污水處理廠從粗放式向集約化、精細化處理方向發展

傳統污水處理工藝涉及到多個處理工藝，各處理工藝及環節都要配置體量龐大的設施及設備，占用空間大且運行管理難度高，同時處理效率較低。而在污水處理工藝節能改進的過程中，在保證處理效果的基礎上精簡處理程序也是主要方法之一，加上一些自動化處理設備及設施的應用，可以對傳統污水處理設備設施體系進行精簡，實現集約化、精細化處理。

（2）規避二次污染風險

在傳統污水處理廠的污水處理中，會涉及到一些藥劑及相關添加劑的使用，而這些材料使用過程中以及使用之后，都可能產生一些污染物，產生二次污染風險。而在污水處理工藝節能改進中，可以有效減少使用有污染風險的材料，避免二次污染。

（3）提高污水處理廠效益

顯然，在污水處理廠的日常運行中，能耗與其消耗的成本是直接掛鉤的，通過工藝改進可以有效減少能耗費用，提升污水處理廠效益，進而實現污水處理相關環保產業的良性發展[2]。

2 污水處理廠污水處理工藝的能耗問題及誘發因素

2.1 電力消耗

傳統污水處理廠的污水處理系統中，涉及到大量用電設備設施的應用，在很多地區污水處理廠長期處于高負荷運行狀態下時，產生的電能消耗是十分巨大的。如今污水處理廠污水處理系統中的污水提升泵、鼓風曝氣等均屬于能耗較高的設備，其中污水提升泵在從污水采集、引流到處理達標的全流程中都需要保持運行狀態，并且在污水處理量日益增多的情況下，污水提升泵能耗問題將更為嚴峻。而鼓風曝氣裝置在目前很多污水處理廠中都占據重要地位，該類設備主要是基于活性污泥法實現鼓風曝氣功能，即將空氣輸送至曝氣池，使之以氣泡的形式進入到混合液之中，為活性污泥中的微生物活動提供理想環境。為了保持這種功能的持續性，很多污水處理廠中鼓風曝氣裝置都需要持續保持運行狀態，其電耗甚至可以達到整個污水處理廠的30%以上。顯然，除了核心設備以外，污水處理廠在進行污水處理過程中，為了支持各類設備的正常運行，電能消耗是比較突出的。

導致污水處理廠電能消耗過大的原因主要有以下幾點：

（1）設備技術落后

傳統的污水處理廠設備在技術研究時較少關心能耗問題，導致設備本身的單位能耗就比較高。而污水處理廠的設備選型人員沒有針對設備的能耗問題進行分析，也沒有響應的能耗控制標準，影響了污水處理過程的能耗控制效果[3]。

（2）設備選型不合理

一方面，污水處理廠設計配置設備時，對污水處理系統的設備組合不合理，導致總能耗過高；另一方面，設備搭配不合理，導致一些設備的能耗超出正常運行水平。

（3）設備安裝維護不到位

如果設備安裝時忽略了能耗方面的考慮，會導致設備長期處于高負荷運行狀態，或是因散熱不足而導致設備能耗升高的問題。另外，污水處理廠設備維護保養不到位，也可能導致設備處于非正常運行狀態，影響能耗。

2.2 藥劑消耗

在傳統的污水處理廠運轉過程中，為了滿足相關污水處理工藝的應用需求，需要消耗大量的藥劑。例如，在處理多種含泥污水時，沉淀是比較常見的處理方式，而為了讓污水中的污染物質凝結、沉淀，需要消耗大量的絮凝劑。絮凝劑主要由聚合氯化鋁及其他相關原料制成，其在污水沉淀吸附處理中屬于主要消耗型材料，也是很多污水處理廠日常運營成本的主要構成之一。值得注意的是，采用傳統工藝制成的絮凝劑在發揮作用之后無法被回收進行再利用，處置不當還可能造成環境污染。

