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摘要：截至2014年，泉州城鎮污水廠投運污水處理廠已達4436座，總設計處理能力1.71億噸/日，平均日處理水量1.35億噸。如此體量的高能耗行業，研究節能降耗具有巨大的意義。

關鍵詞：城鎮污水；能耗；藥耗；節能降耗；運營成本

城市污水處理是高能耗行業之一，高能耗一方面造成污水處理廠的運營成本居高不下，另一方面也加重了國家的能源負擔。截至2014年，全國投運的城鎮污水處理設施共4436座，總設計處理能力1.71億噸/日，平均日處理水量1.35億噸[1]。如果按照城鎮污水處理廠處理噸水電單耗0.35kW•h（綜合各類工藝及排放標準估算）計算，則全國每日用于城鎮污水處理該項的電耗就有4725萬kW•h，而且該項指標還將隨著污水處理量和排放標準的提高而逐步增大，因此，研究城鎮污水處理廠的節能降耗，降低在生產中不必要的能耗，不管對于企業還是對于國家來說，都具有巨大的意義。本文結合CAST工藝的城鎮污水處理廠實例，著重陳述了污水處理廠節能改造的思路以及進行節能降耗后的效果。

1城東污水處理廠概況

1.1處理規模及工藝流程

（1）處理規模：近期處理規模為4.5萬噸/天，遠期為9萬噸/天。

（2）工藝流程城東污水廠采用CAST生物處理工藝，污水處理設施主要包括粗格柵、進水泵房、細格柵、旋流沉砂池、CAST生物池、接觸消毒池、尾水泵房、鼓風機房和污泥脫水車間等[2]。

1.2設計進出水水質

2運行情況及存在的主要問題

城東污水廠自運行以來水量維持在平均3.5萬噸/日，出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B，但噸水電耗一直維持在0.35kW•h，高于正常水平。

3探討與實施

污水處理廠的每一個環節都是一個耗能點，只是耗能的多少不同而已，城東污水廠于2016年4月至5月對廠區進行較為全面的節能降耗改造。本文結合城東污水處理廠的實例，將污水廠各環節進行分解、分析并實施節能措施，并通過在各單元安裝電表，記錄2016年1～3月的平均數據作為改造前數據，2016年6～12月的平均數據作為改造后數據，用于評估改造的效果，。

3.1粗格柵及進水泵房

該部分功能為攔截污水中較大懸浮物，確保水泵正常運轉，并將污水提升至后續構筑物。主要耗能的設備有粗格柵及提升泵，粗格柵的初始設計為15min運行一次，每次運行3min.但在實際運行的過程中，依據長期以來進水的情況并不需要如此高頻率地運行粗格柵，不但增加了能耗，還增加了設備的磨損，降低了設備使用的壽命。因此在改造過程中通過系統編程，將粗格柵的開啟時間間隔設置為30min,每次開啟時間設置為2min。提升泵的能耗在整個污水廠的運行能耗中占較大的比重，因此設備的選型非常重要，依據污水廠的實際情況選擇合適揚程、流量、功率的提升泵可以大大降低污水廠的能耗。由于城東污水廠的進水尚未達到滿負荷，水量也是時高時低，而提升泵的選型是按照滿負荷設計采購安裝的。因此在改造的過程中對3臺提升泵其中的1臺進行變頻改造（考慮到成本原因，沒有3臺全部改造），在低水量時間段采用變頻運行，可以大大節省電耗。經改造后該部分的噸水電耗從0.11kW•h降至0.09kW•h。

3.2細格柵及旋流沉砂池

該部分的功能為截除污水中較小漂浮物，并去除污水中粒徑≥0.2mm的砂粒，使無機砂粒與有機物分離開來，便于后續生化處理。主要耗能設備為細格柵和除砂系統，細格柵的初始設計為15min運行一次，每次運行3min。除砂系統運行時間為30min運行一次，每次運行15min。由于在實際的運行過程中，進水所含漂浮物和砂粒并不多，因此在改造過程中通過系統編程，將細格柵的開啟時間間隔設置為30min,將除砂系統的開啟時間間隔設置為6h。

3.3CAST生物池

該部分的功能是利用厭氧區、缺氧區和好氧區的不同功能，實現生物脫氮（硝化與反硝化）和生物除磷的目的，同時去除有機污染物，并進行泥水分離。主要的耗能設備有推流器、回流泵、剩余污泥泵、潷水器等。該部分的節能關鍵點在回流泵及剩余污泥泵，由于回流污泥的目的在于使進水具備一定的污泥濃度，而排放剩余污泥的目的在于將多余的污泥排出系統[3]。因此通過對回流泵安裝變頻器，可以控制回流的量，通過選擇合適的回流泵及剩余污泥泵的開啟時間點，可以增加回流污泥的濃度，間接減少開啟時長，從而達到節省電耗的目的。在改造中城東污水廠為回流泵安裝了變頻器，并將回流時間點設置為進水時間，將剩余污泥排放時間設置為沉淀開始后0.5小時～1小時。經改造后該部分的噸水電耗從0.04kW•h降至0.03kW•h。

