城镇污水处理厂节能技术分析

摘要：污水处理厂应不断更新污水处理设备，引进先进节能技术，由此提高污水处理能力，强化节能降耗效果，推动行业可持续发展。基于此，从污水处理厂运行现状和问题入手，介绍节能技术的创新应用措施，如改良曝气控制系统、提高污水处理厂中能量回收率、应用碳源投加技术等，使城镇污水处理厂取得良好的节能效益，实现绿色稳健发展。

关键词：污水处理；节能技术；应用措施；低碳环保

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-0-03

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Analysis of Energy-Saving Technology of Urban Sewage Treatment Plant

CAO Yixian

（Shenzhen Pingshan District Deep Water Environment Co.， Ltd.， Shenzhen 518118， China）

Abstract： Wastewater treatment plants should continuously update their sewage treatment equipment， introduce advanced energy-saving technologies， thereby enhancing their sewage treatment capacity， strengthening their energy-saving and consumption reducing effects， and promoting sustainable development of the industry. Based on this， starting from the current operation status and problems of sewage treatment plants， the innovative application measures of energy-saving technology are introduced， such as improving the aeration control system， increasing the energy recovery rate in sewage treatment plants， applying carbon source addition technology， etc.， to achieve good energy-saving benefits of urban sewage treatment plants and achieve green and stable development.

Keywords： sewage treatment; energy saving technology; application measures; low carbon environmental protection

当前，国内经济飞速发展，与生态环境间的矛盾日益尖锐，加之人们环保意识逐渐提升，节能减排已经受到社会各界的关注。其中，城镇生产生活污水排放量逐渐增加，污水处理厂的工作量不断加大。但是，部分处理厂管理较为传统粗放，导致污水处理费用较高、能耗巨大，不但压缩自身的利益空间，还会抑制自身发展。因此，污水处理厂应积极寻找出水水质和节能减排间的平衡点，不断引入光伏发电、热泵回收、中温厌氧消化等技术，促进热能、水能、化学能的回收利用，并大力建设“光伏+污水处理厂”项目，推进排水设施减污降碳协同增效。

1 污水处理厂的运行现状

目前，城市化进程不断加快，工业废水和生活污水量逐年增加，如何对其进行科学处理成为人们面临的主要问题。在此背景下，对污水处理厂的处理效率提出较高要求，需要在提升水质的同时能够节能减排，促进经济与环境效益的共同发展。在污水处理的总运行成本中，能耗成本占比较高，为40%左右，且能耗量仍在逐年提升，几乎超出污水处理厂的承受范围。为达到高质量的出水水质要求，能源消耗产生的二氧化碳数量逐渐增加，很难实现可持续发展目标。从整体上看，国内污水处理厂的能耗现状不够乐观，实施节能减排措施成为大势所趋。受思想意识、技术和资金等多种因素影响，国内污水处理厂普遍沿用粗放管理模式，存在以下突出问题。一是污水处理成本较高，经济效益较低；二是能耗较大，产生的污泥和二氧化碳较多，严重抑制污水处理厂的规模壮大和可持续发展。对此，污水处理厂应立足实际，积极制定节能减排方案，引入先进的节能技术，在确保出水水质达标的前提下，最大限度减少能源消耗，促进经济效益提升，取得良好的环保效益，实现绿色稳健

发展[1]。

2 污水处理厂节能技术的创新应用

2.1 改良曝气控制系统

在污水处理厂运行中，能源消耗是重要的成本支出，通过降低能源采购量、革新优化污水处理技术的方式，可达到降本增效的目标。目前，城镇污水处理厂多采用氧处理技术进行污水有机物降解，利用曝气工艺向污水中注入氧气，促进混合液中有机物和微生物的充分反应，达到降解目标。但曝气系统运行中，需要大量电能进行驱动，能源消耗量较高。因此，需要改良曝气控制系统来达到节能效果，措施如下。一是综合分析曝气设备调节和氧气供给能力。合理设定污水处理厂的曝气效率、曝气设备规模等，并以曝气设备和氧气供给能力调节为重点，选择与污水处理要求充分适应的曝气设备，由此提高曝气节能效果。二是合理控制曝气系统规模。污水处理厂设计时，应以每日、每小时的高峰期需氧量为依据，科学设定曝气系统的规模。在投入使用后，还要灵活控制，确保在缺氧状态下活性污泥仍可正常运行一段时间，以免影响水质。三是加大风量控制力度。处理厂风量多以气阀控制和调节为依据，在设计阶段应正确选择设备类型，建议使用带有变频调速功能的系统，可根据实际情况灵活控制风量，减少运行能耗[2]。

2.2 提高污水处理厂中能量回收率

2.2.1 废水热能回收

废水多源于淋浴、工业厂房、洗衣机等，与以往地下水、室外空气等来源相比温度较高。相关调查表明，废水中每10 K温差便有41.9 MJ/m3的可用热能，将其回收后可用于区域供暖或者低温污泥干化等，满足不同领域的供热需求。以热泵回收工艺为例，其原理是借助少量的电力，从污水中提取热能，实现污水低位热能转换，为建筑物提供温暖。污水中热能被提取后，需要进一步提高温度以满足供热需求，可发挥热泵的作用，接收源于热交换器的中度加热流体，借助电力提高温度，以管网输送到居民区，为用户提供热量支持。

