城镇污水处理厂节能降耗工程实例

张 聪，苏俊萍，李刚强

（郑州航空港区明港水务有限公司，河南 郑州 450000）

污水处理属于能耗密集型行业［1］，对电能需求量极大，随着国家城镇污水排放标准不断提高，污水处理过程中的能耗和药耗也逐渐升高，过高的能耗和药耗成为污水处理成本不断上升的主要原因。近年来各污水处理厂为了实现节能降耗，不断引进新技术和新设备，但实际效果与目标还是存在较大差距［2］。从工艺的运行方式上调整，进行节能降耗探索的污水处理厂并不多，本文以实际工程为例，探究污水处理工艺的运行模式对污水处理节能降耗的影响。

1 污水处理厂现状

河南某污水处理厂（一期）设计规模10×104m3/d，采用多模式AAO+高效沉淀池+纤维转盘滤池+次氯酸钠消毒的处理工艺。城市污水通过市政管网进入进水口，随后自流至粗格栅，通过进水泵提升至细格栅，然后到曝气沉砂池进行除砂，污水进入多模式AAO生物反应池进行脱氮除磷，出水经过二沉池沉淀后，在高效沉淀池与除磷药剂反应沉淀，高效沉淀池出水进入纤维转盘滤池过滤，在经过次氯酸钠消毒后排入收纳水体，剩余污泥经过浓缩池和调理池浓缩调理后进入板框机脱水处理，然后外运至污泥处理厂。见图1。

图1 河南某污水处理厂工艺流程

出水水质优于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A排放标准，达到DB 41/908—2014《贾鲁河流域水污染物排放标准》。见表1和表2。

表1 河南某污水处理厂设计进出水水质

表2 河南某污水处理厂实际进水量和进水水质

对比表1和表2可知，污水处理厂的实际进水水量均值不到1×104m3/d，基本为设计规模的10%，实际进水COD的均值在110 mg/L，远低于设计进水水质350 mg/L。由此可以看出，该污水处理厂属于低水量运行，同时存在碳源严重不足的情况。

2 节能降耗措施

常规运行模式为全天运行。此模式是保持低进水流量，由于进水泵全天抽水，进水液位保持的较低，为了保证出水达标，鼓风机和内外回流泵以及加药系统等也保持全天运行。

污水处理的电耗大概占整个污水处理厂电耗的70%，其中电耗较大的设备就是进水泵、鼓风机和内外回流泵[3～5]。由于该污水处理厂的进水量较低，同时存在碳源严重不足的情况，生产运行成本较高，结合实际情况，通过摸索创新，在保证出水水质（主要是氨氮）达标的前提下，尽可能减少进水泵、鼓风机等大功率设备的运行时间，从而达到提高设备利用效率、节能降耗的目的。2018年8月—2018年12月运行方式由常规的全天运行模式调整为间歇运行模式。

间歇运行模式是在进水泵坑液位达到预定的开泵液位时，将鼓风机及内外回流泵开启，0.5 h后通过曝气和搅拌器搅拌使得生物池内活性污泥在池内混合均匀，再开启进水泵、预处理设施及碳源加药系统、除磷药剂加药系统、次氯加药系统和纤维转盘，此时所有设备正常运行。随着不断抽水，进水泵坑内液位不断下降，当降至规定最低液位后，进水泵和预处理设备停止工作，1 h后出水流量基本为0，此时停止运行鼓风机和内外回流泵、纤维转盘及各加药系统，保留生物池搅拌器、二沉池刮吸泥机、高效沉淀池搅拌器和刮吸泥机正常运行。关停进水泵后，进水泵坑内蓄水液位不断上升，当达到预定开泵液位后如前所述重新开启设备，如此循环重复。

3 间歇运行效果分析

在保证出水水质稳定达标的情况下，间歇运行模式和全天运行模式相比，在电能的节省方面有较大的优势。见图2。

图2 进水量及吨水耗电量变化曲线

在常规运行模式下，由于进水水力负荷较低，进水泵、鼓风机、内回流泵、外回流泵、加药泵等主要设备即使开到最低频率，也大大超出运行需要，耗电量与进水量、进水水质不匹配，能源和药剂消耗较大，导致污水处理成本较高。通过图2可以看出，4月进水量较少，吨水耗电量急剧增大，不利于生产人员对生产报表和生产运行情况进行分析。

在间歇运行模式下，保留了10～12 h的运行、曝气时间，出水水质能够得到保证，同时，由于提高了进水泵的运行效率、降低了进水泵、鼓风机等主要耗电设备的运行时间，耗电量大大减少。通过图2可以看出：常规运行吨水耗电量在0.890 kW·h，最高为1.337 kW·h；采用间歇运行后吨水耗电量逐步下降，稳定在0.452 kW·h左右（8—12月的吨水耗电量均值），最低达到0.379 kW·h。按照平均电价0.66元/（kW·h）计算，在水质稳定达标的前提下，污水处理厂吨水电费成本由0.59元降至0.30元。

关于脱氮，采用间歇运行模式时，进水阶段处理工艺是连续进水的多模式AAO工艺，停止进水阶段处理工艺可以暂时看成是间断进水的SBR序批式。进水阶段曝气开启，完成脱氮过程的氨化和硝化过程，停止进水阶段停止曝气，生物反应池中的溶解氧下降，生物池处于缺氧状态，特别有利于反硝化菌进行反硝化反应。相比于常规运行模式，间歇运行更有利于脱氮，出水水质能够稳定达标。当遇到进水总氮异常升高的情况，可以利用间歇运行的方式，在停止进水后继续增加曝气时间和碳源的投加量，进一步提高生物池脱氮能力，有利于抵抗进水负荷较大波动的冲击，稳定达标。

4 结论与建议

1）针对超低水量和碳源不足的实际问题采取间歇运行的节能降耗措施，实际运行情况表明，可以大大降低污水处理厂的能耗，节能效果明显。

2）间歇运行后，污水处理中理论电费吨水成本由0.59元降至0.30元，同时延长设备的使用寿命，降低设备摊销费用，减少污水处理厂的管理费用。在水质出现波动时工艺调整灵活，调控手段选择性增多，系统的抗冲击负荷能力增强，出水水质稳定达标。

3）建议类似工况下运行的污水处理厂采用间歇运行方式，逐步探索曝气时间，大幅降低生产成本。在间歇运行时可人为调整运行时段，在用电低谷时段内生产将会更加节省运行费用。