導致污水處理廠藥劑消耗過大的原因一般有以下兩點：

（1）污水處理工藝太過落后，對需要用到絮凝劑的沉淀吸附工藝依賴性過強，導致這部分藥劑消耗過高的問題一直存在。

（2）污水處理廠關于沉淀處理工藝以及各類藥劑使用缺乏規范化管理，導致大量不必要的藥劑消耗。例如，在針對不同污水進行沉淀處理時所投放的藥劑量是不同的，如果缺乏對投放量的針對性管控，或是投放人員專業性不足，都可能導致藥劑投放過多，不僅浪費成本，還會影響污水處理效果。另外，在污水處理廠的各類藥劑儲存管理中，也存在因儲存不當而導致材料非正常損耗的問題。

2.3 水資源消耗

在污水處理廠的資源消耗中，水資源消耗問題主要表現在兩個方面：

（1）部分傳統污水處理工藝需要用到自來水，在污水處理量增長的同時相關水資源的消耗量也在同時增大。

（2）在現代污水處理理念下，傳統污水處理工藝僅僅將目光集中于對污水中污染物的處理，而忽略了對污水的再利用。具體來看，傳統的污水處理機制比較單一，并沒有針對污水污染類型進行精細分類，分辨污水處理是否達標的標準也較為單一。但事實上，在現代污水處理專業領域中，一些污水在經過處理之后是可以被回收利用的[4]。這就意味著在傳統工藝下的污水處理廠直接排放了很多具有再回收價值的水資源，變相也導致了水資源浪費的問題。

關于水資源消耗過高的原因，主要也是體現在工藝技術水平和管理理念兩個方面。即污水處理工藝的落后，以及因運行管理不規范、不科學，導致污水處理廠運行過程中的水資源消耗較大。

3 污水處理廠污水處理節能技術的改進思路及策略

3.1 科學采用預處理技術，平衡處理工藝負荷

事實上，在正式對污水中的污染物進行處理之前，科學的預處理環節都是不可或缺的。因此，關于污水處理廠污水處理工藝的改進，應當根據待處理污水的實際特征，對其進行科學預處理。例如，如果污水的含砂量較高，應當配置沉砂池或砂水分離器，將污水中顆粒較大的砂截留下來，減少其對后續污水提升及分解處理環節的影響。在比較常見的曝氣工藝中，可以同精準的預曝氣處理，減少核心曝氣裝置的能耗。

需要注意的是，在污水處理廠配置預處理裝置時，應當重點分析污水的污染物類型，在污水處理工藝流程的前期階段，做好沉淀、分離處理，減輕后續處理工藝壓力，同時也可以有效平衡各處理環節的負荷，達到減少能耗的目的[5]。

3.2 優化設備選型，合理改造處理工藝

在污水處理廠的污水處理工藝改進中，關于設備優化選型和技術升級是主要方向。首先，污水處理廠需要積極淘汰傳統處理效率低、能耗高的工藝設備，選用更為先進的設備設施。通常情況下，關于污水處理設備的優化選型，一方面是采用更為科學的污水處理工藝，這類工藝本身的能耗較低，另一方面是設備配置了節能降耗裝置，可以有效減少單位作業量內的能耗。其次，應當針對污水處理廠的污水處理量，對污水處理流程進行優化，減少因不科學的處理方式，而導致能耗過高的問題。下面，對前文提到的設備能耗問題進行分析：

（1）污水提升泵站節能處理

在污水處理流程的污水提升環節，揚程與水泵能耗直接相關，因此可以結合對污水處理廠地勢以及各設備設施布置情況的分析，讓集水池適當保持高位運行，以達到降低水泵揚程的目的。然后，可以采用加裝了變頻裝置的水泵，在滿足日常污水提升輸送需求的基礎之上，減少能耗。另外，還需要根據污水處理廠的污水處理任務，對污水提升流程進行科學的安排，確保機組均衡運轉，可以進一步減少污水處理廠能耗。例如，在甘肅蘭州市的某污水處理廠改造中，針對污水提升泵的變頻處理，結合管理優化，使其能耗降低了11.8。除此之外，該廠還采用了多級動態液位控制技術，即在污水處理時，通過科學控制機組運行臺數及轉速，維持水泵流量均勻運行。當所需污水提升量較大時，增加運轉臺數，減少單組水泵的轉速增加量，在適應水流變化的基礎上，減少能耗。