2.2.2 化学能回收

污水中热能主要存储在有机化学品中，在生化期间，有机物化学能发生改变，以生物质能的形式存在，可采用中温厌氧消化工艺进行处理。其原理是在35 ℃左右时，厌氧微生物得以快速生长，将有机物转化为甲烷、二氧化碳等可被收集和利用的气体。其中，甲烷作为燃料，经过回收改良后可作为天然气的替代品，用于发电或供热，达到良好的节能效果。部分污水处理厂规模较大，处理量超过22 000 m3/d，应优先选用厌氧消化装置，提取农业废弃物、高浓度有机废水、剩余污泥等有机废物中的能量，可有效减少化石燃料的应用，节能降本，还可产生生物能源，降低全球升温潜能值，缓解全球气候变化。

2.2.3 水能回收

在污水处理厂设计水力发电时，应综合分析水头压力和出口流量等基本参数，改造尾水排放系统进行技术，在出口处安装水轮机，利用经处理达标后的尾水驱动水轮机发电，从而实现尾水资源再利用、能源回收的目标。在实施过程中，首先，根据污水处理厂的实际情况，合理选择水轮机的类型，找到最佳安装点位，确保尾水动能得到充分利用；其次，优化管道和水流系统，确保尾水能够以适当的流速和方向，驱动水轮机高效运行；最后，监测系统能耗和发电量，评价系统的整体能耗，分析改造后的节能效果。以某污水处理厂为例，采用“污水厂+小水电”的运行模式，对原尾水排放管改造处理后，利用达标的尾水发电，真正做到尾水资源的循环利用。污水处理厂平均发电量为1 950（kW·h）/d，占其每日用电量的15%左右，节能改造效果较为理想。该案例可为污水处理绿色发展提供借鉴[3]。

2.3 碳源投加技术的应用

2.3.1 碳源投入量对处理效果的影响

碳源投加技术原理是采用外部有机碳源促进微生物代谢、细胞生长，达到污染物快速高效降解的效果。其中，碳源投入量对污水处理效果具有较大影响。为检验碳源量投入过多或投入不足对前置反硝化段的最后出水影响，开展以下投加试验。在原投药模式应用中，控制第一缺氧段的加药量，以720 L/h为初始值，逐渐减少加药量，每日检测2组数据，持续2～3 d后调整一次药量，利用经验公式计算每次的碳源加入量，由多至少，直至低于计算投药量，密切观察出水硝氮的实时变化。根据结果可知，当实际添加量低于计算值时，前置反硝化段的出水指标会明显提升，反之则出水硝氮降低幅度不显著。除碳源加入量之外，前置缺氧出水硝氮还受厌氧出水硝氮的影响，实际加药量应综合分析厌氧段出口硝氮、前置好氧末端硝氮、缺氧段末端硝氮等多个控制值，才可确保碳源投入量适中，取得最佳污水处理效果[4]。

2.3.2 多点投加方案的确定

对于总氮（Total Nitrogen，TN）含量不超过15 mg/L

的情况，单独在前反硝化段加入碳源便可满足污水处理要求。但在总氮含量较高的情况下，受前置和后置缺氧段脱氮、去除能力的影响，单纯投加碳源难以满足预期要求。这便需要采用多点投加方案，使两个反硝化池的碳源效率均处于最高状态。在试验中，可寻找前置的硝氮指标拐点，明确反硝化池中硝氮去除率明显降低的节点，同时是碳源投入率的转折点。后续如果投入量过高，将会影响利用率提升，还会使得好氧段的溶解氧需求不断增加。根据上述研究结果，制定最佳碳源多点投入方案，决定在前置缺氧、好氧段分别安装检测仪表，将1号加药点位设置在第一缺氧段的入口，将该段硝氮指标控制在1.0～1.5 mg/L，并根据水质和检测数值灵活调整；将2号点位设置在第二缺氧段的入口，将1号加药点位的硝氮数据和标准值的偏差为依据，合理投入药量，并预留余量避免进水水质突然改变。该投加方案依照检测仪表的结果灵活控制加药量，使每段反硝化均可高效开展，以确保出水水质达标，节约碳源[5]。

2.3.3 节能效果分析

按照上述优化后的方案创建精确加药系统，利用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制自动流量反馈，评价节能效果。选择具有代表性的污水处理厂，采集2023年5—6月的运行数据，评估该系统投入使用后的成本节约情况，对1年内单池运行成本节约成果进行预算。根据结果可知，在自动投药模式实施后，单池运行成本可节约215.8万元，

由于该处理厂的剩余两座曝气池也可优化改良，按照总进水量计算，每年可节约成本为359.4万元。

3 结论

在城镇化深入推进的背景下，污水处理厂引入节能减排技术符合可持续发展战略要求，对自身绿色长久发展具有重要意义。对此，相关人员必须深刻意识到污水能耗问题的严峻性，并积极选择科学高效的改良技术，优化现有污水处理设备、系统、工艺等。在光伏发电、热泵回收工艺、中温厌氧消化工艺等先进技术的支持下，污水处理厂对能源消耗和运行成本进行双向管理，确保出水水质符合相关要求，并依靠清洁能源替代传统能源，提高能源利用率，减少有害气体排放，真正达到降本增效的目标，取得理想的经济和环保效益。

参考文献

1 贾体沛，王 灿，张 亮，等.城镇污水处理厂生物除臭技术的关键影响因素及案例分析[J].环境工程学报，2022（4）：16.

2 郑家乐，蔡 磊，崔柳华，等.典型炼化企业污水处理厂VOCs治理技术改造及分析[J].现代化工，2022（8）：55-58.

3 曾小龙.市政污水处理厂碳源投加技术节能优化分析[J].皮革制作与环保科技，2023（21）：101-103.

4 刘春虎.污水处理厂污泥干化技术分析及节能降耗应用[J].中国设备工程，2022（12）：50.

5 普庆彦.城镇污水处理厂的建设与施工技术分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2023（5）：46-48.