浅谈城镇污水处理厂的节能降耗
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摘要：随着城市经济的发展，城市污水处理厂的建设规模越来越大，数量也在不断地增加，所以城市污水处理厂的能耗问题也越来越受到重视。从污水处理厂的污水处理量、建设规模、所选工艺及设备等方面对节能技术进行深入探讨，针对优化方案设计、完善处理工艺、优化设备选型、提高水厂的运行管理等方面，提出节能措施，最终实现能耗的降低。
关键词：污水处理；工艺节能；设备节能
中图分类号：S664文献标识码： A
引言
随着时代的发展，能源消耗已成为全球关注的热点问题。为缓解能源危机，我国大力开展节能减排工作，使得各领域的企业和工厂都开始重视能源消耗问题。作为高耗能产业的污水处理，为求发展必须加快开展节能减排工作，以降低污水处理运营成本。
一、我国城市污水处理情况
随着我国城市现代化的建设，使得我国越来越重视城市的环境问题。而城市水环境更是城市生态环境中的重要部分。因而，在“十二五”期间，为改善城市水环境状况，国务院对城市水污染处理厂的建设极为重视。要求各城市必须都建有污水处理厂，加强污水处理工作，提高污水处理的效率。
据最新调查，截止于2013年3月底，我国各城镇所建立的污水处理厂总数为3451座，污水处理能力大约为每日1.45亿立方米。目前已设有污水处理厂的城市高达649个，城市里的污水处理厂有1981座，其污水处理能力为每日1.19亿立方米；已设有污水处理厂的县城有1313个，县城里的污水处理厂共有1470座，其污水处理能力为每日2518万立方米。
根据2013年年末统计，我国城市污水处理厂的污水处理能力比起2012年增长了4.4%，每日污水处理能力为12246万立方米，城市污水处理率比起2012年提高了0.6个百分点，为87.9%。近年来，我国的污水处理厂几乎遍布全国，污水处理能力也逐年增高，但仍存在着许多问题。虽然大多城市污水处理厂都有健全的工艺设施，但是其在运行上过于简单化，只是简单的处理污泥甚至于不处理，便将其随意搁放，以此来节约污水处理厂的运行费用，提高污水处理效率。这种现象的普遍存在，导致我国部分城市出现污泥围城的状况。
污水处理厂的能源消耗率很高，受能源危机导致能源价格增长的影响，污水处理厂的运行费用过高，其利润无法填补成本。
二、制约城市污水处理厂能耗的因素
（一）、污水处理厂建设规模与处理量
据统计分析，城市污水处理厂的平均吨水的能耗与水厂的处理规模成反比，特别是日处理量超过5万t的污水处理厂，其吨水能耗下降较为显著。当设计规模与实际处理量都增大时，在运行中实际处理量往往是低于设计规模的，这样就导致了部分能耗的损失，要想减小这部分能耗的损失，就要尽可能的按照实际处理量进行污水处理厂的规模设计。
（二）、污水处理厂的工艺选择
作为城市高能耗行业之一的城市污水处理行业，其节约能耗已成为城市发展必须解决的问题。采用优化的、合理的、高新的污水处理工艺是污水处理厂必须重视的环节。污水处理厂采用什么样的工艺，除了考虑水质的要求、工艺的先进性与可行性这些因素外，还应考虑所选工艺的合理及简单化，特别要着重考虑运行时的稳定可靠、经济及管理维护方便。污水处理厂生物处理工艺的70%能耗主要在生物处理阶段。不同的生物处理工艺所消耗的能耗差异较大。
1、取消初沉池
沉砂池中含大量原污水微生物和颗粒有机物直接进入生化反应池，使得进水有机物总量增加了，既保证了脱氮除磷对碳源的需要，提高了生化系统对氮、磷的脱除效率。同时节省了基建投资，并使运行成本降低。由于大量已适应原污水环境的兼性菌的直接进入生化池，为微生物提供了良好的栖息场所。从而大大提高了活性污泥的质量，使得颗粒污泥比重和直径均大于常规活性污泥。微生物种类和数量的增加，提高了生化池的处理负荷和适应冲击负荷的能力，使污泥容积指数SVI较低，虽然活性污泥混合液浓度较高，仍保证了二沉池出水水质。在反应池容积一定情况下，提高活性污泥浓度的同时降低了污泥负荷，延长了活性污泥的泥龄，为硝化菌的生长提供了有利条件，促使水中氨氮向硝态氮转化，争取到好氧硝化所需的时间容积。高浓度活性污泥絮体内部存在的缺氧微环境，使反应池内存在着同步硝化反硝化作用，从而又提高了系统的脱氮效率。
