污水处理厂降低能耗分析

摘要：在可持续发展战略的引导下，国内众多企业纷纷将节能减排作为企业发展的主要路线。相较于有色金属、钢铁等高耗能行业来说，污水处理行业所用能耗相对来说较低，故一直没有得到人们的足够重视。事实上污水处理同样也有着比较高的能耗，作为密集型产业，其每年能耗同样不低。以近些年国内污水处理厂能耗实际情况展开研究，从多个角度阐述国内污水处理厂的问题，并基于新技术、新工艺提出新型污水治理思路，希望能够为污水处理厂提供新的发展思路。

关键词：污水处理厂；能耗控制；优化控制；节能降耗

污水处理行业是一种能耗十分密集的产业，其能耗除了包括我们所能理解的电能消耗以外，还包括燃料能源消耗、化学用剂消耗。当然作为大头的电能消耗在污水处理中占有着极高的比重，据资料显示电耗在污水处理中所占比例在60%~90%之间。数据表明2017年全国污水排放总量为812亿t，假设对这些污水进行全部的处理，需消耗总电量191.2亿kWh，相当于2018年国内总耗电量0.41%，2018年GDP为0.021%。由此可以看出，污水处理工作正面临着节能降耗的严峻性与紧迫性问题。

1国内污水处理厂的能耗情况

过去因忽视了污水处理厂综合资源消耗问题，故国内对污水处理厂的能耗研究起步比较晚。根据近些年的研究可以看出，对于城市污水处理节能降耗的研究重心主要有2方面，第一个方面改良污水处理工艺，第二个方面优化污水处理厂的运营与管理。有学者通过改良传统工艺的方式实现了污水处理厂能耗的有效控制，有学者则用清洁生产方式，展开了对污水处理清洁生产的研究，帮助当地污水处理厂实现了可持续发展。相对于美国的污水处理厂耗电量0.2kWh/m3来说，国内污水处理厂的耗电量高达0.29kWh/m3，该数据显然远超发达国家。从该数据来看，我国显然有着十分巨大的节能潜能。污水处理过程中生化供氧有着最大的能耗，其约占污水处理总能耗的1/2[1]。此外，在污水处理系统中有一个提升系统，该系统会消耗处理厂电量的25%，为整个污水处理厂中第二耗电量的设施。所以，做好曝气设备节能与泵功率的提升是解决污水处理厂高耗能问题的重要思路。

