城镇污水处理厂的节能降耗研究范文

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摘要：截至2014年，泉州城镇污水厂投运污水处理厂已达4436座，总设计处理能力1.71亿吨/日，平均日处理水量1.35亿吨。如此体量的高能耗行业，研究节能降耗具有巨大的意义。

关键词：城镇污水；能耗；药耗；节能降耗；运营成本

城市污水处理是高能耗行业之一，高能耗一方面造成污水处理厂的运营成本居高不下，另一方面也加重了国家的能源负担。截至2014年，全国投运的城镇污水处理设施共4436座，总设计处理能力1.71亿吨/日，平均日处理水量1.35亿吨[1]。如果按照城镇污水处理厂处理吨水电单耗0.35kW•h（综合各类工艺及排放标准估算）计算，则全国每日用于城镇污水处理该项的电耗就有4725万kW•h，而且该项指标还将随着污水处理量和排放标准的提高而逐步增大，因此，研究城镇污水处理厂的节能降耗，降低在生产中不必要的能耗，不管对于企业还是对于国家来说，都具有巨大的意义。本文结合CAST工艺的城镇污水处理厂实例，着重陈述了污水处理厂节能改造的思路以及进行节能降耗后的效果。

1城东污水处理厂概况

1.1处理规模及工艺流程

（1）处理规模：近期处理规模为4.5万吨/天，远期为9万吨/天。

（2）工艺流程城东污水厂采用CAST生物处理工艺，污水处理设施主要包括粗格栅、进水泵房、细格栅、旋流沉砂池、CAST生物池、接触消毒池、尾水泵房、鼓风机房和污泥脱水车间等[2]。

1.2设计进出水水质

2运行情况及存在的主要问题

城东污水厂自运行以来水量维持在平均3.5万吨/日，出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B，但吨水电耗一直维持在0.35kW•h，高于正常水平。

3探讨与实施

污水处理厂的每一个环节都是一个耗能点，只是耗能的多少不同而已，城东污水厂于2016年4月至5月对厂区进行较为全面的节能降耗改造。本文结合城东污水处理厂的实例，将污水厂各环节进行分解、分析并实施节能措施，并通过在各单元安装电表，记录2016年1～3月的平均数据作为改造前数据，2016年6～12月的平均数据作为改造后数据，用于评估改造的效果，。

3.1粗格栅及进水泵房

该部分功能为拦截污水中较大悬浮物，确保水泵正常运转，并将污水提升至后续构筑物。主要耗能的设备有粗格栅及提升泵，粗格栅的初始设计为15min运行一次，每次运行3min.但在实际运行的过程中，依据长期以来进水的情况并不需要如此高频率地运行粗格栅，不但增加了能耗，还增加了设备的磨损，降低了设备使用的寿命。因此在改造过程中通过系统编程，将粗格栅的开启时间间隔设置为30min,每次开启时间设置为2min。提升泵的能耗在整个污水厂的运行能耗中占较大的比重，因此设备的选型非常重要，依据污水厂的实际情况选择合适扬程、流量、功率的提升泵可以大大降低污水厂的能耗。由于城东污水厂的进水尚未达到满负荷，水量也是时高时低，而提升泵的选型是按照满负荷设计采购安装的。因此在改造的过程中对3台提升泵其中的1台进行变频改造（考虑到成本原因，没有3台全部改造），在低水量时间段采用变频运行，可以大大节省电耗。经改造后该部分的吨水电耗从0.11kW•h降至0.09kW•h。

3.2细格栅及旋流沉砂池

该部分的功能为截除污水中较小漂浮物，并去除污水中粒径≥0.2mm的砂粒，使无机砂粒与有机物分离开来，便于后续生化处理。主要耗能设备为细格栅和除砂系统，细格栅的初始设计为15min运行一次，每次运行3min。除砂系统运行时间为30min运行一次，每次运行15min。由于在实际的运行过程中，进水所含漂浮物和砂粒并不多，因此在改造过程中通过系统编程，将细格栅的开启时间间隔设置为30min,将除砂系统的开启时间间隔设置为6h。

3.3CAST生物池

该部分的功能是利用厌氧区、缺氧区和好氧区的不同功能，实现生物脱氮（硝化与反硝化）和生物除磷的目的，同时去除有机污染物，并进行泥水分离。主要的耗能设备有推流器、回流泵、剩余污泥泵、滗水器等。该部分的节能关键点在回流泵及剩余污泥泵，由于回流污泥的目的在于使进水具备一定的污泥浓度，而排放剩余污泥的目的在于将多余的污泥排出系统[3]。因此通过对回流泵安装变频器，可以控制回流的量，通过选择合适的回流泵及剩余污泥泵的开启时间点，可以增加回流污泥的浓度，间接减少开启时长，从而达到节省电耗的目的。在改造中城东污水厂为回流泵安装了变频器，并将回流时间点设置为进水时间，将剩余污泥排放时间设置为沉淀开始后0.5小时～1小时。经改造后该部分的吨水电耗从0.04kW•h降至0.03kW•h。