2、采用间歇曝气方式
新工艺通过在生化反应池实行间歇曝气，如曝气4h，停曝4h，循序进行。对两组生化反应池系统是交替曝气，如1号池曝气4h，2号池停曝4h，交替进行，从而造成生化反应池内周期性的好氧、缺氧和厌氧环境，在曝气阶段，硝化菌将氨氮氧化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，在停止曝气阶段的前期，池内溶解氧迅速下降并接近于零，此时反应池内处于缺氧状态，微生物利用有机物做为氢供体使硝态氮反硝化并最终还原为N2后排入大气，从而达到脱氮目的，在停止曝气阶段的后期，水中的溶解氧和硝酸盐、亚硝酸盐中的氧均消耗殆尽，生化反应池内处于厌氧状态，此时，聚磷菌利用细胞内的聚磷分解产生能量，从污水中吸收易降解有机物做为碳源贮于体内，同时向污水中释放磷，在后续的曝气条件下，聚磷菌通过氧化体内贮存的碳源，过量地吸收水中的碳酸盐，合成为聚磷贮存于体内，实践证明，在好氧和厌氧交替进行的条件下，聚磷菌的吸收磷量大于释放磷量，因而通过剩余活性污泥的排放可以达到除磷目的。
三、实现污水处理厂节能减排的有效途径
（一）、污水提升过程中的节能
污水提升过程中最为消耗能源的设备便是污水提升泵，其具有很大的节能空间。因而，为减少污水处理厂提升泵房的电能消耗需对其进行节能设计。目前，我国在设计污水厂高程时，数据都偏高，造成提升泵设计扬程也过高，造成电耗量大。根据水泵有效功率的公式Nu=γQH，我们可发现当γ和Q确定时，Nu和H是成正比例的，因而，当水泵扬程降低后，一定能达到节能的效果。在设计污水厂高程时，要防止多次进行污水提升，以免造成能源的浪费；在布置各构筑物和管线时，要注意其紧凑性，避免拐角，缩短输送距离，可将反应池和沉淀池进行合并，以此来避免水头的损失；进行设计时，要注意构筑物的特点以及构筑物间的关系，尽量节约土地资源，杜绝不切实际的设计。
图1净扬程图示
在污水提升过程中，可引进先进的设备，加强管理，以求实现节能的目的。可采用变频调速技术，优化配置泵站设备，保障水泵运行的质量；选择型号相同的水泵机组，以便于进行维修；可对水泵进行合理的更换，适时地启动水泵，将污水处理工作放在晚上进行。
提升泵的节能主要在两方面，一方面是提升泵的选型，另一方面为合理地降低提升泵的扬程。在污水处理厂建设时，往往是根据泵的流量与扬程做水泵工作曲线图的方式来进行提升泵的选择，见图2。
图2流量―扬程曲线
（二）、污泥处理过程中的节能
在污泥处理过程中，减少污泥脱水系统的能源消耗，需要投入适当的高效絮凝剂，严格按照操作章程进行科学的运行。在对设备的选择上，要优选效率高但能耗低的设备，减少设备的磨损率，降低运行费用，从而节约污泥处理系统过程中的能源消耗；充分利用厌氧沼气，通过沼气的燃烧来用于加温、取暖等方面，还可以利用沼气发电来降低电能的消耗。
（三）、污水处理过程中的节能
污水处理过程中的节能主要通过对曝气系统的节能来降低整个污水处理厂的整体能耗量。降低曝气系统的能源消耗需要合理设计曝气系统的规模，在操作过程中要进行合理的控制，从而提高曝气系统的总能效；选择曝气设备时，要充分考虑到曝气设备的供氧能力和调节能力，避免能源的浪费；在进行鼓风机的选择时，要选择变频调速风机，有利于操作的便捷，减少故障，要合理控制风机的风量，以达到节能的效果。
四、结束语
随着污水处理厂的快速发展，其高能耗，运行费用高的问题亟需解决。因而，污水处理厂的运营者必须改进污水处理技术，完善无数处理设备，加强节能减排工作，提高能源利用率，建设资源节约型社会，促进人与自然的和谐发展。
参考文献
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[2]赵全起，赵若尘.污水处理厂设备运行及管理存在的问题及改进措施［J］.工业用水与废水，2007，38（5）