截至 2017 年底，全國(guó)設(shè)市城市污水處理能力達(dá) 1.57億 m3/d，全國(guó)累計(jì)處理污水量達(dá) 462.6 億 m3。2017 年全國(guó)全社會(huì)用電量為 63077 億 kW·h，污水處理電耗占比約 0.4%。同時(shí)，在污水處理環(huán)節(jié)，相對(duì)于美國(guó)污水廠平均電耗指標(biāo) 0.2kW·h/m3、日本污水廠 0.26kW·h/m3，我國(guó)污水處理廠耗電量均值在 0.3kW·h/m3 左右，大幅度高于發(fā)達(dá)國(guó)家，節(jié)能空間較大。由此可見污水處理廠節(jié)能降耗的重要性與迫切性。

　　1 污水處理廠能源消耗特征

　　污水處理廠能源消耗類型包括電力、熱力、蒸汽、天然氣、柴油、汽油等及耗能工質(zhì)，其中電耗約占污水處理綜合能耗的 60% ～ 90%。用于描述污水處理廠的能效指標(biāo)，除了常用的單位綜合處理能耗、單位綜合處理電耗、單位水處理電耗、單位污泥處理電耗，亦有部分污水處理廠采用了去除單位 BOD5 能耗、去除單位 COD 能耗、每年服務(wù)的單位人口當(dāng)量能耗、每年設(shè)計(jì)的單位人口當(dāng)量能耗等指標(biāo)來描述能源消耗情況。污水處理廠能效指標(biāo)與以下因素有關(guān)：(1)污水處理規(guī)模。在其他因素相同的情況下，在設(shè)計(jì)處理能力范圍內(nèi)，污水處理廠單位綜合處理能耗與處理規(guī)模成反比;(2)進(jìn)出水濃度。進(jìn)水濃度越高，排放標(biāo)準(zhǔn)越高，單位綜合處理能耗越大;(3)處理工藝。通常采用膜處理單元的污水處理廠，膜生物反應(yīng)池 MLSS 濃度高需加大水動(dòng)力和曝氣強(qiáng)度，且泥水分離過程需保持膜驅(qū)動(dòng)壓力，單位綜合處理能耗較大;(4)運(yùn)行負(fù)荷。較低的運(yùn)行負(fù)荷會(huì)增加單位綜合處理能耗。

　　按照廠區(qū)各功能單元?jiǎng)澐�，污水處理廠能源消耗的統(tǒng)計(jì)范圍：(1)生產(chǎn)系統(tǒng)，包括格柵、預(yù)處理系統(tǒng)、生化反應(yīng)系統(tǒng)及回流系統(tǒng)等，需要注意的是，在進(jìn)行污水廠能耗對(duì)標(biāo)分析、橫向比較的時(shí)候，需將生產(chǎn)系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)口徑進(jìn)行統(tǒng)一，部分污水處理廠的生產(chǎn)系統(tǒng)不包括深度處理，或處理后污泥含水率較高，會(huì)顯示出較低的能耗指標(biāo);(2)輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，包括供電系統(tǒng)、機(jī)修車間和庫(kù)房等;(3)附屬生產(chǎn)系統(tǒng)，包括辦公室、食堂、司機(jī)班、車間浴室、休息室、更衣室等;(4)企業(yè)內(nèi)貯存、轉(zhuǎn)換、計(jì)量供應(yīng)(包括外銷)損耗。在整個(gè)污水處理的過程中(不含污泥處理單元)，生化處理單元運(yùn)行能耗占整個(gè)污水處理廠的 55% ～ 60%，能耗占比最大;污水提升系統(tǒng)用電量占比約 25%。污泥脫水、消化和處理，處理車間除臭，亦是設(shè)施較完備的污水處理廠的重要用能環(huán)節(jié)。由于上述設(shè)施在我國(guó)現(xiàn)狀污水處理廠尚未大規(guī)模普及，因此在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的將來，污水處理廠的能源消耗總量和強(qiáng)度將會(huì)有顯著的提升。以下著重分析預(yù)處理、生化處理、污泥處理三個(gè)環(huán)節(jié)的能源消耗特點(diǎn)。

　　1.1 預(yù)處理

　　污水提升與混合的泵機(jī)系統(tǒng)是預(yù)處理單元中的高耗能環(huán)節(jié)。泵的功率、電機(jī)、泵所采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、流量控制方式是泵機(jī)效率的主要影響因素。如果實(shí)際運(yùn)行條件與泵的最佳效率點(diǎn)不能匹配，就是因泵機(jī)內(nèi)部液體產(chǎn)生的湍流、摩擦和回流現(xiàn)象將導(dǎo)致泵機(jī)系統(tǒng)效率降低和水頭損失。預(yù)處理單元的主要耗能設(shè)備包括污水提升泵、沖洗泵等。具體聯(lián)系污水寶或參見http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　1.2 生化處理

