污水處理能耗與能效分析

1、污水處理能耗與能效分析作者：余偉光 本文主要是對(duì)污水處理廠的能耗狀況進(jìn)行研究，優(yōu)選節(jié)能工況，提出節(jié)能途徑。在對(duì)我國(guó)城市污水處理典型工藝能量利用現(xiàn)狀考察的基礎(chǔ)上，分析了國(guó)內(nèi)常見污水處理工藝的能耗特點(diǎn)以及處理廠常用設(shè)備裝置和工藝工程的能耗水平，并且分析研究了污水處理能耗的構(gòu)成與流向，找出能耗損失的原因以及能耗過程各個(gè)環(huán)節(jié)的影響因素。然后針對(duì)能耗原因，提出了具體可行的節(jié)能途徑。1國(guó)內(nèi)城市污水處理廠的工藝流程城市污水處理廠的典型工藝流程如下圖 1.1所示：原水一細(xì)峪柵一平流沉砂池一平流沉淀池一7池一配水井流沉淀池一處理水捷放回流污泥剩余污泥I污泥濃縮池一污淀般水機(jī)房一污泥脫水機(jī)房一外運(yùn)1.1圖該流程由

2、完整的二級(jí)處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)組成。 ？級(jí)處理是由格柵、沉砂池和沉淀池所 組成， 其作用是去除污水中的固體污染物質(zhì)，從人塊垃圾到顆粒粒徑為數(shù) mm的懸浮物（非溶解 性的和溶解 性的）。污水中的BOD值，通過？級(jí)處理能夠去除20%? 30%.二級(jí)處理系統(tǒng)是成熟污水處理廠的核心，它的作用是去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)乃OQ的 有機(jī)污染物（以B0D或C0D農(nóng)示）。通過二級(jí)處理，污水的 30mg/L, ? 20值可降至？般可達(dá)到排 放水體和灌 溉農(nóng)田的要求。污水通過管網(wǎng)引入污水處理廠，首先經(jīng)過格柵截留污水中人塊的懸浮物和漂浮物后，由潛污泵進(jìn)行？次性提升，輸送至沉砂池去除無機(jī)顆粒，再經(jīng)集配水井分配給初沉

3、池去除部分懸浮物，沉淀的懸浮物由污泥處理區(qū)進(jìn)行處埋。初沉池出水進(jìn)入曝氣池，在經(jīng)過生化處理的污好氧條件下污水中膠體態(tài)和溶解性的有機(jī)物彼池中微生物降解凈化，澄淸水排放，活性污泥由回流污泥泵回流水再由集配水井分配至二沉池進(jìn)行泥水分離，入曝氣池，剩余潔性污泥排至污泥處理區(qū)進(jìn)行處理。在污泥處理區(qū)，？沉池污泥及剰余消化后污泥進(jìn)行脫水后外 30加熱后進(jìn)入消化 池，污泥經(jīng)濃縮、在？ 339進(jìn) 行中溫消化，工。運(yùn).各種類型的生物處理技術(shù)，如活性污泥法、生物膜法以及自然生物處理技術(shù)，只要運(yùn)行正常，都能取得良好的處理效果。污水處理工藝的能耗分析2其中電耗占總能燃料及藥劑等潛在能源，城市污水處理廠消耗的能源主要包括電

4、、 污電能的消耗主要用于提升污水和污泥，生物處理的供氧和推動(dòng)混合、？耗的60%90% o泥的穩(wěn) 定和處理、專用機(jī)械設(shè)備的能耗、附屬建筑、廠區(qū)的照明等方面、用于污水生物，廠區(qū)照明及辦公室用電處理過程的電耗大約占全廠用電的70%,污泥處理電耗占20亂污水廠熱能的消耗主 要用于污泥加熱及廠 區(qū)供熱，？般用于污泥加熱的熱耗占全10% 10%。，消化池加熱占30%,廠 內(nèi)供熱占廠熱耗的60%對(duì)我 國(guó)典型二級(jí)污水處理廠上海市政工程設(shè)計(jì)研究院羊壽生教授曾結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，各單元過程作了能耗（電能）估算，估算結(jié)果以處理單位體積污水的耗電量農(nóng)示kWhfrflm/d -我25000,污水廠規(guī)模按（），對(duì)二級(jí)處理廠該值

