污水處理工藝節能降耗研究范文

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隨著世界能源短缺和能源需求量大的矛盾日益劇烈，能源價格逐漸上漲，排放標準更加嚴格，必然會使污水處理廠的處理成本不斷升高，因此污水廠的節能顯得尤為重要。國家和地方對節能工作十分重視，而國民經濟與社會發展“十二•五”規劃綱要提出要實現降低16%單位國內生產總值能源消耗。同時，廣東省“十二•五”節能規劃要求單位國內生產總值能源消耗降低18%。污水處理是一個高能耗的產業，楊凌波等統計分析了559座污水處理廠的能耗情況，發現我國污水處理工藝的平均電耗0.290kW•h/m3，與同期的發達國家相比較，這是一個非常高的能耗水平。在污水處理廠運營維護成本中，能耗成本占比相當大，其比重為40%-80%。因此，在保證出水水質達標的情況下來降低能源消耗，達到降低運行和維護成本的目的，從而提高節能降耗的水平，成為污水處理行業的必然發展方向。污水處理工藝會對污水處理廠的能耗情況產生重大影響，因此，必須綜合考慮各方面因素，選擇合適的節能降耗污水處理工藝。

當今，國內污水處理廠使用較為廣泛的工藝主要為傳統活性污泥法、延時曝氣污泥法、SBR、AB、UNITANK和氧化溝工藝、A/O、A2/O等工藝，這些工藝技術在歐美等發達國家使用非常普遍，是有效的水處理控制技術。污水處理工藝的節能減耗成為了污水處理廠節能降耗的關鍵，發展節能降耗的處理工藝成為當今世界的研究熱點。在污水處理廠的運營中，重要的環節之一就是選擇合適的污水處理工藝。污水處理工藝決定投資與運行成本，也決定了能耗。因此，污水處理廠工藝的選擇需要十分謹慎，除了考慮污水處理的工藝的先進性和適用性外，還應考慮工藝流程和工程造價。保證系統運行穩定的同時，系統應具有維護管理方便、工藝能耗低的優點，以確保污水處理廠的生產效益和經濟效益。污水處理工藝實現節能降耗的方式主要分為兩種，分別是一級處理工藝節能降耗和二級處理工藝節能降耗。

1一級處理工藝

節能降耗城市一級處理系統包括預處理和一級處理。一級處理系統節能的關鍵在于格柵和提升泵。格柵一般傾斜安裝在泵房集水井的進口或污水處理廠的前端，主要是用來截留在污水中的較粗大漂浮物和懸浮物，從而保證污水處理設施的正常運行。相對其他設備來說，盡管格柵存在的節能空間相對較少，但對于后續處理設備的降耗意義重大。提升泵是污水提升的主要耗能設備，存在很大的節能空間。污水提升電耗占污水廠總能耗的10%-20%。牛住元等分析了北京污水處理廠提升泵的電耗情況，研究表明該廠提升泵的電耗為總能耗的17%。能耗的損失主要來源于污水的提升高度和集中在構筑物出口處跌水高度的水頭損失。因此，可以通過管道淹沒出流以及對跌水高度進行控制，從而減小出口水頭損失，降低污水的提升高度，節約能耗。對正在運行的污水處理廠來說，泵的運行方式是提升泵節能降耗關鍵的因素。可以通過流量調節技術（變頻調速技術等）、水泵優化組合技術等來實現泵的節能降耗。向偉芳通過采用變頻調速技術控制提升泵和鼓風機，發現變頻調速設備的使用可使水泵平均轉速降低20%以上，節能效果非常明顯，可節省20%-40%的能耗，和閥門調節相比，節能效率為40%-60%。由此看出，采用變頻調速系統控制和水泵優化組合技術，有利于能量的節約，達到節能的效果。一級處理主要去除部分有機物，減小二級處理或三級處理的處理負荷。因此，可以通過中和等一級處理工藝減小生物處理的負荷。一級處理工藝不僅能夠降低二級處理負荷和運行成本，也能夠幅度減少投資費用，從而達到節能降耗的目的。周律的研究中表明一級處理強化技術高效低耗的關鍵在于無機絮凝劑與其它種類的絮凝劑使用的最佳協同作用效果，高效、廉價絮凝劑的優選和冬季低溫條件下運行參數的選擇。