3.4接觸消毒池

該部分的功能是將生化處理后的污水進行消毒，使大腸桿菌≤1000個/L，使出水達到出水要求。由于采用次氯酸鈉消毒法，因此該部分除了加藥泵基本沒有耗電設備。但該部分為污水廠藥耗最多的環節，主要消耗的藥劑為消毒劑−−−次氯酸鈉。根據設計，該部分加藥的氯當量為5mg/l,按照有效率含量10%計算，藥劑的投加量為50mg/l。但由于CAST工藝為序批式排放，即該工藝從生物池進入消毒池的污水是分批次、有峰谷值之分的。在實際生產中為了保證出水的達標，投加量必須依據水量峰值來設置，因此在實際生產中的藥劑使用量大大超出設計值。因此，對該部分的藥劑投加系統進行改造是很有必要的。城東污水廠在改造中在消毒車間增設了一套PLC系統，將原有的加藥泵更換為計量泵，將尾水流量計和計量泵信號接入PLC，使得次氯酸鈉投加量可以依據尾水瞬時流量的變化而變化。改造后次氯酸鈉投加量由62mg/l降至40mg/l，降低了32.3%。

3.5尾水泵房

該部分的功能是在高潮位的時段，污水通過重力流無法及時排放時，通過尾水泵將污水及時外排。該部分主要的耗能設備為3臺45kw的尾水泵，節能關鍵點是依據潮位高低，盡量減少水泵的開啟時間。城東污水廠的實際生產情況為在目前水量下，并不需要開啟水泵，僅通過重力流就能實現污水外排。但隨著將來水量的增加，不排除開啟的可能性，屆時可通過設置變頻功能和方便的切換方式在重力流和壓力流之間靈活切換。

3.6鼓風機房

該部分的功能是向CAST生物池輸送空氣，為污水處理提供所需的氧氣。主要的耗能設備為兩臺160kw的羅茨鼓風機，為污水廠最主要的耗能設備。該部分節能的關鍵點是風機的種類、品牌、是否變頻、是否及時清洗進氣過濾器、開啟的臺數以及開啟的時間。城東污水廠原來生產過程中開啟兩臺羅茨鼓風機，頻率均為40HZ。在改造過程中新增1臺磁懸浮鼓風機，設置了風機頻率與出水氨氮數值和進水水量的聯動，改造后只開啟1臺磁懸浮風機，默認頻率設置50HZ，系統將根據出水氨氮值和進水水量自動切換頻率。經改造后該部分的的噸水電耗從0.18kW•h降至0.13kW•h，降幅為27.8%。

3.7污泥脫水車間

該部分的功能是將污水處理過程中產生的污泥進行脫水、降低含水率，便于外運和最終處置。主要的耗能設備有帶式濃縮脫水一體機、配藥系統、污泥螺桿泵、加藥泵、反沖泵等。該部分節能的關鍵點在于壓榨等量污泥的前提下盡量減少設備工作時間，即盡量降低進入污泥均化池的污泥含水率，將大大提高產泥效率，減少工作時間，降低能耗。該部分為污水廠藥耗第二大的環節，消耗藥品為聚丙烯酰胺，減少該部分的損耗除了選擇合適的藥品外，現場操作也非常重要，需要污泥處理工有較強責任心，依據規定的比例配置溶液，依據污泥的流量、濃度和形狀，及時調節加藥量，從而達到降低藥耗的目的。聚丙烯酰胺投加量由3.2kg/噸干泥降至2.4kg/噸干泥。該部分為污水廠水耗第一大的環節，污泥壓榨時濾布需要大量的反沖水清洗濾布，以每天工作16h計算，每天需耗水640噸，城東污水廠早期已將廠內處理后的尾水進行回用，使用后的沖洗水再進入生化系統進行處理。相比自來水，使用尾水進行回用，每年可節約用水23.4萬噸。

4經濟效益分析

經過一系列的節能降耗改造，污水廠的各個環節均不同程度地降低了能耗藥耗。就城東污水處理廠而言，噸水電耗從改造前0.35kW•h降至0.26kW•h，降幅為25.7%；次氯酸鈉投加量由原來62mg/l降至40mg/l，降幅為32.3%；聚丙烯酰胺投加量由3.2kg/噸干泥降至2.4kg/噸干泥，降幅為25%。節省費用：將以上數據換算成經濟效益，各指標設置如下：電費為0.65元/kW•h，日處理水量為3.5萬噸/日，次氯酸鈉單價為750元/噸，聚丙烯酰胺為2.8萬元/噸，每天產泥15噸（含水率80%），則在一年內，電費可節省74.7萬元，次氯酸鈉可節省21.1萬元，聚丙烯酰胺可節省2.5萬元，水費可節省65.5萬元。共計163.8萬元。增加費用：進水泵房變頻改造花費12.7萬元，消毒池加藥系統改造花費15.5萬元,鼓風機房購買磁懸浮鼓風機花費65萬元，其他雜項花費2.2萬元，共計95.4萬元。城東污水廠不用1年的時間收回節能降耗措施的成本，每年最少可節省163.8萬元。若以2014年全國投運污水處理廠的日處理量1.35億噸計算，噸水電耗參照降低0.09kW•h計算，則全國范圍內城鎮污水處理廠每日可節省電量1215萬kW•h。

5結論

（1）實踐證明，采用節能降耗措施，效果顯著，企業可以在短期內收回成本。

（2）節能降耗是項系統工程，應從設計期和運營期著手，全面系統地開展工作。

（3）在全國范圍內的城鎮污水處理廠推行節能降耗改造，能實現經濟效益和社會效益的雙贏。

參考文獻

[1]沈耀良,王寶貞.循環活性污泥系統(CASS)處理城市廢水[J].給水排水,1999,25(11):5-8.

[2]景松根.循環式活性污泥法(CAST)的應用及其發展[J].中國給水排水,1996,12(6):4-10.

[3]景松根.城市生活污水污染現狀及對策[J].中國城市經濟,2002(8):64-64.

作者：高德提 單位：泉州市孚恩環境工程有限公司