5、為0. 266,20廠中，污水提升能耗占總能耗的10%?國(guó)典型的二級(jí)城市污水處埋廠電耗（衣 2.1 ,污泥 處理占總能耗的 50%? 70% 污水生物處理能耗（主要用于曝氣供氧）占總能耗的處此結(jié)果農(nóng)明， 我國(guó)城市污水 處理 70%以上 10%? 25%,三者能耗之和占總直接能耗的廠能耗主要用于污水、污泥的提升，生物處理的供氧，以及污泥處理這幾個(gè)工藝過程，以上。其中污水生物處埋和污泥 處理的單元過程耗能量要占 污水廠直接能耗的 60%我國(guó)典型二級(jí)城市污水處理廠電耗 2. 1 衣）所占比例（單元過程 100%七加彳 耗電量（） 0.06 22.6 進(jìn)水泵 0. 0064 2.4 格柵、 沉砂池、沉

6、淀池、濃縮池0. 02 回流污泥泵 7. 50. 145 54.5 曝氣池供氧設(shè)備0. 028 10.5 污泥處理 0. 0072.6化驗(yàn)、辦公等附屬設(shè)備工程中采取的節(jié)能措施 3合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù) 3. 1 將國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)與現(xiàn)場(chǎng)扌 II： 水水質(zhì)資料對(duì)比 根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析，提出 合 理的污水進(jìn)水設(shè)計(jì)參數(shù)，避免取值過高，使構(gòu)筑物及設(shè)備過人，形成“人工馬拉小車”，造成 能源浪 費(fèi)。采用合理的處理工藝3.2八0工藝是一項(xiàng)成熟工藝，采用合理的處理工藝是污水處理廠節(jié)能的重要 環(huán)節(jié)。城鎮(zhèn)污水中含有較多的在我國(guó)城市污水處理中也有運(yùn)用。在工業(yè)污水處理中運(yùn)用較廣，氮和磷，扌 I#入河流很容

7、易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，采用 ?般的二級(jí)生化處理效果不顯著，而才。? 90%,? 80 賀磷的去除率為 70%工藝?yán)貌煌奈⑸锓N群，使氮的去除率為 60%從各種生物處理能耗衣對(duì) 較高和較低有機(jī) 物濃度的城鎮(zhèn)污水，均得到良好的處理效果。）可以看出，氧化溝法、延時(shí)曝氣 能耗最高，高負(fù)荷生 物濾池能耗最低。從（見衣 3.1 實(shí)際運(yùn)行狀況看，氧化溝法出水水質(zhì)較好 , 運(yùn)行穩(wěn)定：高負(fù)荷生物濾池 岀水水質(zhì)往往達(dá)川 , 0 工藝處理出水水質(zhì)優(yōu)于活性污泥法，在能不 到較高標(biāo)準(zhǔn)：活性污泥法介于其間。 jffO工藝是最為經(jīng)濟(jì)有效的處理工藝。耗上較活性污泥法經(jīng)濟(jì)。因此，） 各種生物處理能耗（表 3 .1 物生荷泥高