2二級處理工藝節能降耗

隨著我國經濟發展飛速，污水處理技術發展迅猛，從而出現了許多先進的污水處理工藝，其中最為經典的是傳統的活性污泥法，同時也出現了深井曝氣活性污泥法工藝、厭氧處理工藝、A/O工藝、A2/O工藝及其變形工藝、SBR工藝及其變形工藝、氧化溝工藝和生物膜法等多種生物處理技術。這些生物處理技術都能在不同程度上實現污水處理廠節能降耗。

2.1深井曝氣活性污泥法

深井曝氣活性污泥法的特點是處理效率高、耐沖擊負荷，產生的污泥量少，運行費用比較低，占地面積小。深井曝氣池中隨著水深的增加，氧的傳遞速率逐漸增大，處理功能比較完善，因此不需要設初沉池，在很大程度上節省了占地面積，相應地可以節省投資成本。深井曝氣在運行中發現二氧化碳產量比常規曝氣多30%，污泥產量低，這可以減少后續污泥處理費用，節省了運行成本。深井曝氣活性污泥法在實際中應用的成功案例也有許多。興平污水處理廠于2009年運行深井曝氣法-氣浮組合（VT）處理工藝，這是我國第一次引進這種工藝。該工藝的節能特點是高效利用空氣，綜合利用氧的高效傳遞性能以及空壓機供氧的能量，其中曝氣充氧可使混合液固液分離，同時壓縮活性污泥，VT同時解決了整個系統內混合液、攪拌、推流、提升和污泥濃縮的能量需要。還有溫州啤酒廠引進的廢水處理工程的成功案例都表明深井曝氣活性污泥法具有良好的技術優勢和明顯的經濟優勢，能實現節能降耗的目標。

2.2厭氧處理工藝技術

厭氧生物處理具有能耗低、外加營養少、產泥量低、污泥穩定化程度高等優點，并且可以把有機污染物轉化為甲烷，生成燃料能源。厭氧處理可以減少污泥的產生量，對污泥后續處理費用有明顯的作用，能大幅度降低處理成本。此外，與好氧處理相比，厭氧處理無需曝氣且能產生能量，如沼氣等。與好氧生物處理技術相比，厭氧處理在節約能耗和產生能量方面具有相當優越性。因此，采用厭氧技術，可以產生能源，從而抵消部分后續好氧處理所需的能耗，從而實現節能降耗的目標。近年來，厭氧生物處理法正朝著處理低濃度生活污水的方向發展。荷蘭針對生活污水濃度低、水量大等特點進行厭氧處理技術的研究，研究表明，在溫度8-20℃，水力停留時間為12h下運行的UASB反應器，COD的去除率達65%-85%。由此看來，厭氧處理技術適合于污水處理廠的應用，降低能耗。

2.3An/O工藝及其改進工藝

目前，厭氧生物處理法的發展趨勢是與其他好氧生物處理方法聯用，即厭氧-好氧復合工藝。中國市政工程西南設計院研究了厭氧-好氧系統，厭氧段COD的去除率為35.9%-50.2%。黃浩華等探究了AAO工藝在節能能耗方面的可行性，發現過度曝氣現象非常嚴重不利于節能降耗，通過小試試驗證明曝氣池溶解氧嚴格控制在2～3mg/L，同時可通過減小曝氣廊道的長度來減小曝氣量從而實現降低鼓風機的電耗。施漢昌等采用基于進水負荷的前饋-反饋控制系統，對具有脫氮除磷功能的AAO工藝進行運行控制，在保證出水水質達標排放的前提下可以實現節能減耗的目標。AAO改良優化工藝對于實現污水處理廠的節能降耗有著重要的影響。趙傳義改良AAO工藝，改良后污水處理廠每噸水電耗為0.14kW•h，節能效果好。趙高偉等人研究OWASA活性污泥法工藝工程實踐時，發現該工藝的處理尾水可穩定達到一級A標準，在世界范圍內得到廣泛應用，節能效果顯著，同時，工藝流程簡明，便于操控，適合于對舊污水廠提標改造，在改造工程中值得推廣應用。這都說明了工藝的改良有利于實現污水處理工藝的節能降耗。組合型的工藝在出水水質達標的情況下，在一定程度上能達到節能降耗的目標。王廣智等人在小城鎮污水處理廠采用A/O-MBR工藝，與傳統的污水處理工藝相比，具有顯著節能降耗的技術優勢。

