污水处理厂氧化沟工艺的节能优化研究

王张毅　奚张劼　朱家全　席宇雷

摘 要：作为能耗密集型行业，污水处理过程中消耗的药剂、电能等能源费用约占污水处理厂运营维护成本的60%～80%，高能耗带来的处理成本增大导致一些污水处理厂的运营难以为继。而本文对污水处理厂氧化沟工艺的节能降耗措施进行研究，这对于我国污水处理的发展目标从数量上的增长向绩效上的提高转变具有重要的现实意义。

关键词：污水处理厂；氧化沟工艺；节能降耗

中图分类号：X7903.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0007-01

1 提升段的节能优化

在城市污水处理厂氧化沟工艺运行能耗中，总能耗的10%～20%为提升段能耗，而笔者认为可以从如下两个方面来降低其能耗：

首先，高程设计的优化。通常需要根据给水排水设计手册规范来进行高程设计，这会使得水头损失计算不够先进和合理，设计值存在偏高的現象（接纳水体水位随季节变化较大，水体处于最高水位的时段较短，设计值偏高会导致提升泵扬程的增加，从而造成不必要的能耗浪费）。为此，可以通过构筑物间出水方式的合理选择、构筑物间跌水高度的优化调整来降低污水处理提升高度。

其次，提升泵的调节。提升泵轴功率与扬程成正比，而根据水泵叶轮的比例律可知流量与电机转速呈正比，扬程与电机转速的平方成正比，轴功率与电机转速的三次方成正比，因此提升泵通过变频调速可减少扬程浪费，并且在调速后水泵高效运行范围扩大，确保其在流量变化幅度较大的情况下仍能有较高的效率。

2 生化曝气处理段的节能优化

调查表明，采用氧化沟工艺的污水处理厂，运行耗能最大的处理单元为生化曝气段（生化曝气段能耗所占比例约占总能耗的50%，部分污水处理厂甚至达到90%），因此污水处理厂氧化沟工艺的节能降耗重点应集中在生化曝气处理段上，具体说来：

第一，根据污水处理厂采用的具体工艺（如改良型一体化氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟）和计算出的需氧量大小，设计时对曝气方式和曝气量规模进行合理确定，在确保出水水质达标的基础上对曝气设备数量进行控制，使其曝气量基本可以满足满负荷运行条件下沟内的平均需氧量。

第二，污水处理厂氧化沟工艺实际运行过程中，沟内溶解氧含量经常性过饱和，实际需氧量远远小于供氧量，如某污水处理厂采用奥贝尔氧化沟工艺，在监测过程中发现沟内溶解氧含量为6mg/L左右，而实际需氧量只需要2mg/L左右即可，这也是能耗浪费的重要表现。为此笔者认为，运行过程中沟内溶解氧的浓度可以通过曝气设备运行状况的调节来实现，即根据沟内溶解氧的实际浓度来调节曝气设备的电机频率或决定曝气设备的开停，从而确保沟内溶解氧浓度始终处于适宜状态。例如，某污水处理厂采用改良型一体化氧化沟，沟内溶解氧含量约为0.1～0.3mg/L，如果高精度溶解氧检测仪发现沟内溶解氧含量高于0.3mg/L，那么说明池中微生物已不需要更多的溶解氧来代谢有机物，此时可以通过变频设备来降低鼓风机的输出频率；反之，如果高精度溶解氧检测仪发现沟内溶解氧含量低于0.1mg/L，那么则增加鼓风机的鼓风量。

第三，根据影响曝气过程的因素（包含溶解氧、进出水水量、水质、氧化还原电位等水体动力学因素，天气、水温及pH值等外部环境因素）来构建控制模型，从而实现曝气量的精准调节。

3 污泥回流段的节能优化

污泥回流段是污水处理厂氧化沟工艺的重要处理环节，其能耗主要集中在回流污泥处理耗能和剩余污泥处理耗能这两个方面，约占总耗能的10%，而最佳污泥回流比及剩余污泥排放量是该段的关注焦点。在确保出水水质达标的基础上，污泥回流段的节能优化措施主要包含：

（1）通过污泥回流比的控制来降低污泥回流泵的负荷。根据污泥最低沉降比来确定污泥回流比，在二沉池中活性污泥沉降浓度达到最大时进行回流，这样既不影响厌氧段释磷，又有效避免了污泥在二沉池中二次释磷和反硝化。

（2）通过精简回流方式来减少污泥回流沿程阻力损失，从而降低污泥回流泵的能耗。污泥回流分为外回流和内回流两种（其中外回流主要指污泥从二沉池回流至氧化沟内，内回流主要指二沉池之前的回流），在污泥回流系统中，管道弯口处应尽量避免直角过渡，通过弯口圆滑度的增加来减少污泥回流沿程阻力损失。

（3）在污水处理厂日常运行过程中，每隔一段时间就会出现泥高峰时段，此时要求回流泵满负荷运行，而其他时间段回流泵则不必满负荷运行，因此污泥回流段可以采用两台污泥回流泵，一台变频一台定频，使其可以根据出泥量大小来灵活运行。

4 结语

能源危机的加剧使“十二五”期间我国面临着节约能源的重任，因此本文在调研污水处理厂氧化沟工艺各处理段能耗情况的基础上，针对性提出各处理段的节能措施，研究结果具有较高的实用性。

参考文献

[1]何建军.奥贝尔氧化沟工艺节能设计计算探讨[J].山西建筑，2015（15）.

[2]王秋生.污水处理厂节能降耗生产控制措施探讨[J].水处理技术，2014（11）.