污水处理厂节能降耗的 运行优化剖析 文／赵迎春原建光 针对某工业园区污水处理厂提标扩建后运行中存在的能耗高问题，通过采用Ａ／Ｏ生物 池添加推流搅拌器、泵类设备安装变频器等设备改造；同时通过溶解氧、污泥浓度及回流比 的合理控制等措施实现节能降耗，在保证出水达标的前提下，对降低成本具有显著成效。 目前，我国污水处理厂的能 加强对污水处理各环节及全流程 理这几个单元，所消耗的能耗占 耗主要是电耗，处理每吨污水 的能耗分析，通过建立行业能耗 全厂的８０％以上。针对该工业 耗电约０．２５—０．４度，一些园区 基准，动态评价各污水处理厂的 污水处理厂运行中存在能耗高的 的工业废水吨水电耗高达 能耗状况，确定节能降耗潜力； 问题，通过实施设备改造，合理 ０．７—０．８度，约占污水处理成本 （２）实施提效改造：采用高效节 控制工艺参数，利用不同时段电 的５０—７０％，通过污水处理厂技 能设备和可持续新工艺对现有设 价的差别等措施，在保证出水达 术改造和工艺优化来提升节能降 施设备进行改造，从本质上实现 标的前提下，对降低成本具有显 耗的空间。截至２０１６年９月底， 节能降耗； （３）实现优化运营： 著成效。 我国共建立３８３０座城镇污水处 通过运行优化，使每一处理单元 理厂，污水处理能力１．６２亿立 都处于高效运行状态，避免低效 一、污水处理厂概况及能耗 方米／日，按每年处理４５０亿吨 提升、过度搅拌以及过度曝气等 状况分析 污水来计算，如果能够节省 状况。 ３０％的能耗，这就能够为国家 该工业污水处理厂采用Ａ／Ｏ 在不同污水处理厂的运行 工艺，可处理工业园区污水５× 节约约４０亿度电的社会资源。 中，实际能耗还与污水处理厂规 １０４ｍ３／ｄ，进水中工业废水占 在目前国家大力提倡节能降耗 模、污水的水质特征、处理程 ７５％，生活污水占２５％，收水面 的背景下，污水处理厂的节能 度、处理工艺、运行模式等因素 积约１５ ｋｍ ，服务园区内的生物 降耗应引起足够重视。 有一定的关联。某污水处理厂能 制药、火电、铝加工和机械加工 污水处理厂该如何实现节能 耗主要消耗在污水、污泥的提升 等企业。出水水质执行《城镇污 降耗呢？我们从以下三个方面进 输送、生物处理的供氧、难降 水处理厂污染物排放标准》ｆＧＢ 行讨论： （１）开展能耗审计： 解ＣＯＤ的臭氧氧化以及污泥处 １８９１８—２００２）中的一级Ａ标准。 水工业市场２０１７年第１－２期 １０１ ＩＩＴＥＣＨ＆ＣＡＳＥ １技术与案例 ．．蔓望塑 碳源投加间 进水 粗格栅 Ｉ 提升泵房 细格栅 Ｉ钟式沉砂 Ｉ水 ｉ化 － 曝气池－－二沉池 ● 征 。 Ｉ ：・ 上…栅 Ｉ 砂哮船剩・ … 泥 ’… Ｉ… ～ｉＩ ’泥 ：ｌ ’ ｉ： Ｉ剩余污泥．剩余污混ＩＩ Ｉ ｉ： …Ｌ… 贮 …．…Ｌ…二 污水处理厂工艺流程图如图１。 设计及实际进水水质如表１所示。 项目 设计进水 实际进水 表１设计和实际进水水质（ｍｇ／Ｌ） ＣＯＤ ５００ ２００ Ｂ０Ｄ６ １５０ ３０ ＳＳ ２８０ ３００ ＮＨ 一Ｎ ３５ ２５ ＴＰ ４ ３ 该厂生物处理、臭氧部分的 电耗大约占全厂用电的６５—７０％， 泵类电耗占１５％，污泥处理、 厂区照明及办公用电占５％。