2.4SBR工藝及其改進工藝

SBR工藝的核心是反應池，集初沉、曝氣、二沉與一池，占地面積小，造價低，運行管理簡單，自控水平高，出水水質好。澳大利亞Tmmwqdth污水處理廠就采用了一體化的SBR工藝，大大節省了占地面積。由于SBR工藝占地面積小，充分利用這點優勢，逐漸涌現了SBR的改進工藝。在SBR工藝基礎上增加短程硝化、反硝化除磷這一系列新型的節能降耗技術，是SBR工藝發展的趨勢。北京工業大學環境工程研究所研究了低能耗的SBR變形工藝可以實現同步脫氮除磷，其中采用脈沖分段進水的進水方式可以提高總氮的去除效果，出水總氮可以達到小于3mg/L的水平。SBR變形工藝中具有良好的脫氮除磷性能的工藝是CAST工藝，CAST工藝池體內用隔離墻隔出生物選擇區、兼性區和主反應區三個區域。生物選擇區具有釋放磷的作用，兼性區有利于促進磷的進一步釋放以及進一步促進反硝化作用，主反應區可以通過控制好氧段的溶解氧水平來實現系統的同步硝化反硝化功能。與SBR工藝相比，CAST工藝處理效果好，出水穩定。CAST工藝使用于中小型的污水處理廠，貴陽市8萬m3/d小河污水處理廠和深圳、天津等地區的部分污水處理廠均采用該工藝。陳婉如等在比較A2/O工藝、氧化溝、UNITANK和CAST工藝四種節能技術中，從占地投資、工藝穩定、設備裝置、關鍵能耗設備的綜合評價，發現佛山沙崗廠CAST工藝的節能效果最好。故CAST工藝在污水處理節能應用方面值得推廣。

2.5氧化溝工藝

氧化工藝處理流程簡單，處理效果穩定，出水水質好。氧化溝中溶解氧有明顯的濃度梯度，利用溶解氧濃度明顯變化以及好氧區和厭氧區的特性，可以實現硝化反硝化且充分利用硝酸鹽的氧，從而可以節省需氧量達到節能降耗的目標。微曝氧化溝工藝是節能效果最好的一種氧化溝工藝，微曝氧化溝工藝調整了曝氣方式，把表面曝氣改變為底部微曝，這增加了傳質時間和接觸面積，從而提高了供氧能力和氧的利用率，能明顯地降低鼓風機電耗，單位污水處理能耗低于0.2kW•h。余海靜等在氧化溝工藝加大了厭氧段和缺氧段后，提高磷和氨氮的去除率，提高了設備的使用效率和使用時間，兩個月用電量共節省了645420kW•h，大幅度降低了用電量，有效降低了污水處理廠的運營成本，實現了節能降耗。

2.6生物膜處理技術

生物膜法是用微生物附著在某種固體表面，以生物膜的形式生長的污水處理工藝。生物膜處理法中的各種工藝易于維護管理，非常簡單實用。生物膜法的主要特點是不需要污泥回流，生物相豐富且剩余污泥量較少。周律的研究表明曝氣生物濾池的優點是基建投資省、曝氣量小、供氧動力消耗低，曝氣量明顯低于一般生物處理法。因此，生物膜處理法也是污水處理廠節能降耗的主流工藝之一，適合污水處理廠廣泛應用。

3結語

隨著污水排放標準的提高，污水處理廠面臨著提標改造，必然會對污水處理廠的運營成本造成巨大的壓力，只有采用實現節能降耗目標的污水處理工藝，才能使污水處理廠朝著越來越好的方向發展。污水處理工藝朝著節能降耗方向發展已成為當今世界的潮流。新型的節能降耗工藝也會逐漸成為環保界的研究熱點，相信在研究者的努力鉆研下，會涌現出更節能的污水處理工藝。

作者：周海珍；徐文麗；林梅山；孫連鵬；葉挺進