污水处理厂节能减排实现的途径

常 青

（晋能控股煤业集团云岗矿，山西 大同 037000）

0 引言

污水处理厂是运营成本高、能耗高的产业，在生产和运行活动中，污水处理厂要对接能源需求、供需矛盾的问题，在节能减排的技术研究中加强实践，降低污水处理中的能源消耗，实现节能减排的生产目标。解决行业发展中存在的高能耗问题，发挥出污水处理厂的功能，改善矿井的污水处理现状，提高污水排放水平。

1 污水处理厂的能耗情况分析

污水处理厂在矿井行业的运转中发挥着处理污水、提高水资源利用率的功能，作为资源密集型产业，在水处理过程中消耗了大量的能源，包括燃料、电能资源、药剂。矿井污水处理厂的电能消耗水平高，和发达国家相比，矿井污水处理厂的电耗平均水平过高，这与我国矿井运行中节能减排可持续发展的理念形成了巨大的差距。因此在污水处理厂的运行活动中，要实现节能减排的目的，从系统设计和实践运行层面，加强对污水处理技术的研究，结合污水处理厂的水质检测项目（见图1），提高污水处理厂的节能减排运行效益[1]。

图1 矿井污水处理流程图

2 污水处理厂节能减排的实践途径

2.1 优化工艺技术

污水处理厂的生物处理中，应用到的工艺各有不同，在设计污水处理厂时，要对不同的生物处理工艺特点进行综合化的考量。结合污水处理厂项目所在地区的地形、气温、电价、征地费用、项目规模、原水水质、出水达标要求、污泥处置情况等多个层面进行系统考量，选择经济最合算、技术合理性最强的工艺，提高工艺方案的可行性，降低能耗。在生物法的运用中，主要是使用微生物的新陈代谢功能，降解污水中呈溶解状态和胶体状态的有机污染物，将其转化为无害物质，净化污水。活性污泥法、ab 法有氧化沟法、SBR 法等均属于常用的生物法污水处理工艺，在选择工艺的过程中，应从节能设计的视角，优化工艺方法，选择有利于污水处理厂实现远期、近期节能减排目标的工艺方案[2]。

2.2 设计进水提升泵

污水提升泵在预处理系统中是关键的一道设备程序，使用污水提升泵的目的是要改善污水水位，提高水位值，确保污水以重力流流过后续的构筑物。在污水处理厂的能源消耗中，提升泵是能源消耗量较高的一道工序，设计提升泵时，技术人员需要充分地利用污水处理厂的自然坡度、地形等，对进水管底标高进行合理的设置，结合构筑物高程布置处理的需求，对水头损失进行科学、合理的计算，尽可能降低水泵扬程。如果污水处理厂已经投入到了运行和使用中，在进水提升泵的设计方面，无法从源头着手进行改善，需要采取其他的措施，实现节能设计的目标。

例如要保持总体平面布置得流线清晰，有紧凑的结构，连接管路，保持直而短的状态，将弯管和连接管的长度减少，降低水头损失风险，将非淹没堰改为淹没堰，减少落差至几厘米大小。使用平流式的初沉池和二沉池，借助廊道推流式的曝气池功能，在条件允许的情况下，可以取消配水井，串联初沉池、二沉池和曝气池，对水头损失进行控制，进一步调节进水提升泵。结合时间、季节的变化，了解污水处理厂的进水流量，根据污水提升泵的大小，采取泵梯级搭配的形式，使泵站出水量和实际来水量相互接近，促使提升泵在正常水位内运行的高效性，启动高水位，确保提升泵稳定运行。

借助变频调速技术使水泵的启动时间发生改变，在井中达到最高水位时，才启动水泵，可以提高水泵的最大利用效率，并且规避了电机频繁启停可能造成的损伤，延长了电机的使用周期。发生电机损坏时，可以将高效节能型电机运用其中，使用较小的功率，达到同样的输水量运输效果，实现节能环保的管理目标。日常运行中，进水水量和进水水质是呈现出动态变化的，因此曝气池中需氧量也有着动态的改变，在理想状态下水中溶解氧的含量为1～2 mg/L。结合曝气池中溶解氧的变化，要对风机功率进行调整。考虑到在波峰和谷风时间段电价的不同，以及污水处理厂的生产需求，对曝气进行调整。在夜间波谷时间段电价较低时，加大曝气量，在用电高峰处于波峰时间电价较高，要适当地将曝气量减少[3]。