2国内污水厂能耗治理措施

2.1优化生化池控制。在污水处理系统中，曝气系统是最核心的污染物处理设备，当然该设备也是污水处理厂耗能最高的设备，是污水处理厂节能降耗控制与研究的重点对象。在生产过程中，不论是曝气量出现过高还是曝气量出现过低都会影响到生化池反应效果。比如在曝气量出现过高的情况时，生化池有机污染物就会在DO过高的情况下迅速分解，该现象会导致微生物缺少足够的营养，此时的活性污泥会出现自我分解、自我膨胀的情况。偏高的曝气量会加剧电能消耗量，影响了最终的能源消耗情况[2]。与之对应的是如果曝气量低于正常水平，那么生化池微生物将失去原有的生存空间，失去原有的对污染物的处理能力、处理效率，严重影响水质。优化曝气装置的过程中，需要做好供氧设备性能的优化工作，这样才能够获得更多的曝气动力。当前很多污水处理厂生化池所用的方法都是微孔曝气，这种类型的曝气装置很容易发生堵塞问题，且有着较高的维护费用，对污水处理厂的运营管理来说有着不好的负面影响。射流曝气器能够改善这一问题，充分弥补这类曝气装置缺陷。射流曝气装备与微孔曝气装备二者的区别是非常显著的。相较于微孔曝气器来说，射流曝气器有着更出众的抗水力冲击能力与氧转移效率。此外，射流曝气器的处理能力也十分出众，比如射流曝气每度电能够处理COD的量为3.36kg，BOD5的量为1.21kg，而微孔爆气则只能做到每度电处理COD的量为1.57kg，BOD5的量为0.93kg。因污水处理厂本身的特性便是滞后性，故其运行方式与其他的工艺系统有很大的不同，常应用PID控制方法。该方法会进一步加剧污水处理滞后性，且该技术自控效果并不稳定，很容易出现水质处理不达标的问题。为改变这一情形需要应用精确控制的方式，该方式会降低鼓风机能耗，降低出水TN含量。应用智能专家系统可以将TP浓度控制在0.13mg/L，相较于优化前，其浓度降低了19%[3]。此外，还有双DO控制阀，保持恒定DO梯度，赋予系统低能耗高效脱氮性能。以上曝气控制思路均运用了DO单变量控制。传统单变量控制无法应对当前人们对污水处理的严格要求，关于曝气量的控制如今已经从过去的单变量向多变量方向发展。2.2优化泵控制。影响污水处理厂进水量的因素有很多，诸如季节、时间、天气等的波动都会带给其很大的影响。当前比较常用的处理方式为根据流量确定所选用泵。实际过程中在水泵满负荷条件下，其运转时间通常不到10%，该现象会浪费大量的中间能源。制定合理的优化思路，全面提升污水优化能力，绘制进出水高程能够尽最大努力减少水头损失，确保水泵可以始终维持高效状态。提升水泵性能。降低水泵能耗的方法有很多，其中，提升泵系统控制是最简单、直接的节能方法。目前，可用的技术有变频技术，变频技术的应用能够实现能耗12%~40%的控制。资料显示变频调速水泵相较于工频水泵在转速上下降了20%左右[4]。在提升泵性能的过程中可以引入变参数PID算法与泵站分组轮询，提高泵开启效率。可以很好的节约泵耗电量并延长泵使用寿命。国内污水处理厂应用多机组编组控制、变速控制以及多台水泵等方法，这些方法均没有很好的节能效果。大小泵配合方法相较于前些方法来说效果要稍好一些。即低峰期使用小泵，高峰期使用大泵，根据集水池情况决定是否使用另一台泵，这种方式相较于传统方法能够节约能耗35%。2.3药剂用量控制。目前，污水处理厂常见的药剂包括硫酸、聚合氯化铝、氢氧化钠、聚丙烯酰胺等。如果忽视了药剂用量控制，同样会导致资源浪费现象的发生。根据试验得知，每吨污水净化药剂最佳使用量为200g。聚丙烯酰胺是上述药剂中效果非常突出的一种，也是近些年常用的药剂，该药剂为有机高分子絮凝剂，这种材料有着很好的助凝、絮凝效果。在投放的时候需要采用多点连续投放式，最大化产品絮凝作用。2.4积极引用节能新工艺当前很多不满足于如今污水处理技术的学者正在积极开发与探究低能耗、低成本的新技术、新工艺。这类工艺的基础与原则为高排放标准、节约成本、节能、绿色。在深入研究的过程中，出现了应用生物、化学等为基础的污水卫生处理技术，比如好氧颗粒污泥、厌氧氨氧化脱氮。早在2005年好氧颗粒污泥就已经在工程领域中得到了应用，DHC公司为此以其为核心同荷兰delft大学共同开发了Nereda工艺，该工艺一经推出便广受好评，得到了全世界的认可。如今全世界范围内已经有了30多座Nereda污水治理厂。这类处理厂应用Nereda能够实现能耗的有效控制，据资料显示，该技术相较于传统技术能耗可降低60%左右。厌氧氨氧化脱氮这项工艺有着无需碳源、耗能较少等优点，故得到了众多学者的重视，对其展开了深入研究。在以该技术为中心的处理工艺中，自养脱氮即CANON、亚硝化厌氧氨氧化即SharonAnammox得到了十分广泛的研究与应用。通过对厌氧氨氧化这种工艺的深度研究可以得出，相较于传统污水处理手段，这种技术能够在确保出水达标的基础上，实现污水治理厂自给自足，虽然不能达到100%自给自足，但也能够实现90%自给自足，并提高了有机物回收能力。当前，基于该技术为核心的污水治理工艺大多被用于工业污水治理，而垃圾渗透液、农业废水、城市污水等高排放标准当前还没有得到普及与应用，这意味着今后该工艺在这些领域中将有着很大的发展市场。污水处理工艺的研发能够为企业带来更多的收入渠道。基本应用污水处理技术可以将污水转化为可以直接用于城市应用的非饮用水，日本只不过应用了三级污水处理技术以后，污水就已经能够用于生活与工作。在热泵系统的作用下，污水热能可以被用于融雪工程、城市供暖以及空调供暖。国内也有类似的工艺，我国青岛光威的污水处理厂应用沼气发电每年可产出11520MkWh电量，其创造了年效益601.22万元。在“十三五”期间，我国大力推广的分布式光伏项目为污水处理厂提供了很多新的思路。比如六圩的污水处理厂就应用光伏发电每年发电可达600万kWh以上，其中的85%电量用于污水治理，其余电量用于销售，该思路每年为其节约396万电费。

3结语

对污水处理厂能耗问题的优化是不确定、动态、可变的复杂过程。污水处理厂应结合自身条件、情况制定设备控制思路与工艺方法，用合适的技术规划与管理手段，制定节能降耗思路，优化污水处理厂生产技术与生产方法，达成节能降耗目标。当然，目前的节能降耗方法仍旧不够成熟，在今后的技术发展下，将会出现更多的节能降耗思路。诸如复杂传感器多变量控制就能够为污水处理提供更多的发展走向，此外，污水治理还要注重微生物方面的研究，开设生物、化学、物理交叉学科应用，打造科学体系，实现低能耗、高效率污水治理目标。

参考文献

[1]黄卫忠.污水处理厂电气节能措施探讨[J].中国设备工程，2018（14）：87-88.

[2]倪鹏.污水处理过程中的绿色节能应用[J].绿色科技，2018（12）：87-88.

[3]张安龙，谢飞，罗清，等.中国城镇污水处理厂节能降耗研究进展[J].环境科学与技术，2018，41（S1）：116-119.

[4]薛雨桦，王魏龙，俞斌.节能减排观念在污水处理厂的应用研究[J].中国高新区，2018（11）：20.

作者:臧小华 单位:江苏欣自然建设工程有限公司