　　生化處理中的曝氣是該處理單元的關(guān)鍵性耗能環(huán)節(jié)，約占總能耗的 50%。曝氣系統(tǒng)的能耗收到需氧菌種群、進(jìn)水負(fù)荷、出水水質(zhì)、處理工藝、處理規(guī)模和運(yùn)行年限等因素的影響。生化處理單元主要耗能設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)、污泥回流泵、推進(jìn)器、攪拌器等。華南某污水處理廠的曝氣電耗如表 1 所示。

　　1.3 污泥處理

　　常用的污泥處理工藝包括污泥濃縮、消化、脫水、穩(wěn)定化等環(huán)節(jié)，污泥處理系統(tǒng)能耗與進(jìn)泥量、進(jìn)泥泵選型和運(yùn)行方式、出泥含水率等因素有關(guān)。華南某采用改良 AAO 工藝的污水處理廠，各處理環(huán)節(jié)的主要耗能設(shè)備：(1)預(yù)處理環(huán)節(jié)為污水提升泵、沖洗泵、事故排污泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī);(2)生化處理環(huán)節(jié)為潛水推進(jìn)器、好氧～缺氧回流泵、鼓風(fēng)機(jī);(3)消毒及尾水處理環(huán)節(jié)為尾水提升泵;(4)污泥處理環(huán)節(jié)為污泥干化機(jī)、進(jìn)料泵、壓榨水泵、水洗泵。廣東某采用 AAO 微曝氧化溝工藝處理生活污水和工業(yè)廢水混合污水的污水處理廠，針對(duì)預(yù)處理、生化處理、污泥處理單元的設(shè)備能耗進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，羅茨曝氣風(fēng)機(jī)、污泥提升泵、污泥回流泵、格柵除污機(jī)、帶式壓濾機(jī)、反沖洗泵的運(yùn)行能耗占比分別為 42%、30%、7%、5%、3%、2%。

　　2 污水處理廠節(jié)能策略與措施

　　2.1 對(duì)于預(yù)處理環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

　　預(yù)處理環(huán)節(jié)的能源消耗主要是來自污水的提升泵，其能源消耗占整個(gè)預(yù)處理環(huán)節(jié)的能源消耗的 95%。目前，多數(shù)污水處理廠在水泵選型的時(shí)候選擇的設(shè)備揚(yáng)程較高，導(dǎo)致了能源消耗高。在進(jìn)行水泵揚(yáng)程設(shè)計(jì)時(shí)，要將污水處理系統(tǒng)的總水位差利用水力學(xué)進(jìn)行精確的計(jì)算。另外，還有一些城鎮(zhèn)中的污水處理廠未對(duì)進(jìn)廠水量進(jìn)行調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水，從而導(dǎo)致水泵頻繁啟停，導(dǎo)致泵房的能源消耗非常高。在泵組選型的基礎(chǔ)上，根據(jù)進(jìn)水特點(diǎn)合理調(diào)整水泵運(yùn)行編組，如變頻泵與定速泵相結(jié)合，使其在安全運(yùn)行的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高水位運(yùn)行，亦有利于節(jié)能。此外，定期對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行檢修和維護(hù)，及時(shí)更換軸承和葉輪，通過減小表面粗糙度實(shí)現(xiàn)水泵的持續(xù)高效運(yùn)行。

　　2.2 對(duì)于曝氣系統(tǒng)采取的節(jié)能措施

　　目前，多數(shù)采用活性污泥法的污水廠普遍存在溶解氧濃度波動(dòng)大、曝氣過量等問題，影響污水處理效果的同時(shí)導(dǎo)致能源的低效利用。曝氣系統(tǒng)可從下幾方面來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)：(1)根據(jù)日高峰或者時(shí)高峰需要的溶解氧量合理設(shè)定曝氣系統(tǒng)規(guī)模，曝氣量的有效把控可以使活性污泥在溶解氧不充足的時(shí)段還能正常工作一個(gè)階段，同時(shí)不影響出水水質(zhì);(2)選擇曝氣設(shè)備時(shí)綜合考慮供氧能力和調(diào)節(jié)能力，以提高曝氣系統(tǒng)的實(shí)際曝氣效率;

　　(3)利用變頻調(diào)速系統(tǒng)來進(jìn)行風(fēng)量調(diào)控;(4)設(shè)計(jì)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)要按照氧傳遞規(guī)律來設(shè)計(jì)。

