污水处理工艺节能降耗研究范文

随着世界能源短缺和能源需求量大的矛盾日益剧烈，能源价格逐渐上涨，排放标准更加严格，必然会使污水处理厂的处理成本不断升高，因此污水厂的节能显得尤为重要。国家和地方对节能工作十分重视，而国民经济与社会发展“十二•五”规划纲要提出要实现降低16%单位国内生产总值能源消耗。同时，广东省“十二•五”节能规划要求单位国内生产总值能源消耗降低18%。污水处理是一个高能耗的产业，杨凌波等统计分析了559座污水处理厂的能耗情况，发现我国污水处理工艺的平均电耗0.290kW•h/m3，与同期的发达国家相比较，这是一个非常高的能耗水平。在污水处理厂运营维护成本中，能耗成本占比相当大，其比重为40%-80%。因此，在保证出水水质达标的情况下来降低能源消耗，达到降低运行和维护成本的目的，从而提高节能降耗的水平，成为污水处理行业的必然发展方向。污水处理工艺会对污水处理厂的能耗情况产生重大影响，因此，必须综合考虑各方面因素，选择合适的节能降耗污水处理工艺。

当今，国内污水处理厂使用较为广泛的工艺主要为传统活性污泥法、延时曝气污泥法、SBR、AB、UNITANK和氧化沟工艺、A/O、A2/O等工艺，这些工艺技术在欧美等发达国家使用非常普遍，是有效的水处理控制技术。污水处理工艺的节能减耗成为了污水处理厂节能降耗的关键，发展节能降耗的处理工艺成为当今世界的研究热点。在污水处理厂的运营中，重要的环节之一就是选择合适的污水处理工艺。污水处理工艺决定投资与运行成本，也决定了能耗。因此，污水处理厂工艺的选择需要十分谨慎，除了考虑污水处理的工艺的先进性和适用性外，还应考虑工艺流程和工程造价。保证系统运行稳定的同时，系统应具有维护管理方便、工艺能耗低的优点，以确保污水处理厂的生产效益和经济效益。污水处理工艺实现节能降耗的方式主要分为两种，分别是一级处理工艺节能降耗和二级处理工艺节能降耗。

1一级处理工艺

节能降耗城市一级处理系统包括预处理和一级处理。一级处理系统节能的关键在于格栅和提升泵。格栅一般倾斜安装在泵房集水井的进口或污水处理厂的前端，主要是用来截留在污水中的较粗大漂浮物和悬浮物，从而保证污水处理设施的正常运行。相对其他设备来说，尽管格栅存在的节能空间相对较少，但对于后续处理设备的降耗意义重大。提升泵是污水提升的主要耗能设备，存在很大的节能空间。污水提升电耗占污水厂总能耗的10%-20%。牛住元等分析了北京污水处理厂提升泵的电耗情况，研究表明该厂提升泵的电耗为总能耗的17%。能耗的损失主要来源于污水的提升高度和集中在构筑物出口处跌水高度的水头损失。因此，可以通过管道淹没出流以及对跌水高度进行控制，从而减小出口水头损失，降低污水的提升高度，节约能耗。对正在运行的污水处理厂来说，泵的运行方式是提升泵节能降耗关键的因素。可以通过流量调节技术（变频调速技术等）、水泵优化组合技术等来实现泵的节能降耗。向伟芳通过采用变频调速技术控制提升泵和鼓风机，发现变频调速设备的使用可使水泵平均转速降低20%以上，节能效果非常明显，可节省20%-40%的能耗，和阀门调节相比，节能效率为40%-60%。由此看出，采用变频调速系统控制和水泵优化组合技术，有利于能量的节约，达到节能的效果。一级处理主要去除部分有机物，减小二级处理或三级处理的处理负荷。因此，可以通过中和等一级处理工艺减小生物处理的负荷。一级处理工艺不仅能够降低二级处理负荷和运行成本，也能够幅度减少投资费用，从而达到节能降耗的目的。周律的研究中表明一级处理强化技术高效低耗的关键在于无机絮凝剂与其它种类的絮凝剂使用的最佳协同作用效果，高效、廉价絮凝剂的优选和冬季低温条件下运行参数的选择。