因 此，节能降耗的重点应控制在 生物供氧、臭氧氧化和泵类等 ６．ｓｗ），设备总功率５６ＫＷ，满 部分。 足要求。经水力计算选用上海 川源潜水搅拌器，该设备主要参 二、实施提效改造 数如下：功率４ＫＷ，转速 １．增加潜水推流器 ９６０ｒ／ｍｉｎ，叶片直径Ｏ．４米、推 ３次方成正比，利用调速使流量 减少，则异步电动机的输入电功 率按立方规律下降，从而使耗电 量大大降低，节能效果十分显 著。 因进水指标比设计值低， 程４０米。这一设备改造的实施 该污水处理厂通过对现有的 导致污水处理过程中需氧量远 每天节省电量２１６度，全年可节 提升泵、回流泵安装变频器，经 远低于设计值，风机无法连续 约电费５．２万元。并改善因曝气 变频器的调整合理控制流量，保 运行，为保证在风机停运时， 过度引起的污泥解絮，提高了出 证泵房的液位变化不频繁，使泵 污泥处于悬浮状态，在好氧区 水效果。 房在较高的液位下运行，降低了 添加潜水搅拌器，鼓风机曝气 仅为给活性污泥充氧，添加潜 ２．泵类设备安装变频器 泵的扬程，达到了节能的目的， 水泵采用恒速交流电动机拖 液位稳定改善了提升泵的工作环 水搅拌器保证污泥处于悬浮状 动，通过调节阀门或挡板调节流 境，安装变频器后在同等流量的 态。根据现有好氧区的结构和 每立方需要设计６－８Ｗ的搅拌 功率，能够确保污泥不沉，设 备改造加２组ｌ４台潜流搅拌 量，势必造成电能的浪费。若利 情况下，提升泵的电流比改造前 用变频调速技术，以调节电动机 降低１１Ａ，节电率达１５％，每天 转速的方法取代调节挡板或阀 节电２４０度。回流泵加装变频 门，则将达到节约电能目的。因 器，保证调整合理的回流比，便 器，单组７台（设备搅拌功率 为这类负载的输人功率和转速的 于更好地调整工艺和节能，泵类 １０２水工业市场２０１７年第１－２期 改造经挂电表实测３２０度／日， 全年可节约电费７．７１万元。 ３．更换节能高效风机 参数 数值 表２多级离心风机耗电量表 工作电压／ｖ ３８０ 工作电流肛 ｌ９５ 电机功率／ＫＷ １１０ 年耗电量／ＫＷ・ｈ ９６３６００ 污水厂原有多级离心风机３ 台，１用２备，单台风机风量 Ｑ＝７０ｍ３／ｍｉｎ、Ｈ＝７０００ｍｍＨ２０、Ｎ＝ １ＩＯＫＷ，由于多级离心风机噪 表３改造后的空气悬浮风机运行参数 参数 工况点功率／ＫＷ 年耗电量／Ｋｗ・ｈ 年节电量／Ｋｗ・ｈ 年节效益／元 音大，且没有变频控制，风机 流量调节一般采用入口蝶阀手 动调节，在不需要较高溶解氧 的情况下，有效利用率仅为 ６６％，且风机运行对冷却水温 度及外部空气湿度要求较高， 由此引发喘振现象较为频繁，新 安装３台空气悬浮离心风机，单 台风机风量Ｑ＝１２０ｍ３／ｍｉｎ、 Ｐ＝７０Ｋｐａ、Ｎ＝１６２ｋｗ，风机由轴 回转时形成的压力在轴周围产生 的空气使轴浮扬，运转时回转轴 和轴承之间没有物理接触点，不 存在润滑油及水冷却等附加装 置，噪音小、震动低，并可通过 变频器精准调整进气阀开度控制 生物池ＤＯ，且改造后的悬浮高 速离心风机在同等升压情况下， 其输出风量是目前所用多级离心 风机的１．７４倍，为企业创造很 高的经济效益。 ４．