8、負(fù)活性污類別氧化溝延時(shí)曝氣階段曝氣純氧曝氣法濾池單位耗電 0. 10. 12 ?0. 26? 0. 030. 180. 150. 85 0. 56雖53. 3 污水提升泵的節(jié)能污水捉升泵的電耗 ?般占全廠電耗的 10%20%, 是污水廠的節(jié)能重點(diǎn)。提升泵的節(jié)能首先應(yīng) 從設(shè)計(jì)入 手，進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì) ; 對(duì)于已投產(chǎn)的污水廠，仍能通過加強(qiáng)管理或更換部分設(shè)備進(jìn)行節(jié)能。 在選用污水提 升泵時(shí)，使流量和揚(yáng)程的匹配盡可能達(dá)到 80%以上的工作效率。根據(jù)進(jìn)水流量，采 用不同流量泵相互 匹配，避免較多的閥門調(diào)控，損失能量?；旌弦夯亓髁髁咳?，動(dòng)力消耗高，為 降低能耗，本工程采用 進(jìn)口的人流雖、低揚(yáng)程的高效螺旋漿式泵

9、，從而減少了設(shè)備臺(tái)數(shù)，使得運(yùn) 行費(fèi)用大大降低。3.4 曝氣系統(tǒng)的節(jié)能鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗？般占全廠電耗的40%八50%，曝氣池是二級(jí)生物處理廠耗能最人的構(gòu)筑物。 最根本 的節(jié)能措施就是減小風(fēng)量，而減小風(fēng)量必須捉高擴(kuò)散裝置效率，降低污泥對(duì)氧的需求。采用微孔曝氣器微孔曝氣器可以減小氣泡尺寸，增人農(nóng)面積，因而轉(zhuǎn)移速度高，節(jié)約風(fēng)量。微孔曝氣器，出氣量為8m3/（ m-h），氧利用率23陰是新？代高效、節(jié)能型曝氣裝置。與傳統(tǒng)的其他類 型曝氣器和比，微孔曝氣器具有布?xì)饩鶆颉?氧利用率高、 動(dòng)力效率高等優(yōu)點(diǎn)， 而且具有通氣量大、 ：“充氣 能力人、 微孔不堵塞、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。微孔曝氣器的使用人人降低了能耗

10、選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，都 要在計(jì)算需氣量基礎(chǔ)上加上 ?個(gè)足夠人的安全系數(shù)，以滿足最人負(fù)荷時(shí)的需要。所以在日常負(fù)荷下?般都要適當(dāng)減小風(fēng)量，負(fù)荷低時(shí)更應(yīng)如此，這不僅是節(jié)能的需耍，也是防止過曝氣、保證 處理效果的要求。 .3. 5 污泥處理系統(tǒng)的節(jié)能污泥厭氧消化池 ?般采用中溫消化 （35C 左右）。但是當(dāng)投配率過低時(shí)，可考慮采用常溫消化以節(jié)省能耗。固體回收率不僅與處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)容積和運(yùn)行費(fèi)用有關(guān)，對(duì)污水廠污水、污泥的處理效果也有很大影響。應(yīng)該對(duì)各污泥處理設(shè)施采収嚴(yán)格的管理措施以捉高固體回收率。3. 6 其余節(jié)能措施對(duì)處理構(gòu)筑物進(jìn)行合理的分組，根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物濃度的高低，不同季節(jié)水量人小的變化，在非滿負(fù)荷的條件下，可用兩組或三組并聯(lián)運(yùn)行，以節(jié)約能源。另外，采用先進(jìn)的微機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)，分散檢測(cè)和控制，集中顯示和管理。各種設(shè)備均可根據(jù)污水水質(zhì)、流量等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)或運(yùn)行時(shí)間，使整個(gè)污水處理系統(tǒng)在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行 , 使運(yùn)行費(fèi) 用最低。4 結(jié)論由于污水處理的耗電大，成本高，尤其近年來電費(fèi)不斷上調(diào)，使污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用不斷增 高， 不少建成的污水處理廠往往因經(jīng)費(fèi)不足而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 使人量的基建投資不能充分發(fā)揮其 環(huán)境效益、 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此在污水廠的建設(shè)過程中應(yīng)選擇合理的處理工藝，盡可能地 使用節(jié)能設(shè)備及 裝置，加強(qiáng)科學(xué)的管理，逐步實(shí)