结合新庄污水处理厂浅谈污水处理厂的节能降耗

摘要：节能降耗是一个企业的生存之本，从企业生产的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源，可实现降成本、增效益的最大化。本文根据贵阳新庄污水处理厂的实际运行情况，总结和分析了污水处理厂的能耗环节，并结合国内外污水处理厂的运行经验，提出一些有效的节能降耗技术和途径，以达到降低污水处理成本、减少用电量的目标。

关键词：污水处理厂节能降耗

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

1 背景

贵阳新庄污水处理厂工程是贵阳市水污染治理和环境保护重点工程建设项目，是贵州省重点工程建设项目，是利用日本政府贷款同时也是国债建设项目。该项目已纳入国家“十一五”期间城考指标。新庄污水处理厂位于贵州省贵阳市乌当新添寨片区中部乌当大桥旁，紧靠南明河，厂区占地250余亩，设计总规模为42万m³/d，分两期建成，一期规模为25万m³/d（2009年12月底建成），二期规模为17 m³/d。该厂的服务范围包括全中心城区、新添寨片区中南部、龙洞堡片区和二戈寨片区北部，服务人口近期108.39万人，远期142.94万人。污水经A2/0工艺系统处理后可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B类标准，排入南明河。

新庄污水处理厂的建成投产基本解决贵阳市中心城区及乌当片区生活污水污染南明河的问题，是实现南明河水变清的一大重要举措；同时，新庄污水处理厂的运行每年将产生化学需氧量1.3万吨和氨氮1.01万吨的减排效益。因此，新庄污水处理厂对进一步改善贵阳城市水环境、提高城市居民生活质量具有重大意义，也是贵阳市建设生态文明城市迈出的实质性一步。近十年来，由于能源紧张，随着节能工作的深入开展，节能降耗工作的急迫性和重要性逐渐深入人心。因此，从污水处理厂的各个环节降低消耗、减少损失、合理有效地利用能源，实现污水处理厂降低成本、增加效益最大化是新庄污水处理厂的一大重要目标。

2 污水处理厂的能耗分析

污水厂日常运行中主要费用为能耗、人力资源费用以及设备维护维修费；根据我国学者的研究结论，在活性污泥处理系统中，其中能耗成本占污水厂运营维护成本的30~80％。在不同的污水处理厂的运行中，实际能耗还与污水厂规模、进水水质特征、处理程度、处理工艺及运行模式等因素有关。根据新庄污水处理厂近三年的实际运行情况，污水处理厂的能耗主要产生在水泵的运行、生化处理设备以及污泥处理这几个环节：

水泵的运行

该厂的水泵设施主要有初次污水提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵及污泥提升泵。污水、污泥提升泵能耗约占全厂总能耗的10%~20%，其运行的好坏直接关系到厂里能否正常运行以及生产成本的高低。

生化系统

生化系统能耗约占全厂的40%~60%，其中比重最大的为曝气设备。为了保证生物反应池内溶解氧（DO）浓度，生物反应池常常会曝气过度，而过度曝气直接导致了能耗的浪费，同时会使污泥的沉降性能变差。由图1可以看出，曝气池中的DO浓度从2mg/L升高至5mg/L，所消耗的能量几乎增加了一倍。