提高臭氧反应器的效率 在污水处理中臭氧氧化系统 运行费用占总成本的４４％，其中 电耗占总电量的４０％，如何提高 臭氧利用率及产量是有效降低运 行成本的关键，通过对臭氧发生 器主要控制参数（臭氧发生量、 臭氧浓度、公斤臭氧电耗）进行 总结和分析，并对其进行了优 化。结果表明：进气源投加Ｎ 对提高臭氧发生器工作效率有至 关重要的作用。 采用纯氧作为气源的臭氧系 数值 ９３ ８１４６８０ ｌ４８９２０ ９８２８７．２ 统通过加入少量Ｎ ，不仅可以 ＳＶＩ控制在１００ｍｌ／ｇ左右，二沉 有效降低电极表面的腐蚀，提高 池泥水分离良好。该厂曝气池添 放电管运行寿命，并且能提高系 加了推流搅拌器，风机调整更加 统产量。由于空气中Ｎ 含量 灵活，为达到节能目的，充分降 ７８％，我们直接采用空气作为Ｎ 低充氧量在１．０—１．５ｍｇ／Ｌ（不同 源，为避免空气杂质及水分影 区域，不同深度ＤＯ均不相同， 响发生器放电管寿命，我们采 且数值相差较大，此数值为点测 取两级空气干燥处理，提高Ｎ： 量的算术平均值）。实践表明， 质量。通过实验发现，对进气 随着充氧量的降低，活性污泥逐 源投加０．４—０．８‰比例的氮气， 渐变为灰黑色，而出水水质没有 臭氧产量明显发生变化，在 大幅度变化。ＤＯ并没有影响到 ０．９—１％。之间，臭氧产量效率最 ＣＯＤ的去除，只有对氨氮有影 大，在１．１—１．５‰之问，两者呈 响。因此适当降低ＤＯ含量是完 反比，过量投加会影响臭氧产 全可行的，经测，如果曝气池内 量，通过进气源投加１％ｏ的Ｎ ＤＯ含量降０．１ｍｇ／Ｌ，则可节电 投加量，每小时臭氧产量提高 ２５ Ｋｗｈ／ｄ，运行中每天生物池可 ４Ｋｇ，发生器运行效率最高，运 节电约３００度，全年可节约电费 行成本降低０．０３９元／ｍ ，全年 ７．２万元。 可节约成本７０．２万元。 ２．污泥浓度的合理控制 温度对活性污泥中的微生 三、优化生物处理工艺 物活性影响很大，温度相差 １．控制溶解氧 ５℃，微生物的新陈代谢速度就 许多污水处理厂的生物反应 相差１０％，根据微生物的这些 池会曝气过度，过度曝气直接导 特性，在６－９月份，进水温度高 致了能耗的浪费，并会使污泥的 （２２—２５℃），此时，因微生物新陈 沉降性变差。曝气耗电量占污水 代谢快，可以适当降低污泥浓度 处理总耗电量约６０％以上，Ａ／Ｏ 在２５００ｍｇ／Ｌ，这样水中固体颗 工艺运行过程中好氧段溶解氧含 粒少了，有利于曝气时获得较高 量一般控制在１．５－２．０ｍｇ／Ｌ， ＤＯ，防止二沉池出现厌氧情况。 ＭＬＳＳ控制在４０００ｍｇ／Ｌ以下， 同时ＤＯ抑制反硝化反应，避免 水工业市场２０１７年第１－２期 １０３ ￣ＴＥＣＨ＆ＣＡＳＥ Ｉ技术与案例 二沉池产生厌氧环境出现释放 Ｎ ，把泥带出，影响出水水质。 通过根据不同季节污泥浓度的 表４不同溶解氧下的出水水质（ｍｇ／Ｌ） ＤＯ Ｎ 一Ｎ ＣＯＤ 合理调整，在曝气池出口ＤＯ值 控制在２－３ｍｇ／Ｌ，风机的总运行 １．５ ≤ｌ ３０ ＜０．５ ≥５ ４０ 时间减少８个小时，每天节约电 量３６０度，全年可节约电费８．６７ 万元。 ３．