五种污水生物处理工艺特性及低能耗工艺实际运行情况分析

2020-12-31思显佩

广州化工 2020年24期

思显佩

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北武汉 430070)

随着人们日益增加的美好生活需要，城市化建设速度不断加快，生活污水和工业污水排放量明显增加，污水处理厂数量越来越多，保护环境的要求随之逐渐提高。污水处理厂的高能耗已在业内引起广泛关注，而且能耗随着处理水质的提高而增加。高能耗是造成污水处理设施运行成本高的主要原因，特别是随着电费的不断上涨，一些地区的污水处理厂由于资金、能源以及专业管理人员的短缺而不能正常运行[1]。

1 污水处理厂五种污水生物处理工艺及能耗特点

污水处理厂常用的生物处理工艺为SBR工艺、A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、AB工艺等。其中A/O工艺、A2/O工艺在数量和污水处理厂运用方面占80%左右[2]。

1.1 SBR生物处理工艺特点

SBR称为序列间歇式活性污泥法，是一种间歇式曝气运行方式的活性污水生物处理技术，又称为序批示活性污泥法。主要分为四个阶段：进水阶段、曝气反应阶段、沉淀出水阶段、排泥阶段等[3]。

多数情况下，生活污水及工业废水处理，前端无需设置调节池；SVI值较低，污泥容易沉淀，无污泥膨胀现象；通过间歇式运行的控制，在曝气池内就可以完成脱氮和除磷反应；采用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控系统，可以使该工艺处理过程实现全部自动化[4]。

SBR工艺，池体内污水可以进行厌氧、好氧交替，污水运行稳定，净化效果好，污水在理想的静止状态下沉淀时，所需时间短、效率高、且具有较强的耐冲击性、运行灵活、出水水质好。一般适用于间歇性排水的废水，吨水费用约为0.85元/吨水[3]。主要的耗能设备有：序批式间歇反应器、曝气系统、搅拌设备等污泥的脱水处理系统。

SBR反应运行周期如图1所示。

图1 SBR反应运行周期

1.2 A/O生物处理工艺特点

A/O工艺由厌氧、好氧组成的生物处理工艺。该工艺由A池、O池、沉淀池组成，通过A池后的污水与回流的污泥混合，污水中大量的BOD5被回流污水携带的聚磷菌吸收，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到混合液中，混合液进入到O池后，有机物会被氧化分解[5]。

A/O工艺的建筑结构少，其运行控制较简单，吨数运行费用约为0.28元/吨水[3]。该工艺主要由提升泵、曝气设备、回流泵及剩余污水泵、污水处理设备等耗能、以及污泥的脱水处理系统。

A/O工艺流程如图2所示。

图2 A/O工艺流程图

1.3 A2/O生物处理工艺特点

A2/O工艺，与其它同类工艺相比，其总的水力停留时间较少，处理效果好，能同步实现脱氮除磷功能，运行过程中不需要投药，运行费用低。

该工艺适用于大中型规模的城市污水处理厂脱氮除磷。相比于A/O工艺，构筑物增加运行成本相对增大。该工艺的两个A段溶解氧的控制较低，O段也不需要很高的溶解氧，因此该工艺的整体运行成本较低，约0.32元/吨水[3]。其主要耗能设备有：鼓风机、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、内回流泵设备、以及污泥的脱水处理。

A2/O工艺流程如图3所示。

图3 A2/O工艺流程图

1.4 氧化沟生物处理工艺特点

氧化沟工艺是在活性污泥工艺基础上，进行变形的一种生物处理工艺，又称为连续循环曝气池。该工艺不仅具备推流反应的特点，同时也具备混合反应的特点，推流反应是保证优良水质的基础，而混合反应能使该工艺具备耐冲击性能[6-7]。

氧化沟工艺具有耐冲击能力强、运行负荷低、产泥量少、可控制污泥膨胀、出水效果好等特点，该工艺的运行费用约为0.45元/吨水[3]，其主要能耗设备有：污水提升泵、回流泵、曝气系统以及污泥脱水系统。

