城镇污水处理厂节能技术及对策研究

2023-01-15庄姗姗

皮革制作与环保科技 2022年23期

庄姗姗

（晋江市南港污水处理有限公司，福建晋江 362211）

污水处理为能耗密集型产业，在日常运行中会消耗大量电力。在我国持续提高污水排放标准的背景下，污水处理中的药耗及能耗相继提升，这也是污水处理厂运行成本持续提高的原因之一。近年来，污水处理厂在日常发展中为实现节能减耗目标，积极引入各种新型设备和创新技术，但实施效果和预期目标依然存在一定差距，为此污水处理厂需要从多个层面入手，合理调整技术工艺。

1 我国城镇污水处理厂的发展现状

污水处理是保障公共卫生安全的主要策略，当前的污水处理主要以活性污泥法为主，该法能够全面去除污水中的各种病菌元素、氮磷污染物以及有机物等。通过采取有效的污水处理措施，能够更好地保障水质安全，优化水生态环境质量，使我国的水生态系统实现持续稳定发展。国内污水处理厂的数量在2006～2010年间呈现直线上升趋势，2010年后相关上涨数据相继下降；2006年后，城市污水处理总量也呈现持续上升趋势，但从2012年后城市污水处理总量上升幅度减缓。结合住建部相关公布数据分析，到2019年底，全国城市污水厂数量总计达到3 717个，整体污水处理能力达到每天1.57×108立方米；全国范围内有2 107座污水厂正式投入运行，相关污水处理综合能力达到每天1.29×108立方米；全国总计1 402个县城建有污水处理厂，占县城总量的86.9%，总计建设污水厂1 610座，相关污水处理能力达到每天0.28×108立方米。由此可以看出，我国的污水处理厂初步覆盖大部分城市，在未来发展中，污水处理厂建设速度将会进一步减缓，而在一定阶段内，污水处理总量将呈现持续上涨趋势［1］。

在污水厂自身处理能力持续提升的背景下，相关污水处理标准更加严格，对排放水质提出了更高要求。污水处理厂属于高能耗产业，在水环境污染以及能源危机日益突出的背景下，行业进一步提出节能减耗要求。污水处理工作主要包括传统污水处理、去除营养物、深度去除以及极限去除等环节，相关运行能耗可以进一步分成直接和间接能耗，其中直接能耗主要源于回流泵、曝气鼓风机以及提升泵相关设备的运行电能；间接能耗涵盖污泥脱水、化学除磷等相关化学药物处理技术。通常在二级处理工艺中，相关电力能耗中污水提升耗能所占比例在10%～20%之间；污泥处理电力耗能比例在10%～25%之间；生物处理电能耗能比例在50%～71%之间，三个处理环节耗电比例超过70%。随着国内污水处理标准的提升，大部分污水处理厂开始选择深度处理技术，包括紫外消毒、砂滤、反硝化滤池等相关处理工艺［2］。

2 城镇污水处理厂的主要工艺流程

城镇污水处理厂在不同的污水处理环节使用不同的工艺技术，各个环节的水质排放标准存在一定差异。城镇污水基础处理流程普遍是污水率先流入粗格栅并初步实施粗略过滤；通过提升泵把污水进一步提升引流至细格栅，流经沉砂池以及初期沉淀池实施粗略沉淀处理；随后针对污水实施生化处理，包括好氧活性污泥处理；进入二次沉淀池继续针对污水开展深度处理；将污水引流至消毒池，最终将结束处理的污水排放到外部环境。城镇污水处理工艺通常涵盖氧化沟、A/O处理工艺以及MBR处理措施等，其中MBR即膜分离以及活性污泥融合处理措施，在处理后能够得到较高的出水质量，整体处理效果较好；A/O处理技术即生物处理技术，是一种有效的污水脱氮除磷技术；氧化沟技术是好氧活性污泥处理技术，汇集曝气、沉淀处理等工艺流程。结合城镇污水厂实际状况选择恰当的处理技术，能够提高污水处理的节能效果，污水处理厂可以综合利用各种资源优势，实现统筹协调设计及分配，提升污染物利用率，使污水处理厂在节能建设中获得事半功倍的效果［3］。

3 城镇污水处理厂项目简介

3.1 目标污水处理厂概况

目标污水厂占地面积达100亩，处理水量达到每天10万立方米，污水处理厂设计水质是结合实际要求提出的进水水质，且出水设计水质需要满足城镇污水排污标准中的一级A排放标准。城市污水经过市政管网流入进水口，并自流到粗格栅，经进水泵进一步提升到细格栅，并流入曝气沉砂池实施全面除砂；污水进入多模式生物反应池实施除磷和脱氮，通过二次沉淀池对出水实施沉淀处理后，投加除磷药剂以及在高效沉淀池中实施反应沉淀，沉淀池中出水流入纤维转盘滤池内实施全面过滤；经次氯酸钠实施彻底消毒后流入收纳水体；对剩余污泥实施浓缩调理和脱水处理，并运输到外部的污泥处理厂。

