城市污水处理厂的节能设计的探析

摘 要：随着社会经济发展和城镇化的进程加快，我国城镇污水处理规模也在增大，污水处理厂的能耗情况越来越严峻，一些污水处理设施由于能耗大、运行费用高，经常处于闲置和半停产状态。若污水处理设施不能正常运行，将造成大量污水直接排放，使环境遭到污染。因此，实行节能减排是污水处理设施顺利运行和环境保护的一项重要举措。笔者针对城市污水处理厂能耗较大的部分进行了节能方面的探讨。

关键词：污水处理；环保

1、城市污水处理厂的能耗分析

目前，城市污水处理厂大多采用以生物处理工艺为主体的二级或三级处理，通常包括预处理、生化处理和污泥的处理处置3部分.污水处理厂的能源消耗包括電、燃料及药剂等方面的消耗.国内外众多污水厂能耗分析表明，污水提升泵、曝气系统和污泥加热设备是主要的能耗设备.对于一般的二级处理工艺而言，提升泵的耗电量占全厂用电的10%一20%，曝气系统占50%一70%，污泥处置（消化、脱水）占10%一25%，三者的能耗总和占直接能耗的70%以上.因此污水处理厂的节能重点在于提高提升泵、曝气系统和污泥处理的用电效率，减少能耗。

2.城市污水处理厂节能设计的重要性

能源是人们保证生活的基础，有了能源，人们才可以有衣食住行，生活中的每一件事都离不开能源。而环境则是人们维持生活的必须元素。能源和环境是密切相关的，有了节能，才可以保护环境，生产工人算过一笔账：节约一度电相当于节约0.4k标煤，4L净水，减少0.272kg碳粉尘，0.03kg二氧化碳，0.997kg二氧化硫，0.015kg氮氧化物的排放。我国13亿人口，平均每人每天节约一度电，一年下来可以节约2亿多吨原煤，削减煤炭燃烧对空气污染的总量的10%以上。城市的可持续发展始终与能源的保障息息相关，钱易院士比较早地提出了清洁生产、循环经济和可持续发展的问题，这里面主要提到了概念的问题，其中在不同的场合提到了国外的可持续发展的污水处理模式，还介绍了可持续生物除磷脱氮工艺。

3、节能降耗措施

关于污水处理厂节能降耗的措施很多，主要可以从优化工艺设计及管路设计，设备选型，加强日常运行管理等方面入手。

3.1靠优化设计创建节能环保型污水处理厂

3.1.1污水处理厂工艺的选择

污水处理工艺的选择是污水处理厂设计的核心，也是决定污水处理厂能耗高低的关键因素。对于城市污水处理厂，因为废水可生化性通常比较好，基于运行费用的考虑，基本上采用生物处理工艺。针对不同的进水水质和处理程度要求，以及处理厂可用地的限制，除了传统的曝气池工艺外，可供选择的工艺很多。如氧化沟工艺：设备简单、易管理，无需二沉池，20世纪90年代中后期比较流行，但曝气设备能耗较传统曝气池工艺高；SBR工艺：节省占地，自控程度高，易于模块式扩建，但设备闲置率高；随着污水回用要求的提出，MBR工艺逐渐得到推广，出水水质优于一级A标准，但设备维护费用及能耗较高。在老污水处理厂的升级改造中，悬浮填料工艺也常有应用。不同的处理工艺对污水处理厂的运行与节能尤为关键。

3.1.2总图设计

污水处理厂进水管高程和最终尾水排放水体的水位通常是由规划给定的，在污水处理厂设计过程中不能更改。为降低无事会会提升高程，应在进行水力高程设计时，考虑尽量将污水处理构筑物布置在地势较低和临近排放水体处，设计时以排放点水位高程为基准，最终排放构筑物内的水面高程只要能满足排放需要即可。同时应设法减少工艺管线内的水头损失。总图布置应紧凑、顺畅，尽量缩短管道输送长度，减少管道的转折、迂回。构筑物间尽量采用渠道连接。同时尽量减少跌水。在进行水头损失计算时应准确，根据经验选择合理的安全余量。