氧化沟工艺流程如图4所示。

图4 氧化沟工艺流程图

1.5 AB生物处理工艺特点

(1)AB工艺分预处理、A段、B段等三段。预处理段设置格栅、沉砂池等设备，主要通过物理功能去除大颗粒杂质、悬浮物等，无需设初次沉淀池。

(2)A段由吸附池和中间沉淀池组成，B段则由曝气生物反应池及二次沉淀池组成。

(3)A段与B段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，每段能够培育出各自独特的、适于本段水质特征的微生物种群。

AB工艺对有机污染物去除率较高、系统运行稳定、脱氮除磷效果较好，整个运行过程节能效果好。通过试验数据，AB工艺运行费用约为0.50元/吨水，比传统的一段法工艺节省运行费用20%～25%。该工艺的主要能耗设备有：鼓风机、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脱水处理。

AB工艺流程如图5所示。

图5 AB工艺流程图

1.6 五种污水生物处理工艺主要能耗

比较上述五种不同污水生物处理工艺能耗，从图6可以看出，SBR工艺自动化程度最高，吨水的运行费用最高，为0.85元/吨水；AB工艺的吨水运行成本次之，为0.77元/吨水，氧化沟工艺为0.45元/吨水，A/A/O工艺为0.32元/吨水，费用最低的工艺为A/O工艺，运行费用为0.28元/吨水。

五种不同工艺的运行费用差异性，主要与各个工艺性能要求、构筑物建设形式、工艺配套的设施、设备安装及使用要求有关，自动化程度高低，工艺流程长短，设备安装数量多少，容积负荷高低等因素都会对运行费用产生影响。

五种污水处理工艺能耗特点如图6所所示。

图6 五种污水处理工艺能耗图

1.7 五种工艺流程的耗能设备

SBR主要的耗能设备有：序批式间歇反应器、曝气系统、搅拌设备等污泥脱水系统。

AO工艺主要有提升泵、好氧池曝气设备、回流泵及剩余污水泵、污水处理设备等耗能以及污泥脱水系统。

A2/O工艺其主要耗能设备有：鼓风机、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、内回流泵设备、以及污泥的脱水处理。

氧化沟工艺其主要能耗设备有：污水提升泵、回流泵、曝气系统以及污泥脱水系统。

AB工艺主要能耗设备有：鼓风机、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脱水处理。

1.8 运行费用低、运用较为广泛的AO工艺实际设备运行能耗

咸宁市某城镇污水处理厂，规模为2万吨/天，运行于2011年，污水处理工艺为A/O工艺，运行出水水质达GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准，实际设备运行功率统计及能耗设备位置分析如图7所示。

图7 污水处理厂设备能耗图

从图7可以看出，A/O污水生物处理工艺主要能耗设备有三类：泵、风机、污泥处理系统。

污泥处理系统功率为24.28 kW，占比为9.5%；泵类设备功率为89.3 kW，占比为35.1%；风机类设备功率为140.5 kW，占比为55.4%。

具体能耗设备位置主要位于A/O池、二沉池、风机房、污泥处理系统。A/O池设备功率为36.8 kW，占比为14.25%；二沉池设备功率为54.7 kW，占比为21.17%；风机房设备功率为140.5 kW，占比为54.40%；污泥处理系统设备功率为26.28 kW，占比为10.18%。

由此可见，提供O池曝气系统的风机类的设备功率最大，耗能最高，O池是A/O生物处理工艺的核心，对COD的去除率可以达到80%左右，对出水水质也起着关键作用；设备功率次之为泵类设备，泵起到对污水的提升，污泥回流、混合液回流等，若泵设备的功率不够，也将直接影响到整个污水处理系统的运行；污泥处理系统是将污水处理后的污泥，集中机械处理后合理利用，虽然设备能耗最低，是整个系统不可缺少的环节。