3.4接触消毒池

该部分的功能是将生化处理后的污水进行消毒，使大肠杆菌≤1000个/L，使出水达到出水要求。由于采用次氯酸钠消毒法，因此该部分除了加药泵基本没有耗电设备。但该部分为污水厂药耗最多的环节，主要消耗的药剂为消毒剂−−−次氯酸钠。根据设计，该部分加药的氯当量为5mg/l,按照有效率含量10%计算，药剂的投加量为50mg/l。但由于CAST工艺为序批式排放，即该工艺从生物池进入消毒池的污水是分批次、有峰谷值之分的。在实际生产中为了保证出水的达标，投加量必须依据水量峰值来设置，因此在实际生产中的药剂使用量大大超出设计值。因此，对该部分的药剂投加系统进行改造是很有必要的。城东污水厂在改造中在消毒车间增设了一套PLC系统，将原有的加药泵更换为计量泵，将尾水流量计和计量泵信号接入PLC，使得次氯酸钠投加量可以依据尾水瞬时流量的变化而变化。改造后次氯酸钠投加量由62mg/l降至40mg/l，降低了32.3%。

3.5尾水泵房

该部分的功能是在高潮位的时段，污水通过重力流无法及时排放时，通过尾水泵将污水及时外排。该部分主要的耗能设备为3台45kw的尾水泵，节能关键点是依据潮位高低，尽量减少水泵的开启时间。城东污水厂的实际生产情况为在目前水量下，并不需要开启水泵，仅通过重力流就能实现污水外排。但随着将来水量的增加，不排除开启的可能性，届时可通过设置变频功能和方便的切换方式在重力流和压力流之间灵活切换。

3.6鼓风机房

该部分的功能是向CAST生物池输送空气，为污水处理提供所需的氧气。主要的耗能设备为两台160kw的罗茨鼓风机，为污水厂最主要的耗能设备。该部分节能的关键点是风机的种类、品牌、是否变频、是否及时清洗进气过滤器、开启的台数以及开启的时间。城东污水厂原来生产过程中开启两台罗茨鼓风机，频率均为40HZ。在改造过程中新增1台磁悬浮鼓风机，设置了风机频率与出水氨氮数值和进水水量的联动，改造后只开启1台磁悬浮风机，默认频率设置50HZ，系统将根据出水氨氮值和进水水量自动切换频率。经改造后该部分的的吨水电耗从0.18kW•h降至0.13kW•h，降幅为27.8%。

3.7污泥脱水车间

该部分的功能是将污水处理过程中产生的污泥进行脱水、降低含水率，便于外运和最终处置。主要的耗能设备有带式浓缩脱水一体机、配药系统、污泥螺杆泵、加药泵、反冲泵等。该部分节能的关键点在于压榨等量污泥的前提下尽量减少设备工作时间，即尽量降低进入污泥均化池的污泥含水率，将大大提高产泥效率，减少工作时间，降低能耗。该部分为污水厂药耗第二大的环节，消耗药品为聚丙烯酰胺，减少该部分的损耗除了选择合适的药品外，现场操作也非常重要，需要污泥处理工有较强责任心，依据规定的比例配置溶液，依据污泥的流量、浓度和形状，及时调节加药量，从而达到降低药耗的目的。聚丙烯酰胺投加量由3.2kg/吨干泥降至2.4kg/吨干泥。该部分为污水厂水耗第一大的环节，污泥压榨时滤布需要大量的反冲水清洗滤布，以每天工作16h计算，每天需耗水640吨，城东污水厂早期已将厂内处理后的尾水进行回用，使用后的冲洗水再进入生化系统进行处理。相比自来水，使用尾水进行回用，每年可节约用水23.4万吨。

4经济效益分析

经过一系列的节能降耗改造，污水厂的各个环节均不同程度地降低了能耗药耗。就城东污水处理厂而言，吨水电耗从改造前0.35kW•h降至0.26kW•h，降幅为25.7%；次氯酸钠投加量由原来62mg/l降至40mg/l，降幅为32.3%；聚丙烯酰胺投加量由3.2kg/吨干泥降至2.4kg/吨干泥，降幅为25%。节省费用：将以上数据换算成经济效益，各指标设置如下：电费为0.65元/kW•h，日处理水量为3.5万吨/日，次氯酸钠单价为750元/吨，聚丙烯酰胺为2.8万元/吨，每天产泥15吨（含水率80%），则在一年内，电费可节省74.7万元，次氯酸钠可节省21.1万元，聚丙烯酰胺可节省2.5万元，水费可节省65.5万元。共计163.8万元。增加费用：进水泵房变频改造花费12.7万元，消毒池加药系统改造花费15.5万元,鼓风机房购买磁悬浮鼓风机花费65万元，其他杂项花费2.2万元，共计95.4万元。城东污水厂不用1年的时间收回节能降耗措施的成本，每年最少可节省163.8万元。若以2014年全国投运污水处理厂的日处理量1.35亿吨计算，吨水电耗参照降低0.09kW•h计算，则全国范围内城镇污水处理厂每日可节省电量1215万kW•h。

5结论

（1）实践证明，采用节能降耗措施，效果显著，企业可以在短期内收回成本。

（2）节能降耗是项系统工程，应从设计期和运营期着手，全面系统地开展工作。

（3）在全国范围内的城镇污水处理厂推行节能降耗改造，能实现经济效益和社会效益的双赢。

参考文献

[1]沈耀良,王宝贞.循环活性污泥系统(CASS)处理城市废水[J].给水排水,1999,25(11):5-8.

[2]景松根.循环式活性污泥法(CAST)的应用及其发展[J].中国给水排水,1996,12(6):4-10.

[3]景松根.城市生活污水污染现状及对策[J].中国城市经济,2002(8):64-64.

作者：高德提 单位：泉州市孚恩环境工程有限公司