图1. 混合液DO浓度与能耗的关系

污泥处理系统

污泥处理系统能耗约占全厂的15%~40%，合理控制脱水设备，可以在降低电耗的同时也可以降低原材料的损耗。

随着人口的日益增长和污染物去除标准的不断提高，用于污水处理的总用电量还将继续增加。

3 节能降耗技术与途径

据国内外多家污水处理厂多年的运行经验，最直接最有效的节约成本方法就是节能降耗，而有效的节能降耗途径与技术主要有如下几点：

建立能耗信息系统并评估审核能量利用

污水厂建立一个能耗信息系统（Energy Information Systerm，EIS），一方面，能通过在线传感器实时准确获取对处理工艺流程中各处理单元的耗能项目，包括各种设备和建筑物的开关、功率、运行状态等信息，并将这些信息自动分类记录、储存在EIS系统中，从而建立各个耗能单元的能耗信息数据库，以计算污水厂的能量效率；另一方面，根据与同类设备或其它厂的处理单元的能耗数据比较，可以快速发现是否存在高耗低效的运行环节，若存在，再对这些环节进行详细的核查分析，因此，能耗信息系统（EIS）能快捷地为污水厂的节能优化运行提供可靠的依据。例如，在美国华盛顿州的Blue Plain污水处理厂，已将各个能耗单元的用电情况、需求以及运行成本等数据集成在EIS里，摒弃了传统的电子表格统计法，让管理人员实时方便地掌握和调整设备运行。采用能量评估程序对能量使用情况进行审核，确定设备升级改造或者更换的最佳时机，可用于辅助管理污水厂的设备维护。

升级改造设备

提升泵系统要想节能降耗，需要尽量消除外部的干扰，定期清理泵坑的淤泥和浮渣显得格外重要。另外需要清楚提升泵的额定工况和实际情况，如达不到理想状态需要作相应的技术调整，如泵的扬程相差过大，则可以用高比转数叶轮代替原有叶轮，使其达到理想化状态。对水泵的运行而言，可以采取如下措施来改善水泵效率： a）泵运行时尽量保持在高效区间内（首先必须清楚该厂水泵的额定工况和实际情况，如达不到理想状态需作相应的调整，如应控制两台泵运行在额定流量90％，而不是三台泵运行在额定流量的60％）； b）调节水位控制器，使水泵运行的启闭次数尽量减少，使出水水流稳定； c）利用电容补偿（大型水泵）来改善功率因子； d）如果水泵一直在低效区低负荷下运行，可以减小叶轮的尺寸； e）对于定速水泵，当流量变化范围较大时，采用变频调速设备。某些工程实际运行数据表明，使用变频调速设备可使水泵平均转速比工频转速降低20％以上，综合节能效率可达20％~40％。由此可见，采用变频调速设备使水泵运行耗电量大大降低，节能效果十分显著。

合理曝气，控制系统参数

生化系统是节能降耗的大头，其合理的曝气将会有效地实现节能降耗。一方面，合理选择曝气方式以及曝气设备显得尤为重要。有学者对几种常见扩散曝气器的能耗作了研究比较，见图2所示，可看出不同的曝气设备曝气和氧传递效率不同，所需要的电能也会不同。有些污水厂在设计时根据反应池的尺寸来布置和安装曝气器；还有些污水厂采用将原有的粗孔曝气器更换为微孔曝气器，这样也能大大提高用电效率，节约能源。

图2. 几种常见扩散曝气器的能耗比较

另一方面，生物反应池内DO浓度越高，则浓度梯度越小，氧扩散速率越慢，有效的节能方法是根据降解污水中有机物和硝化所需的最低需氧量进行供氧曝气，并维持稳定的DO浓度。实际运行中，进水有机负荷具有不稳定性，一般下午和傍晚的需氧量要比夜间和早晨的需氧量大，要维持稳定的DO浓度所需的鼓风量也要实时调整。因此，合理地选择设备并严格控制污水厂处理工艺系统的运行参数，能有效地实现污水处理厂的节能降耗目的。

其他方面节能降耗

污水厂的能耗涉及到运行、设备、行政、绿化等方面，抓好每个方面每个环节，如办公室设备（打印机、电脑、照明等）合理使用、绿化用水尽量使用回用水，重复利用部分耗材等方法，也可以节约能源，大大降低污水处理厂的成本。

4. 结语

总而言之，污水处理厂的节能降耗是一项综合性工作，涉及到工艺、设备、电气及自控等多个环节。污水厂的管理应在保证出水达标的前提下，根据自身和周边环境条件，从设计、设备选型、运行管理控制、维护维修、升级改造等各方面进行力所能及的贯彻审核，以减少能耗，降低污水处理成本。同时在实践中简历能耗能效的管理评价体系，以及时检验节能降耗的成果，促进各项先进技术的改进、整合和推广。