城市污水处理厂的日处理规模基本都在万m3/d以上，如果能减少1m提升高度，每天可以节电几万kW·h，是相当可观的。

3.2靠选用优质设备创建节能环保型污水处理厂

污水处理厂的主要耗能设备是污水提升泵、污泥加热没备和曝气系统。三者用电量相加，高达总用电量的70%以上。所以，对污水处理厂进行节能降耗，重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率，借此实现节能降耗的目标。

3.2.1污水提升泵的组成设施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵和出水提升泵。水泵的有效功率为N=-RQH，当R，Q一定时，N和H成正比，由此看出，降低水泵的扬程可以节能降耗。具体通过降低水泵扬程进行节能降耗的办法有：（1）根据污水处理厂设计规模的工程量明确提水泵的类型和数量，而且质量上要选择流量和扬程都要达到安全生产标准的。（2）科学设置液位控制。由于提水泵的耗电量与其扬程是成正比的，也就是说，扬程高，耗电量也大。因此科学合理地设置液位，尽可能利用高水位，就能减扬程，实现泵站节能。

3.2.2在出水处理的设备中，曝气池是厂区内最大的耗能物，要在此环节实现节能降耗，关键要选用氧转移率相对较高的曝气装置。进口的硅橡胶管膜式微孔曝气器长度为750mm，出气量为8m"/～m.h），氧利用率为23%，输氧动力效率2.5=3.5kg/（kWh）。与传统曝气器比较，这种新型的曝气器具备氧利用率高、布气均匀、动力效率高以及寿命长等优势，能够极大地降低了耗。

3.2.3传统的多级低速离心鼓风机效率大概在60%，而进口的单级高速离心鼓风机效率大都在80%以上，由此看来，选用进口单级的高速离心鼓风机要比传统的多级低速离心鼓风机更节能。而且进口的单级高速离心鼓风机可以根据好氧池中混合液溶解氧浓度的变化，自动调节进风日导向叶片角度，从而改变出风量的大小，利于节能。

3.3靠加强运行管理创建节能环保型污水处理厂

（1）节能降耗分析。通过分析城市污水处理厂各个处理阶段的能耗情况，明确不同处理单元对能量的需求，确定与污水处理厂能耗密切相关的控制节点，分析各控制环节的节能降耗潜力。（2）建立统一能耗评估指标。建立具有明确的边界界定、统一能耗审计和评估的指标，建立基于不同污水处理工艺、不同工程规模等条件下的污水处理系统能耗评价指标，反映各部分的能耗水平，便于进行工艺间的横向比较，建立污水处理厂不同单元的能耗评估指标。（3）建立节能降耗目标。深入的能耗分析、节能潜力的识别以及能耗管理水平的提升，实现对污水厂运行的精确控制，完成节能降耗的目标。

4、总结

污水厂的节能减排是一项综合性工作，涉及到材料、工艺、设备、管理、电气、自动化控制等诸多环节。因此，污水厂的节能技术应从工艺设计、设备选型、运行管理等个个环节人手，处处树立节能意识，不断开发研究节能新工艺；设计人员应加强学习，提高自身水平；污水厂要建立能耗绩效的管理评价体系，在实践中总结节能经验，同时借鉴国外先进管理经验，提高污水处理厂的运行管理水平，使污水处理技术由高能耗向低能、高效的方向发展。

参考文献：

[1]马超，陈向明.浅谈城市污水处理厂中的节能技术[A].2010年全国给水排水技术信息网年会论文集[C].2010.

[2]何宏胜，冯生华，倪梦贤.城市污水处理厂设计与运行的几点经验及建议[A].全国水环境污染治理设施运营管理技术交流研讨会论文集[C].2006.

[3]赵凯.城市污水处理厂脱水污泥的处理处置与再利用研究[A].2007水业高级技术论坛论文集[C].2007.

[4]高旭，龙腾锐，郭劲松.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报：自然科学版，2010，25（6）：143—148.

[5]羊寿生，张辰.城市污水处理厂设计中热点问题剖析[J].给水排水，2009.9（25）：l一4.