城镇污水处理厂节能技术及对策研究

文_尹娟娟 宋伟冬 尹传海

1.深圳市汉宇环境科技有限公司；2.深圳市龙岗区规划土地监察局；3. 烟台市建祥建筑安装工程有限公司

1 城镇污水处理的工艺流程及主要构筑物的能耗分析

1.1 城镇污水处理厂的工艺流程

在污水处理过程中，针对不同的区域有着不同的处理工艺流程和处理出水水质的排放标准。

城镇污水通常的处理流程是污水先进入粗格栅进行粗略的过滤，经过提升泵将污水提升到细格栅，再经过沉砂池、初次沉淀池进行粗沉淀处理，然后进行生化处理（好氧活性污泥处理）、二次沉淀池进行深度处理后，最后经过消毒池然后排放。

1.2 主要构筑物的能耗分析

1.2.1 目标污水处理厂的概况及排放标准

目标污水处理厂占地面积3.78公顷，处理水量为8.0万m3/d，变化系数1.3。目标污水处理厂设计的进水水质是根据实际的进水水质，设计的出水水质要求要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A排放标准。

1.2.2 预处理工艺中的构筑物能耗分析

首先，在城镇污水的处理工艺中，格栅是污水预处理中的主要设备之一。格栅分为粗格栅和细格栅，主要用于过滤掉污水中的大型杂质漂浮物及颗粒，以保护水泵等设备以免受损。其中，格栅过滤出来的栅渣要经过机械粉碎需要耗能。其次，在污水处理中的污水提升泵用于提升污水进入后续处理过程，需要耗能；再者，沉砂池中的刮砂机和输砂机液需要耗能。如表1所示，在城镇污水的前期预处理阶段，主要的耗能设备通常是提升泵。

表1 城镇污水处理厂预处理阶段主要用电设备的功率

1.2.3 生化处理工艺中的构筑物能耗分析

在城镇污水处理工艺中，经过了污水的预处理阶段后，首先进入初级沉淀池利用物理重力作用进行沉淀处理，初级沉淀池的能耗设备主要是排泥设备；之后，进入污水处理的核心工艺即好氧活性污泥处理工艺和二次沉淀池，通过好氧活性污泥处理工艺从曝气池流出的混合液体物质进入二次沉淀池，进行泥水分离和污泥的浓缩处理，二次沉淀池的主要能耗环节是污泥抽吸泵，最后是消毒池的消毒装置需要消耗一定的能量。

1.2.4 污泥处理工艺的构筑物能耗分析

在城镇污水的处理工艺中，污泥的处理也是重要的一环。在污泥的处理系统中主要有污泥脱水机设备、搅拌机及输送机等。

1.3 城镇污水处理工艺中各处理环节的能耗占比情况分析

综上所述，城镇污水处理的预处理阶段、生化处理阶段和污泥处理阶段的能耗分析可知，如表2所示，其中城镇污水处理厂的生化处理阶段的能耗最高，约占总处理能耗的75.6%，预处理阶段占总能耗的20.2%，污泥处理阶段占总能耗的4.1%。因此，城镇污水处理厂的节能首先要从生化处理阶段的节能入手，其次是污水的预处理阶段，要有针对性地采取相应措施和对策来实现城镇污水处理工艺的节能，同时实现城镇污水处理厂污水处理成本的有效降低。

表2 城镇污水处理厂各处理阶段的能耗占比情况

2 城镇污水处理的核心工艺技术的能耗分析及节能对策

2.1 常用生化处理工艺分析

2.1.1 氧化沟处理工艺

在城镇污水处理过程中，氧化沟处理工艺作为好氧活性污泥处理工艺之一，是一种集曝气、沉淀处理于一体的处理工艺。例如，常见的三沟式氧化沟的主要构造是两侧沟交替作为曝气池和沉淀池，而中沟持续作为曝气池。

2.1.2 A/O(A2/O)处理工艺

在污水处理技术工艺中，A/O处理工艺是属于污水生物除磷脱氮的处理技术。通常的生物除磷脱氧处理工艺是先进行好氧池的硝化反应将铵态氮变成硝酸盐，在经过缺氧池的反硝化反应将硝酸盐还原生成氮气从水池中除去，而反硝化菌在后续缺氧池中已几乎没有可以消耗的碳营养源来满足其发生反硝化反应，需要在缺氧池前补加乙酸钠等有机碳源来供给反硝化菌，而A/O处理工艺是将缺氧池放在好氧池的前面，以污水进水中的有机碳源来满足反硝化菌的营养需求。此外，A2/O处理工艺是在A/O处理工艺的基础上在缺氧池的前面加设厌氧池。

2.1.3 MBR处理工艺

MBR污水处理工艺是活性污泥法和膜分离技术的新型组合处理工艺，利用MBR污水处理工艺处理后的出水水质的质量较高。对于城镇的污水处理过程中，采用MBR污水处理工艺时要考虑到污水处理的规模，在较大规模的污水处理厂通常要采用负压轴吸浸没式分置式MBR工艺。MBR污水处理工艺更适用于难降解的有机污水和对出水水质要求较高的污水处理。

2.2 主要的节能技术及对策

2.2.1 使用微孔曝气装置

在曝气池使用微孔曝气装置来提高曝气池中的氧气利用率，微孔装置可以减少曝气池中的氧气泡的体积，通过微孔的曝气扩散装置可以产生体积更微小、比表面积增大的氧气泡，使得氧气的利用效率更高，从而实现节省能耗的目的。

2.2.2 合理布设曝气器

在曝气供氧过程中，由于刚进入曝气池的污水中有机质的含量高，所需微生物的数量也较大，其耗氧量相对较多。当污水接近曝气池出水口时，污水中的有机质含量比较低，所需微生物的数量也较少，其耗氧量也越来越少。因此，在布设曝气器进行曝气供氧时，要根据曝气池刚进入阶段和接近出水口的需氧特性进行布设。如果只是单纯均匀布设曝气器会造成进水口处理的供氧不足，出水口处理的供氧过剩的现象，这样就造成污水处理效率和质量的下降，同时引起能源的浪费。因此，在曝气池要将曝气器从进水口到出水口由密到稀布设，并安装溶氧的自动调节装置，及时调节曝气池的溶氧情况，以实现生化处理能耗的最大利用率。

2.2.3 使用变频调速风机

在城镇污水处理厂，需要使用电动机来带动设备运转。普通的电动机只能以定速的方式来运转，而变频调速风机可以按照处理工艺的不同要求进行相应的转速输出调整，从而实现达到降低电动机功率能耗的目的。

2.2.4 模糊神经网络PID控制技术

在城镇污水处理的曝气系统中采用模糊神经网络PID控制技术，使得曝气系统的数据设置具有输入精确化、数据模糊化、模糊规则化等计算能力，并在处理数据的过程中对神经网络中的网络权值进行校正调整，使得整个曝气系统处于更加理想的状态，实现污水处理过程中能耗的节省和处理成本的降低。

3 讨论

在城镇污水处理厂的未来发展中，处理工艺的能耗问题是制约污水处理厂持续发展的关键因素之一。由于我国的能源已处于相对紧张的状态，污水处理能耗大，造成污水成本处理高，一些中小型的污水处理厂因此难以维持和正常的运行，使污水处理厂的减排也遇到巨大的瓶颈。在城镇污水处理工艺过程中要结合污水处理的实际情况，选择不同的节能处理技术，尽量采取节省能耗的处理措施来实现城镇污水处理的节能和减排。