谈城市污水处理厂的节能降耗与实现途径问题
谈城市污水处理厂的节能降耗与实现途径问题
摘要：随着我国污水处理处理厂的大量建设，各地的环境保护及污水处理事业发展成绩显著，污水厂的能耗也越来越引起重视，如何使城市污水处理工艺走上低耗高效的可持续发展之路受到我国水处理技术研究和应用领域广泛地关注。
关键字：污水处理节能降耗 环境保护
Abstract: along with the sewage treatment plant a lot of construction, environmental protection and around the sewage treatment career achievements, the energy consumption of the wastewater treatment plant is paid more and more attention now, how to make urban sewage treatment process to low cost efficient way of the sustainable development in our country by water treatment technology research and application field widely attention.
Key word: sewage treatment saving energy and reducing consumption environment protection
1.引言
近几年，我国各地的环境保护及污水处理事业发展很快，成绩显著，尤其是城市污水处理设施的建设成果令人瞩目。但与世界各国相比,目前我国城市污水处理能力、效率、水平与环境要求差距仍然很大。如何优化污水处理工艺，节能降耗，提高效率，成为当今社会共同的话题。
2.污水处理厂耗能现状分析
长期以来，城市生活污水多采用活性污泥法，它是世界各国应用最广的一种生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好的优点。
由于国家对污水处理厂出水水质要求的不断提高，污水处理的点好相应提高到0.15~0.28(kW.h)/m³污水，平均处理成本已达到0.8元/m³，随之而来的搞运行成本便摆在眼前。污水处理厂能耗成本占污水处理厂运营维护成本的60%~90%，主要集中在污水提升、曝气回流、污泥处理与运输等部分。在不同污水处理厂的运行中，实际能耗还与污水厂规模、污水的水质特征、处理程度、处理工艺、运行模式等因素有关。
随着出水水质要求的不断提高，CO2和污泥的排放量也相应增加，这将与我国当前提倡的减排相斥。曝气供氧是CO2的主要来源部位，曝气供氧与混凝沉淀又是污泥的主要产生部位。
因此污水处理厂的节能减排工作应从上述部位出发，提出实现途径，以满足国家和行业要求。
3. 污水处理厂节能降耗实践途径分析
如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量等可持续的方向发展，要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题，且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提。
3.1 强化预处理降低除碳工艺能耗
预处理投资少，能耗低，管理简单，可去除一定的有机物，可通过强化沉降、分离、絮凝等工序，采用中和法，提高格栅和沉淀池效率，亦可采用水解或AB工艺等方法来强化预处理，从而降低二级处理负荷和能耗成本，达到系统节能的目的。
3.2 除氮工艺的优化
(1) 同时硝化反硝化
同时硝化反硝化是指硝化过程与反硝化过程在同一个反应器中、相同操作条件下同时进行。近年来，在很多实际工艺中发现了同时硝化反硝化过程。
同时硝化反硝化的影响因素主要有：有机碳源、溶解氧、微生物絮体结构等。由于需要实现硝化与反硝化的一体化，所以有机碳源必不可少。进水碳源越充足，同时硝化反硝化就越明显。此外还需要选择适当的污泥负荷，负荷过高，会抑制硝化反应；负荷过低，会大量消耗有机物，使得反硝化的碳源不足。溶解氧也是影响同时硝化反硝化的重要因素之一，一般控制在0.5~1.0mg/L。溶解氧过高，反应器内缺氧区域减小，反硝化受抑制；溶解氧过低，则不利于硝化反硝化的进行。微观上认为微生物絮体内的溶解氧梯度使得同时硝化反硝化发生，所以絮体的大小也是影响因素之一。研究表明，当絮体粒径在50~110微米时可在絮体内形成缺氧区。此外，温度、碱度、pH和污泥龄等也会对同时硝化反硝化产生影响。[3]
(2) 短程硝化反硝化
短程硝化反硝化顺利进行的关键在于HNO2的积累，传统生物脱氮过程中，硝化反应的主要产物是NO3-，一般占95%左右，而NO2-的含量极低。由于亚硝化菌和硝化菌有着密切的互生关系，想要将HN4+完全氧化成NO2-是不可能的。衡量短程硝化反硝化能否顺利进行的标识是NO2-的累积量，以NO2-/( NO3-+ NO2-)的值表示，一般认为累积量至少大于50%。[4]
(3) 厌氧氨氧化
厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化微生物以NH4+为电子供体，以NO2-为电子受体，将NH4+和NO2-转化为N2的过程。
影响厌氧氨氧化的因素主要有温度、溶解氧、pH值、底物浓度等。研究表明，当温度由15℃逐渐升至30℃的过程中，反应速率随温度的升高而提高。温度小于15℃时反应速率较低，温度大于35℃后，反应速率开始下降。另有研究表明，厌氧氨氧化对DO非常敏感，须在严格厌氧的条件下进行。一般认为最适宜的pH指为7.0~9.0。NO2--N浓度的增加会提高厌氧氨氧化的反应速率，过高的亚硝态氮浓度则会抑制反应的进行。[5]
3.3强化污泥处理
污泥的处理影响着整个污水处理厂的工作效果，对于大型污水处理厂，产泥量大，可采用污泥集中厌氧消化；中小型污水处理厂除选用污泥浓缩脱水机处理外，亦可贮存至一定量后进行厌氧消化。
为使厌氧消化能产生更多的CH4，可以考虑将污水中尽可能多的有机碳进入污泥消化环节，这与传统方式将有机碳通过外部供能转化成CO2比较，将会更加节能，同时由于无需曝气，将会大大减少CO2的排放，达到节能减排目的。
[6]
3.4 高效的装置实现节能
3.4.1曝气组件
扩散曝气系统是目前使用最为普遍的充氧方式，曝气设备的充氧能力取决于多个因素，包括：氧曝气头类型，池体形状，扩散器安装深度，水温，环境大气压，曝气器设计以及污水的特征等。氧转移效率(OTE)是衡量曝气系统的重要指标，OTE的改善能有效提高能量利用效率。影响氧转移效率的的因素有水质特征、反应器水深、气泡直径、风量风速、扩散器密度以及曝气头的堵塞情况等。
OTE随着生物反应器中扩散器数量的增加而提高，有些污水厂在设计时根据反应池的尺寸来布置和安装曝气器；还有些污水厂采用将原有的粗孔曝气器更换为微孔曝气器，这样也能大大提高用电效率。
3.4.2水泵
与活性污泥工艺相关的水泵设施主要有初次或中途提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵和内回流泵。按照北美地区的运行经验，一般提升水头减少0.3 m，可以节约能耗成本0.0304美元(m³/d)。
对水泵的运行而言，可以采取如下措施来改善水泵效率：
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