2二级处理工艺节能降耗

随着我国经济发展飞速，污水处理技术发展迅猛，从而出现了许多先进的污水处理工艺，其中最为经典的是传统的活性污泥法，同时也出现了深井曝气活性污泥法工艺、厌氧处理工艺、A/O工艺、A2/O工艺及其变形工艺、SBR工艺及其变形工艺、氧化沟工艺和生物膜法等多种生物处理技术。这些生物处理技术都能在不同程度上实现污水处理厂节能降耗。

2.1深井曝气活性污泥法

深井曝气活性污泥法的特点是处理效率高、耐冲击负荷，产生的污泥量少，运行费用比较低，占地面积小。深井曝气池中随着水深的增加，氧的传递速率逐渐增大，处理功能比较完善，因此不需要设初沉池，在很大程度上节省了占地面积，相应地可以节省投资成本。深井曝气在运行中发现二氧化碳产量比常规曝气多30%，污泥产量低，这可以减少后续污泥处理费用，节省了运行成本。深井曝气活性污泥法在实际中应用的成功案例也有许多。兴平污水处理厂于2009年运行深井曝气法-气浮组合（VT）处理工艺，这是我国第一次引进这种工艺。该工艺的节能特点是高效利用空气，综合利用氧的高效传递性能以及空压机供氧的能量，其中曝气充氧可使混合液固液分离，同时压缩活性污泥，VT同时解决了整个系统内混合液、搅拌、推流、提升和污泥浓缩的能量需要。还有温州啤酒厂引进的废水处理工程的成功案例都表明深井曝气活性污泥法具有良好的技术优势和明显的经济优势，能实现节能降耗的目标。

2.2厌氧处理工艺技术

厌氧生物处理具有能耗低、外加营养少、产泥量低、污泥稳定化程度高等优点，并且可以把有机污染物转化为甲烷，生成燃料能源。厌氧处理可以减少污泥的产生量，对污泥后续处理费用有明显的作用，能大幅度降低处理成本。此外，与好氧处理相比，厌氧处理无需曝气且能产生能量，如沼气等。与好氧生物处理技术相比，厌氧处理在节约能耗和产生能量方面具有相当优越性。因此，采用厌氧技术，可以产生能源，从而抵消部分后续好氧处理所需的能耗，从而实现节能降耗的目标。近年来，厌氧生物处理法正朝着处理低浓度生活污水的方向发展。荷兰针对生活污水浓度低、水量大等特点进行厌氧处理技术的研究，研究表明，在温度8-20℃，水力停留时间为12h下运行的UASB反应器，COD的去除率达65%-85%。由此看来，厌氧处理技术适合于污水处理厂的应用，降低能耗。

2.3An/O工艺及其改进工艺

目前，厌氧生物处理法的发展趋势是与其他好氧生物处理方法联用，即厌氧-好氧复合工艺。中国市政工程西南设计院研究了厌氧-好氧系统，厌氧段COD的去除率为35.9%-50.2%。黄浩华等探究了AAO工艺在节能能耗方面的可行性，发现过度曝气现象非常严重不利于节能降耗，通过小试试验证明曝气池溶解氧严格控制在2～3mg/L，同时可通过减小曝气廊道的长度来减小曝气量从而实现降低鼓风机的电耗。施汉昌等采用基于进水负荷的前馈-反馈控制系统，对具有脱氮除磷功能的AAO工艺进行运行控制，在保证出水水质达标排放的前提下可以实现节能减耗的目标。AAO改良优化工艺对于实现污水处理厂的节能降耗有着重要的影响。赵传义改良AAO工艺，改良后污水处理厂每吨水电耗为0.14kW•h，节能效果好。赵高伟等人研究OWASA活性污泥法工艺工程实践时，发现该工艺的处理尾水可稳定达到一级A标准，在世界范围内得到广泛应用，节能效果显著，同时，工艺流程简明，便于操控，适合于对旧污水厂提标改造，在改造工程中值得推广应用。这都说明了工艺的改良有利于实现污水处理工艺的节能降耗。组合型的工艺在出水水质达标的情况下，在一定程度上能达到节能降耗的目标。王广智等人在小城镇污水处理厂采用A/O-MBR工艺，与传统的污水处理工艺相比，具有显著节能降耗的技术优势。