（2）鼓風曝氣裝置的節能處理

目前很多污水處理廠采用的污水處理工藝都是活性污泥法，對鼓風曝氣裝置的依賴性較強。顯然，優選高效且節能的鼓風曝氣設備是減少污水處理能耗的關鍵舉措。目前市面上具有較好節能價值的鼓風曝氣設備有單級離心鼓風機、羅茨風機、空氣懸浮鼓風機等，其在同等運行條件下的節能表現都比較好。例如，在甘肅蘭州市某污水處理廠的節能改造中，技術人員引進了空氣懸浮鼓風機，該設備利用空氣力場讓軸承懸浮運轉，由于軸承受到的摩擦力大幅度減少，整個設備運行中的能耗大幅度下降。在此基礎上，該設備裝配的變頻器還可以在不影響污水處理效率的基礎上，合理調節風量，進而減少能耗。值得一提的是，在實際的污水處理中，溫度比較低的季節或地區，污水處理廠也可以通過適當降低曝氣量的方式來減少能耗。

3.3 優化處理工藝，減少資源消耗

在對污水處理廠污水處理技術進行節能改進時，應當結合污水處理的具體流程或運行工況，制定科學的工藝優化措施。比如，污水處理廠的藥劑消耗一般產生于沉淀、分離、消毒處理等環節，比較常用的藥劑材料包括無機鹽類混凝劑、有機高分子混凝劑等，不同藥劑的功能和作用方式存在差異，因此可以根據污水處理的具體場景和需求進行優化應用[6]。一般情況下，為了去除污水中的污染物磷，可以使用生物除磷或化學除磷技術，前者甚至可以達到完全不使用藥劑的水平，而后者則是通過使用高分子混凝劑來減少對常規藥劑的消耗量。在污水消毒環節，比較常見的方法有加熱消毒、紫外線消毒及微波消毒等物理方法，以及通過二氧化氯、臭氧、重金屬離子等進行的化學消毒。關于與消毒工藝的節能改進，通常是要結合污水本身的污染物含量情況，優化消毒劑的配比，組合應用物理法和化學法的方式，來減少對藥劑及電能的消耗。

3.4 建立科學標準，形成規范化節能管理機制

在對污水處理廠污水處理工藝進行節能改造的過程中，管理方面的優化也有助于減少能耗。首先，應當根據污水處理廠污水處理工藝的具體流程，建立各個環節的節能降耗標準，作為開展節能管理工作的參考依據[7][8]。其次，針對各類污水處理設備、設施的運行，設定標準化的操作和管理機制，確保對所有設備設施的操作方式規范合理。同時，通過結合不同時期污水處理任務變化情況，科學安排設備及人員配置，在減少能耗的基礎上，提高污水處理廠運轉效率。另外，做好污水處理廠各類設備設施的保養維護，減少故障率和非正常運行狀態，有效發揮設備設施的節能降耗功能。最后，強化對污水處理廠所有人員的節能降耗意識、技能培訓，為建立長效節能降耗工作機制提供支持。

結語

綜上所述，針對目前污水處理廠能耗過高的問題，應當積極更新理念，對污水處理廠各污水處理環節的能耗影響因素進行全面分析。在此基礎上，通過科學配置預處理流程、優選污水處理設備設施、采用節能降耗工藝等方式，減少污水處理流程的能耗。同時，結合嚴謹、科學的節能管理機制，進一步減少污水處理廠運行管理期間不必要的能耗。唯有如此，才能進一步發揮污水處理廠的生態價值及公共服務價值，為社會的健康穩定發展做出關鍵貢獻。