近年來，中國的城市污水處理進(jìn)程加速，水污染治理 和再生水回用已成為各地政府及社會普遍關(guān)注的問題。截 至2010年底，全國城鎮(zhèn)累計建成污水處理廠2 830余座，總 處理能力已達(dá)到1.25億m3 /d，全年累計處理279億m3 /d，年削 減COD約 900萬t，城市污水處理廠已經(jīng)成為削減COD和氮 磷等物質(zhì)的最重要手段之一。

城市污水處理是能源密集的行業(yè)之一。目前，大多 數(shù)污水處理廠普遍采用的活性污泥好氧生物處理工藝，已 實現(xiàn)了污染物的消減, 但也是一個能源的消耗過程。在常 規(guī)的城市污水處理廠運行成本中，電費占30%～50%，其 中污水生物處理系統(tǒng)中的電耗占污水處理廠全廠電耗的 40%～50%。

高科技為污水處理廠提高能量效率及應(yīng)用新的節(jié)能措 施提供了新的機(jī)會。歐美等國家已從2000年開始，著力研 究城市污水處理廠的高效節(jié)能與智能控制技術(shù)；我國也在 “十一五”期間加大了對城市污水處理廠直接能耗控制技 術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。

污水處理廠的能耗是指污水處理運行工藝中外界供給 的電能、煤等的消耗如用于污水提升、預(yù)處理、二級生物 處理、污水消毒、污泥處理處置等所消耗的能量。在污水 處理過程中，污水提升、二級處理（曝氣、回流）、污泥 處理處置等的能耗約占全部能耗的90%以上。

污水處理廠的節(jié)能技術(shù)和措施可以從合理優(yōu)化單元構(gòu)筑 物的運行、實現(xiàn)工藝過程中各環(huán)節(jié)的設(shè)備配置以及對工藝過 程實現(xiàn)優(yōu)化控制幾方面著手，充分挖掘污水處理廠全過程 各個環(huán)節(jié)的節(jié)能潛力，以下僅列舉一些我們在大型污水處 理廠探索性應(yīng)用后具有明顯效果的節(jié)能調(diào)控策略和措施。

1  進(jìn)水泵房優(yōu)化運行

與國外城市污水處理廠相比，我國在污水處理工藝選 擇、工程設(shè)計和設(shè)備選型等方面并不落后，但在單元構(gòu)筑 物的運行管理和優(yōu)化調(diào)控方面尚有較多優(yōu)化空間。

進(jìn)水泵房是污水處理廠污水提升所必需的重要構(gòu)筑 物，污水處理廠的來水量通常存在季節(jié)性變化，由于用水 波動，一天24h中也有水量的峰值和谷值出現(xiàn)，制定不同 季節(jié)、每日不同時間的水泵開停運行組合方案和調(diào)整措 施，可以直接節(jié)省水泵的耗電。實現(xiàn)水泵節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì) 運行還可以通過兩個具體途徑進(jìn)行。一個是盡量提高泵前 池水位，降低水泵揚程，增加水泵在高效率區(qū)內(nèi)的運行時 間，這樣既提高了水泵效率又減少了電耗；另一個途徑就 是充分利用輸水管網(wǎng)的調(diào)蓄能力，也可以減少水泵的開啟 時間。通過水泵的編組運行、液位監(jiān)測實現(xiàn)低水位差運行 等措施，整個泵房的電能可以減少10%～15%。

2  曝氣池的工藝優(yōu)化控制

曝氣池是活性污泥處理系統(tǒng)中的核心構(gòu)筑物，它的主 要功能是去除污水中COD、氨氮、總氮等主要污染物, 也 是污水處理廠工藝環(huán)節(jié)中最大的耗能單元。由于進(jìn)入曝氣 池的污染物通常每天呈現(xiàn)規(guī)律性變化，而曝氣池一般都是 通過穩(wěn)態(tài)設(shè)計方法確定的構(gòu)筑物尺寸和運行參數(shù)，設(shè)計中 使用較大的安全系數(shù)來克服進(jìn)水的動態(tài)變化，這不僅增加 了處理系統(tǒng)的建造成本，也使得處理工藝絕大部分時間內(nèi) 運行在非滿負(fù)荷條件下，導(dǎo)致系統(tǒng)的運行能耗的升高。在 運行過程中，可以通過實時的監(jiān)測水質(zhì)對其工藝參數(shù)進(jìn)行 動態(tài)調(diào)節(jié)，針對耗能的關(guān)鍵因素進(jìn)行詳細(xì)分析后提出工藝調(diào)整方案，對于曝氣池的節(jié)能具有非常大的意義。

僅以采用A2 /O工藝的污水處理廠為例，在某污水處 理廠運行中發(fā)現(xiàn)，曝氣池沿程觀測時，經(jīng)常有曝氣段過 長、過度曝氣的現(xiàn)象，原因是進(jìn)水中氨氮等污染物濃度 經(jīng)常發(fā)生規(guī)律性變化,針對這個問題提出了節(jié)能方案： 在進(jìn)水氨氮濃度處于低谷時,  縮短曝氣段長度維持曝氣 池DO在較低水平（2～3mg/L）,將其余曝氣段變成缺氧 區(qū)；當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度提高后, 恢復(fù)曝氣段的長度。采用這 一工藝調(diào)整策略，既不影響COD的去除和硝化效果，又 可以提高約14%的TN去除率，而且可以節(jié)約17%左右的 曝氣能耗。