2.3 药剂消耗设计

在污水处理厂中，消耗的药剂成本在整体的能耗成本中占比不到10%，但是仍旧还有一定的节能空间，值得人们探索，在除磷技术、污泥调理技术、污泥消毒技术的应用环节，要加强对节能技术的应用。矿井污水处理厂在除磷过程中采取的方式为生物法和化学法，生物法不需要使用药剂，污泥产生量较少，但是需要具备一定的厌氧条件，工艺复杂。在生物除磷工艺的应用过程中，要以去除消耗、减少污泥为目的，为后续的污泥处理、能耗节约进行规划，减轻药剂消耗量，促使污水处理厂在绿色节能的环境中实现低能耗运行的目标[4]。

2.4 设计曝气系统

在污水处理厂的运行过程中，鼓风机的能量消耗较大，因此需要设计曝气系统，加强对曝气技术的运用，节约能耗，鼓风机的能耗水平取决于原水水质，除此之外，鼓风机的效率、曝气管布置方式和曝气控制系统，决定了最终的曝气系统能源消耗量。在布置曝气头时，需要结合预期中的曝气效果、处理效果和能源节约的目标，合理布置曝气头，在池子进水端，布置较密的曝气头，出水端呈现出逐渐递减的分布形式，提高曝气池内溶解氧的均匀度水平，节约能源消耗，提高处理效率。

传统鼓风曝气系统中的穿孔曝气动力只有1.0 kgO2（kW·h），效率较低，和微孔曝气效率3.4 kgO2（kW·h）相比效率不足。在氧化沟工艺中，机械曝气使用的是转刷和倒伞式曝气器，其性能良好，远超穿孔管曝气，不需要设置大量的曝气风管、曝气气头和鼓风机房。最终的曝气效率和微孔曝气相比仍旧偏低，因此在设计过程中，设计人员要从综合视角进行考量，选择适用性较强的曝气系统[5]。

2.5 设计污泥处理和处置系统

在处理污泥的过程中，设计人员要从技术创新的角度对处置和处理系统进行优化，污泥处理系统涵盖了污泥的脱水处理、稳定处理，目前应用到脱水中的设备包括离心机、带式压滤机、板框、压滤机、真空过滤器。其中真空过滤器和板框压滤机的使用，需要配合无机混凝剂，使用石灰、铝盐、铁盐等进行机械设备的运行，带式压滤机和离心机使用的是有机高分子絮凝机。对比不同的技术处理方法，真空过滤机的运行过程更稳，靠定性强，管理过程方便，脱水泥饼的性状优良，但是却有着耗电量较大的缺陷。

板框压滤机的操作过程简单，泥泞量少，但是生产效率不理想，离心机在难脱水的污泥当中适用性较强，不会产生臭气，但转速较高，具有较大的设备磨损风险。带式压滤机的运行效果稳定，具有可持续运转的功能，生产效率高，是耗电最低的设备。因此在选择脱水设备建立污泥处理和处置系统的过程中，技术人员需要对不同的污泥处置技术方法、设备设施处理厂的规模等进行综合考量，最大限度实现节能降耗的目标。

2.6 其他节能技术

在设计污水处理厂的节能系统时，从节能减排的角度，需要结合多种节能技术手段，从项目初期的建设阶段，做好节能设计和规划，对建设规模进行确认，防止出现污水处理厂建成之后管网难以配套并运行的问题。对于设计量过大导致的低负荷运行状态进行早期防治，对构筑物间的连接管区要进行优化设计、合理布置，避免出现过多水头跌落或水头溢流的问题，降低不必要的能源消耗，防范能源浪费，矿井污水处理流程见图1[6]。

3 结语

污水处理厂在发展中要以实现节能减排为目的，结合自身能源密集的产业特性，加强对先进技术的运用，提高污水处理厂的运行水平、运行效率。以实现节能减排为目的，要将先进的设备、工艺等运用其中，在保证污水处理水质安全的前提下，节约运行成本。利用先进的技术和设备，实现对污水的资源化利用和再次利用，降低能源消耗，推动污水处理行业的长远发展。