3.2 污水处理工艺分析

（1）格栅作为污水预处理中的核心设备，可以进一步分成细型及粗型两种格栅，能够有效过滤污水中的大颗粒以及漂浮杂质，更好地保护水泵，避免其出现损伤。通过格栅进行过滤，拦截下来的栅渣需要通过专门设备实施粉碎，整体耗能较高。（2）在污水处理过程中设置提升泵，主要用于后续污水处理，同样会产生较高能耗；沉砂池内相关设备也会产生一定能耗。（3）在对城镇污水进行处理时，实施预处理后，展开主要污水处理工艺，即活性污泥处理和二次沉淀，经过好氧活性污泥的污水从曝气池内流入二次沉淀池中，实施污泥浓缩以及泥水分离，二次沉淀池内的污泥抽吸泵在运行中能耗较大，消毒池中所设置的消毒装备在运行中也会造成较大能耗。（4）污泥处理作为城市污水处理的重要环节，需要合理设置传输装置、搅拌装置以及污泥脱水装置［4］。

4 城镇污水处理厂的能耗占比情况分析

结合上述内容分析城镇污水处理各个环节的能耗占比，主要包括污泥处理、生化处理以及预处理三项能耗，其中能耗比例最高的是生化处理环节，在总体能耗中占比达到75.6%；污泥处理能耗占比为4.1%；预处理能耗所占比例为20.2%。为此，城镇污水厂在污水处理节能建设中需要注重生化处理环节的节能转型，其次是污水预处理环节，需要采取针对性策略，提升城镇污水处理节能效果，降低污水处理成本［5］。城镇污水处理厂能耗占比情况见表1。

表1 城镇污水处理厂不同环节能耗占比情况

5 城镇污水处理厂相关节能技术与对策分析

5.1 污水提升泵的运用

在污水处理厂中应用污水提升泵主要是为了进一步控制污水处理环节的电能消耗，为此需要技术人员根据污水处理需求，合理选择污水提升泵，同时兼顾污水提升泵的操作性能。比如可以在污水提升泵内设置变频设备实现全过程控制，合理调节污水提升泵整体操作扬程，提升节电效果；除此之外，还可以通过控制污水提升泵综合水量消耗，提升电力运行效率，有效缩减维修量，实现设备节能减耗目标；设置变频装置还可以对污水处理速度实施自动调节，在保障出水质量的基础上进一步缩减自动化泵整体操作扬程，优化提升泵运行效率。另外，在污水处理中应用提升泵会受到运行扬程、运行功率以及传输流量等因素的影响，从而影响提升泵运行效率。例如水流速度和提升泵运行效率之间是反比关系，而污水提升泵和运行功率呈现出三次方正比关系，相关人员针对污水提升泵实施综合设计时需要合理选择变频装置，适当扩大提升泵传输功率，确保提升泵处于内设变频控制条件下并保持稳定运行，有效降低提升泵运行能耗［6］。

城镇污水处理厂能耗较高的原因之一是电机运行效率过低，提升泵设计不符合设计运行要求，运行调控不足及存在巨大水量波动。从污水提升角度分析节能减耗，相关人员需要从污水提升泵入手，对当前基础设施和管网系统实施综合调研分析，有效减少高程差，考虑应用淹没流方式；根据污水提升总量以及波动规律选择恰当的泵组合方法，结合管道系统以及污水流量变化曲线选择设置泵元件，提升泵运行效率；结合污水处理总量、泵运行功率、水头损失以及实际扬程设置高效泵组合；优化调控功率固定泵以及变频泵，降低水泵轴功率，延长泵使用寿命，保证泵和电机间的良好匹配，提升电机运行效率；优化管道设计，提升系统运行的流畅性和结构的完善性，适当缩减管道以及弯管长度，减少污水管道传输阻力，提升处理效率；针对相关工艺设备做好维护管理，改善污水处理中的机械磨损、设备结垢以及装置滴漏等问题，提升系统设备的综合运行效率。