降低內(nèi)回流比也是曝氣池工藝優(yōu)化的一種節(jié)能手段, 當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度處于低谷, 缺氧段出水中含有較高濃度的 NO3—N時, 可將好氧段前段不曝氣調(diào)整為缺氧池，并嚴(yán) 格控制曝氣池DO在2～3mg/L，將內(nèi)回流比由300%調(diào)整為 200%，即可保證出水達(dá)標(biāo),又可節(jié)約內(nèi)回流的能耗。

3  精確控制曝氣池溶解氧水平

溶解氧是現(xiàn)有污水處理廠曝氣過程控制的首要監(jiān)測因 素，在曝氣池的生物處理過程中，一般安裝2～3處監(jiān)測儀實 時監(jiān)測溶解氧，通過設(shè)定各點溶解氧值來控制鼓風(fēng)機(jī)的曝 氣量，實現(xiàn)生化反應(yīng)生物生長所需的氧環(huán)境。這種方法是最 基本的曝氣量控制模式，但是由于水質(zhì)波動，曝氣池內(nèi)各點 對溶解氧的需求不斷變化，鼓風(fēng)機(jī)的送氣量不斷調(diào)整，造 成池內(nèi)溶解氧的較大波動，同時也增大了鼓風(fēng)機(jī)的能耗。 精確曝氣是一個集成的控制系統(tǒng)（見圖1），實現(xiàn)污 水處理控制由單變量調(diào)節(jié)向多參數(shù)綜合優(yōu)化控制的轉(zhuǎn)變， 對于污水處理效果影響顯著的進(jìn)水氨氮濃度、溶解氧、曝 氣量、污泥內(nèi)外回流比等參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，分析單一參 數(shù)變化對生化反應(yīng)過程的影響，通過優(yōu)化算法實現(xiàn)多種控 制參數(shù)和運行能耗的優(yōu)化選擇。系統(tǒng)通過動態(tài)控制曝氣量 可以為生物處理過程提供精確曝氣，即使受到進(jìn)水負(fù)荷變動的沖擊，仍能使工藝處于平穩(wěn)狀態(tài)，實現(xiàn)工藝精細(xì)化控 制，同時降低曝氣能耗。

鼓風(fēng)機(jī)是污水廠的核心工藝設(shè)備，是曝氣系統(tǒng)的源 頭，鼓風(fēng)機(jī)流量應(yīng)該能連續(xù)調(diào)整以精確滿足工藝需要。采 用可以進(jìn)行雙導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的單級離心式鼓風(fēng)機(jī)在大型污水處 理廠節(jié)電效果更明顯, 精確曝氣系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前進(jìn)水流量、 進(jìn)水負(fù)荷實時計算出所需空氣總量，并且傳遞給鼓風(fēng)機(jī)的 主控制系統(tǒng)，通過空氣總量設(shè)定值對各鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟停、 進(jìn)出風(fēng)導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)操作，滿足生化系統(tǒng)對曝氣量的需求， 避免了進(jìn)水負(fù)荷高峰時的曝氣不足和進(jìn)水負(fù)荷低谷時的曝 氣過量，實現(xiàn)了工藝的精細(xì)化、穩(wěn)定化控制，節(jié)約了曝氣 能耗。另一方面，鼓風(fēng)機(jī)如果調(diào)解不當(dāng)喘振會帶來很大的 設(shè)備損傷，精確曝氣系統(tǒng)同時可以給出當(dāng)前工況下的喘振 壓力保護(hù)值，有利于保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)的運行。

鼓風(fēng)機(jī)的開啟模式也會影響其能耗，通常選用開啟度 能達(dá)到50%的風(fēng)機(jī)。因為如果1臺風(fēng)機(jī)不能滿足對通風(fēng)量的 要求，可以開啟第2臺，然后讓2臺風(fēng)機(jī)在近似最小流量條 件下運行。這樣既可以減少調(diào)節(jié)步驟，又可以滿足工藝需 要，從而使風(fēng)機(jī)功率最小化。在進(jìn)出風(fēng)導(dǎo)葉調(diào)整后鼓風(fēng)機(jī) 主機(jī)電流的下降將直接降低風(fēng)機(jī)的用電量（見圖2）。采 用精確曝氣系統(tǒng)，在大型污水處理廠進(jìn)行節(jié)能實踐，可以 節(jié)省生化反應(yīng)系統(tǒng)能耗10%～17%。

4  結(jié)語

根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化，采用工藝優(yōu) 化，過程精細(xì)控制，設(shè)備設(shè)施優(yōu)化運行等手段和措施能夠 降低污水處理的直接能耗。工程運行實踐表明，采用這些 技術(shù)措施可以降低污水處理成本20%～30%。

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