合理控制回流比 以往该厂的回流污泥都在 １００％以上，原因是进水中无机 物高，二沉池出泥桶易堵塞， 回流泵一台运行时，二沉池桥 无法正常运转，针对这一现象， 分析污泥在二沉池的沉降曲线， 合理调整出泥套筒阀高度，控 制回流比在７０—７５％，即确保了 一台回流泵工作时出泥桶不堵 塞，出泥正常，又延长了生化 池各段实际的水力停留时间， 实现硝化反硝化充分进行，有 利于脱氮，且二沉池没有发现 磷的二次释放（两种回流比下 的出水水质见表５），出水水质 更好，同时回流污泥浓度提高， 可以较好地控制生化池的污泥 浓度，减少回流量可以缓解二 沉池的固体负荷，提高泥水分 离效果，又保证回流泵在输送 污泥时对微生物的损害较小， 提高了回流泵和剩余泵工作效 率，这样每天节约用电２１０度， 全年可节约电费５．Ｏ６万元。 ４．合理利用不同时段电价 见表６。合理开启风机和控 制风量，充分利用园区污水管道 储存水量，在尖峰、高峰适 当减少进水量和曝气，并加大回 流，既保证适当ＤＯ能维持微生 物生命，又保证脱氮效果。谷段 可多开风机，这样不仅可以提高 １０４水工业市场２０１７年第１－２期 表５回流比为１００％￣ｎ ７０％时出水水质对比（ｍｇ／Ｌ） 项目 回流比（１００％） 回流比（７０％） ＮＨ３一Ｎ ３．７５ ２．Ｏ ＴＮ ｌ８．６ ｌ６．３ ＴＰ １．１ Ｏ．８９ Ｃ０Ｄ ４７ ５１ ＢＯＤ５ １Ｏ．８ ８．５ 表６不同时段的电价（单位：元／ｋｗｈ） ｌ２：ＯＯ—ｌ８：Ｏ０ ０：Ｏ０—８：Ｏ０ ８：Ｏ０—１２：Ｏ０ １８：Ｏ０—２２：Ｏ０ ２２：Ｏ０—２４：Ｏ０ 低谷 高峰 平段 尖峰 ０．３３９１７ ０．９５９８３ ０．６２９２００ ０．９５９８３ 生化池的ＤＯ，且预防池底积泥。 通过不同电价的运行，从 ｌ警豳 ［１］Ｃａｒｎｓ Ｋ．，Ｂｒｉｎｇｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔＯ 目前执行的平均电价０．６４２７ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ＆ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｙ：ｈｏｗ ｄｏ 元／ｋｗｈ降低到０．６２７４元／ｋｗｈ， ｗｅ ｇｅｔ ｔｈｅｒｅ Ｉｎ：ＷＥＦＴＥＣ ２００５ Ｐｒｏ—— 节约了资金，该厂平均每天用电 ｃｅｅｄｉｎｇｓ，２００５． ３１０００度，节省费用７８４．３元， 【２］高旭，等．城市污水处理能耗能效研 达到降低成本的目的。 究进展叫．重庆大学学报（自然科学版）， ２００２，２５（６）：１４３—１４７． 四、结语 ［３】于大字，等．变频调速技术在污水处 该污水处理厂的节能技术 理厂的应用及其注意事项ＩＪ］．自控与监 测，２００４（５）：７０—７１． 从精细管理、优化运营、提高 【４］王洪臣．《城市污水处理厂运行控 技术装备、升级改造设备等环 制与维护管理》［Ｍ】．北京：中国科学出 节出发，摸索出一条适合自身 版社。２００２． 污水水质和特点的运行方案，污 水电耗从０．６２ ｋＷｈ／ｍ，降低到 【作者简介】 赵迎春（１９８０一），女，单位：康达环 ０．５４ ｋＷｈ／ｍ ，全年节约电费 保水务有限公司，主要从事污水处理 １４３．０４万元，实现企业自身利益 厂的生产运营工作，Ｅｍａｉｌ： 最大化。 ８６６８９０４６＠ｑｑ．ｃｏｍ。