2.4SBR工艺及其改进工艺

SBR工艺的核心是反应池，集初沉、曝气、二沉与一池，占地面积小，造价低，运行管理简单，自控水平高，出水水质好。澳大利亚Tmmwqdth污水处理厂就采用了一体化的SBR工艺，大大节省了占地面积。由于SBR工艺占地面积小，充分利用这点优势，逐渐涌现了SBR的改进工艺。在SBR工艺基础上增加短程硝化、反硝化除磷这一系列新型的节能降耗技术，是SBR工艺发展的趋势。北京工业大学环境工程研究所研究了低能耗的SBR变形工艺可以实现同步脱氮除磷，其中采用脉冲分段进水的进水方式可以提高总氮的去除效果，出水总氮可以达到小于3mg/L的水平。SBR变形工艺中具有良好的脱氮除磷性能的工艺是CAST工艺，CAST工艺池体内用隔离墙隔出生物选择区、兼性区和主反应区三个区域。生物选择区具有释放磷的作用，兼性区有利于促进磷的进一步释放以及进一步促进反硝化作用，主反应区可以通过控制好氧段的溶解氧水平来实现系统的同步硝化反硝化功能。与SBR工艺相比，CAST工艺处理效果好，出水稳定。CAST工艺使用于中小型的污水处理厂，贵阳市8万m3/d小河污水处理厂和深圳、天津等地区的部分污水处理厂均采用该工艺。陈婉如等在比较A2/O工艺、氧化沟、UNITANK和CAST工艺四种节能技术中，从占地投资、工艺稳定、设备装置、关键能耗设备的综合评价，发现佛山沙岗厂CAST工艺的节能效果最好。故CAST工艺在污水处理节能应用方面值得推广。

2.5氧化沟工艺

氧化工艺处理流程简单，处理效果稳定，出水水质好。氧化沟中溶解氧有明显的浓度梯度，利用溶解氧浓度明显变化以及好氧区和厌氧区的特性，可以实现硝化反硝化且充分利用硝酸盐的氧，从而可以节省需氧量达到节能降耗的目标。微曝氧化沟工艺是节能效果最好的一种氧化沟工艺，微曝氧化沟工艺调整了曝气方式，把表面曝气改变为底部微曝，这增加了传质时间和接触面积，从而提高了供氧能力和氧的利用率，能明显地降低鼓风机电耗，单位污水处理能耗低于0.2kW•h。余海静等在氧化沟工艺加大了厌氧段和缺氧段后，提高磷和氨氮的去除率，提高了设备的使用效率和使用时间，两个月用电量共节省了645420kW•h，大幅度降低了用电量，有效降低了污水处理厂的运营成本，实现了节能降耗。

2.6生物膜处理技术

生物膜法是用微生物附着在某种固体表面，以生物膜的形式生长的污水处理工艺。生物膜处理法中的各种工艺易于维护管理，非常简单实用。生物膜法的主要特点是不需要污泥回流，生物相丰富且剩余污泥量较少。周律的研究表明曝气生物滤池的优点是基建投资省、曝气量小、供氧动力消耗低，曝气量明显低于一般生物处理法。因此，生物膜处理法也是污水处理厂节能降耗的主流工艺之一，适合污水处理厂广泛应用。

3结语

随着污水排放标准的提高，污水处理厂面临着提标改造，必然会对污水处理厂的运营成本造成巨大的压力，只有采用实现节能降耗目标的污水处理工艺，才能使污水处理厂朝着越来越好的方向发展。污水处理工艺朝着节能降耗方向发展已成为当今世界的潮流。新型的节能降耗工艺也会逐渐成为环保界的研究热点，相信在研究者的努力钻研下，会涌现出更节能的污水处理工艺。

作者：周海珍；徐文丽；林梅山；孙连鹏；叶挺进