5.2 合理布设曝气系统

曝气系统在城镇污水处理中占据重要地位，属于核心技术，合理选择高效曝气系统能够提升城镇污水节能处理效益，也是节能降耗的核心。为此，相关人员需要根据整个系统的实际运行状况灵活调节鼓风机效率，比如设置离心式鼓风机设备可以进一步优化曝气装置的稳定性，设置高效鼓风装置可以有效扩大氧气输送效率，支持鼓风机设备基于满载条件下实现长期稳定运行。此外，在系统中设置离心鼓风机设备能够发挥出良好的变频调节效果，并对综合曝气量进行精准调控。相关工作人员需要结合曝气需求合理制定应对措施，进一步改善微曝气孔所存在的表面积过高问题。除此之外，还可以利用智能装置调控曝气流量，由于技术和资金的限制，导致大部分污水厂都是采取人工调节，比起智能化曝气调控措施，人工调节劳动量大，依靠人工计算，整体调节效果较差；传输气量以及阀门开度等方面也需要进行精准测算，借助智能调控系统可以轻易实施相关操作；智能调控系统可以针对污水处理中的装置曝气量实施全过程检测，准确发现各种细微变化，从而为曝气系统提供基础智能工具；技术人员还可以借助智能系统来调控曝气量，确保在城镇污水处理中达到底物和曝气平衡。

污水处理厂在微生物处理环节需要实施生化代谢，整个过程离不开电子受体，其主要由曝气系统提供，因此合理曝气是顺利去除污染物和实施污水处理的基础保障。在处理污水中的污染物质时，反硝化脱氮环节需要回流混合液供应硝态氮充当电子受体。在化学处理方面需要加入相应的化学药剂实施反应沉淀，整个过程会造成较大能耗，曝气控制在污水生物处理中发挥着重要作用，也是节能减耗的核心环节，包括曝气供给、曝气管排布以及曝气设备优化等，合理选择曝气装置能够提升污水处理厂的节能效果。相关人员可以选择在曝气池内设置微孔式曝气系统，进一步提升曝气池内的氧综合利用率，微孔系统能够进一步缩减氧气泡体积，并借助微孔曝气扩散设备形成比表面积大、小体积的氧气泡，提升氧气综合利用率，达到节能降耗目的。在曝气供氧环节，因为流入曝气池内的污水存在大量有机质，要彻底净化相关污染物需要大量微生物，从而扩大了耗氧量，而靠近曝气池对应出水口的污水内部有机质数量相对较少，无需过多微生物，对应区域内的耗氧量相继降低。为此在安装曝气装置时，需要根据各个区域的需氧特点，如果仅对曝气装置进行均匀布置，会影响进水口正常供氧，导致出水口产生过剩供氧的问题，降低污水处理质量和处理效率，造成大量能源浪费。为此可以针对进水口至出水口区段按照从密到疏的原则进行合理布置，针对溶氧处理环节设置自动调节系统，合理调节曝气池内的整体溶氧量，最大程度提高生化处理效率。

曝气量供给是节能设计的关键，曝气量过低会降低出水质量，过高会导致能源浪费，影响活性污泥絮体的沉降性和整体结构。曝气节能重点在于辅助生化处理环节顺利消除污染物，优化出水质量，减少曝气能耗浪费。立足于控制能耗层面分析，相关人员需要合理控制好氧区相关溶解氧，保持一种平衡状态，避免出现过度曝气问题，严格按照各个环节处理耗氧量设计阶梯式控制指标，逐步缩减曝气量，根据出水氨氮浓度合理调节曝气量。

5.3 节约自来水耗费

在污水处理中节约自来水耗费是污水处理厂节水降耗、创新发展的核心目标，尤其是应用污泥脱水技术时易产生较大的水资源耗费，对于部分大城市而言，会进一步恶化缺水状况。为此，企业需要创建完善的调节制度，对污水处理中的不同环节进行深入挖掘，及时发现降耗潜力。水耗费主要包括车间清洗水、反冲水、风机制冷水以及绿化加水等，为降低成本支出，需要管理部门明确各个环节的能源消耗，提出有效的减耗措施，扩大节水降耗宣传力度，促使企业职工全面投入节能降耗的实践当中。

5.4 综合利用污泥

城镇污水处理厂在实际操作中容易造成大量污泥淤积，产生二次污染，要改善这种现象，需要集中处理污水厂内的污泥污染。通常情况下，污水处理厂中的污泥主要采用焚烧、农用以及回填等处理措施，可有效减少环境污染，但无法促进污泥的综合利用。要进一步提升污泥利用率，可以将其转化为建材，挖掘污泥的潜在价值，并有效改善二次污染问题。针对污泥实施资源转化可以实现循环利用的目标，减少能源消耗，促进社会效益和经济效益的全面统一。

5.5 应用模糊神经网络PID控制技术

城镇污水处理厂在新时期节能发展中可以将模糊神经网络PID控制技术融入整个曝气系统当中，精准化输入曝气系统内各项运行参数，形成数据模糊化计算能力，促进模糊规则化发展，在对各项运行参数进行综合处理过程中，实时观察网络权值并实施优化调整与合理校正，促进曝气系统维持一种最佳状态，降低污水处理成本，节约污水处理能耗。