　　北方某污水處理廠結(jié)合水質(zhì)水量特點(diǎn)通過在線檢測(cè)溶解氧濃度，將其控制在既滿足出水水質(zhì)要求時(shí)的最低濃度要求，并保證進(jìn)入二沉池的處理水具有一定溶解氧濃度防止厭氧反應(yīng)的發(fā)生，以合理降低鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，達(dá)到節(jié)約曝氣能耗的效果。此外，目前污水處理廠多采用微孔曝氣，裝置易產(chǎn)生堵塞從而增加電耗和維修保養(yǎng)成本，而射流曝氣器在氧轉(zhuǎn)移效率等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，單位用電量處理 BOD5、COD 的量比微孔曝氣裝置分別高 30%、110%，顯示出更高的能源利用效率。某些污水處理廠采用了數(shù)學(xué)模型、模擬仿真、人工智能等手段來控制生化處理單元的曝氣量，但目前這些手段的應(yīng)用尚未大規(guī)模推廣。

　　2.3 對(duì)于污泥處理環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

　　污泥處理環(huán)節(jié)中污泥脫水是關(guān)鍵的能耗單元，可通過高效絮凝劑的投加提高污泥的沉降性能，達(dá)到降低能源消耗的目的。過熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)厭氧消化產(chǎn)生的沼氣加以利用，可為污水處理廠的其他單元供應(yīng)能源，實(shí)現(xiàn)能源收益。污泥立式高干度脫水、污泥囊式厭氧消化、污泥除砂式預(yù)處理、高效熱解爐、四軸式大容量的漿葉干化等措施都能一定程度上可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，通過這些措施把污泥轉(zhuǎn)換成了燃?xì)�，從而�?shí)現(xiàn)了資源化利用。此外，通過污泥熱水解等預(yù)處理手段在減小污泥體積的同時(shí)，還可以提高污泥中易生物降解物質(zhì)的占比，從而增加沼氣的產(chǎn)量�，F(xiàn)階段，研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)建造了核心的設(shè)備，可以使我國(guó)的市政污泥還有其他的廢棄物達(dá)到充分利用，因此此設(shè)備已經(jīng)被有效推廣，為我國(guó)的能源轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，還有污泥處理能力做出了很大的貢獻(xiàn)。充分利用厭氧消化過程中產(chǎn)生的沼氣，作為污泥處理所需能量來源，亦能實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益。對(duì)于具備一定規(guī)模的污水處理廠，可通過搭建運(yùn)行厭氧消化—熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，來實(shí)現(xiàn)污水處理廠部分能耗的自給。

　　3 對(duì)于污水處理廠進(jìn)行節(jié)能工作的發(fā)展

　　污水管網(wǎng)、污水泵站、污水處理廠共同形成城鎮(zhèn)龐大的污水處理體系，而這個(gè)龐大體系如何達(dá)到污水處理的高效能、安全性、滿負(fù)荷工作，從而達(dá)到各類污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能降耗，運(yùn)營(yíng)成本的降低，是相關(guān)運(yùn)營(yíng)者所面臨的極具實(shí)際意義的課題。在我國(guó)政策的大力要求下，某地區(qū)已經(jīng)研制出污水管網(wǎng)和污水處理廠聯(lián)合工作，從而達(dá)到了高效能，安全性和滿負(fù)荷的要求，這套技術(shù)主要利用了先進(jìn)的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)能源進(jìn)行有效的調(diào)控。此技術(shù)不只利用了信息技術(shù)，還利用了 GPS 和 PCL 技術(shù)，它主要利用的是儀表和攝像功能，可以對(duì)工作環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的把控，從而實(shí)現(xiàn)了人工智能系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)備還能把數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行共享，從而使監(jiān)控的力度和精確度都得到了提高，這一舉措讓污水處理廠的運(yùn)營(yíng)更加便捷和高效。此外，此系統(tǒng)應(yīng)用了人工智能以保障系統(tǒng)的安全運(yùn)作，此系統(tǒng)的開發(fā)填補(bǔ)了我國(guó)污水處理行業(yè)的空白，從而實(shí)現(xiàn)了利用新科技實(shí)現(xiàn)人工智能管控，也達(dá)到了國(guó)家政策要求的節(jié)能降耗要求，使城鎮(zhèn)的污水處理工作能夠快速開展，還節(jié)約了能源。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　北京市于 2014 年印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理能耗消耗限額》(DB T1118-2014)，是全國(guó)首個(gè)關(guān)于污水處理能耗的地方性標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠的一些高能耗環(huán)節(jié)能通過有效的技術(shù)降低能耗，使污水處理的更加經(jīng)濟(jì)和高效。技術(shù)人員還要加大對(duì)污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)的研究，研發(fā)出更好的技術(shù)服務(wù)于污水處理工作，保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)更快更好的向前發(fā)展。(來源：廣東省國(guó)際工程咨詢有限公司)