污水处理工程中节能问题的探讨

武毅冰 卢凤娟

（1.中持水务股份有限公司河南分公司，河南 郑州 450000；2.河南省科新源节能环保工程设计有限公司，河南 郑州 450000）

0 前言

从污水处理厂的能耗分析、污水处理厂设计和运行实践来看,污水处理厂的节能技术主要表现在:确定合理的处理工艺(包括尽量不用化学药剂来处理污水),高效能的总体设计,选用节能的设备与装置,污水与污泥综合利用。

1 选择高能效的处理工艺

污水处理工艺的选择,除了根据污水水质和水量、排放标准、工程投资等来确定以外,尚需从节能角度合理选择。污水处理的工艺方法中,物理处理能耗较低;其次是厌氧生物处理法,处理费用约为前者的5～10倍;好氧生物处理法能耗较高,处理费用约为厌氧生物处理的5～8倍;而物理化学处理法则能耗最高,尤其是对于难处理的工业废水,选用价格高的絮凝剂、吸附剂时。

1.1 充分利用厌氧生物处理技术

采用物理处理法能耗最低,但一般只能作为预处理或一级处理,用以去除漂浮物,可沉淀或上浮的悬浮物,对于绝大多数污水处理厂不可能经物理处理达标排放。厌氧生物处理具有能耗低,外加营养少,产泥量少,污泥稳定化程度高等优点,并且可以把有机物转化为甲烷,作为一种清洁燃料。污水处理厂应当充分发挥厌氧生物处理的作用,对于可生物处理的工业废水,只要有机污染物的组成和浓度合适,宜采用厌氧生物处理,可以避免采用好氧生物处理带来的高能耗。对于工业或生活小区废水处理,亦可以采用厌氧水解技术,以便大大降低后续(好氧生物)处理的负荷。

1.2 合理利用好氧生物处理技术

对于众多的好氧生物处理技术,工艺的选用及其节能效果,往往取决于污水处理厂的规模、处理出水标准等。例如,当出水要求脱氮、除磷时,中小型污水处理厂宜采用氧化沟工艺,而大型污水处理厂却适合采用传统活性污泥法。一般而言,好氧生物处理工艺中,延时曝气活性污泥法能耗高于传统活性污泥法,后者与生物接触氧化的能耗接近,它们的能耗均高于生物转盘或纯氧曝气,能耗最低的当属生物滤池。生物膜法是兼性生物处理过程,有机污染物的部分降解是在厌氧条件下完成的,降低了生物代谢所需要的氧量,即能源。然而,由于生物膜对进水水质和负荷的限制,设计中对传氧能力与效率、工艺性能还不能准确定量表示,其应用受到限制。氧化沟技术、AB法、AO法或A2O法及SBR工艺技术,与传统活性污泥法一样,都是好氧活性污泥法,污水中有机物的去除总的来说依靠微生物的好氧代谢来完成,因此与厌氧法相比,具有能耗较大、费用较高的缺点,这就促使人们去研究其他高效节能的污水处理技术。

2 优化处理系统总体设计

污水处理厂的处理工艺复杂,尤其是对难处理的工业废水,厂内建筑物多、构筑物多、管线多,做好总体设计不仅能减少占地、节省投资、方便生产、美化环境,而且能降低污水处理的能耗。处理系统总体设计时可考虑以下因素:在条件许可时,污水应一次提升,利用重力自流经过处理构筑物,以避免多次重复提升,节省能耗。合理设计构筑物的进水、出水形式和管道之间的连接形式,减少污水处理流程的水头损失。构筑物和管线的布置应力求紧凑、简洁,避免不必要的拐弯和长距离输送。这样往往可以有效地降低污水处理厂提升扬程,大大降低直接能耗。充分考虑构筑物的特征和构筑物之间的相互关系,合理集中布置某些构筑物,如污泥浓缩池与调节池或初沉池集中。条件许可时,将某些处理单元合建,如中和反应池与沉淀池,反应池与气浮池或滤池,调节池与浓缩池,格栅与沉砂池,多功能配水井与泵房等,以降低土建工程量。减少间接能耗的同时,亦能减少水力输送环节,降低直接能耗。

3 选用高能效的设备与装置

3.1 污水提升泵

选用流量与扬程尽量达到设计要求的污水提升泵,尽量减少水泵台数,选用高效率的污水泵。例如,液下泵、潜污泵与普通卧式离心泵相比,安装形式简单,没有吸水管与启动辅助设备,直接能耗相同时,间接能耗要低得多;WG/WGF型污水泵在同一工况下比PW型污水泵效率高,另外,水泵机组尽量采用同一泵型,以便维修管理,不同流量大小搭配的水泵,型号尽量一致。对污水提升流量调节时,要避免阀门调节来节省能耗,可采用调速泵或多台定速泵组合调节的形式。当采用水泵调速时,应该选用大机组和台数少的调速水泵。

3.2 曝气系统

曝气过程是活性污泥法的中心环节,也是污水处理过程中能耗最大的工序。仅从降低能耗的角度考虑,表面曝气的性能要优于穿孔管曝气,微孔扩散器效率高于中气泡、大气泡扩散器,亦优于表面曝气机。但是表面曝气机械不需要修建鼓风机房,不需设置大量布气管道和曝气器,因此与微孔扩散器相比,表面曝气虽然直接能耗和间接能耗低,但氧的利用率低,在设计中,应综合考虑采用。大中气泡曝气器氧的转移率较低,微孔曝气器氧的转移效率较高,故目前采用微孔曝气器较多。另一个节能的重要措施是对曝气池供氧系统采用自动调节,根据曝气池中的溶解氧浓度由现场PCL自动调节供气量可节省气量10%。鼓风机选用时,小气量、高风压的污水处理厂选用罗茨鼓风机,大风量低风压的污水处理厂选用离心式鼓风机。设计和运转时宜采用变频调速技术,根据曝气池溶解氧情况调节供风量,以节能降耗。

3.3 污泥脱水设备

污泥经过脱水处理,其体积为原体积的1/10～1/5,有利于运输和后续处理。目前普遍采用的脱水机械为板框压滤机、带式压滤机和离心机,也有采用干化床对污泥进行自然干化。板框压滤机较带式压滤机不易发生堵塞,但是带式压滤机能耗相对较少。现在随着技术的进步,又开发了两种脱水机械:带式浓缩脱水一体机和卧螺沉降离心脱水机。带式浓缩脱水一体机可直接进行浓缩和脱水,省掉污泥浓缩池及搅拌设备,节约占地面积,同时水耗量小,能耗低;卧螺沉降离心脱水机同样占地少,同时采用封闭式系统,作业环境好,设备磨损率低,运行费用低。虽然这两种机械总的成本较低,但是与前面的板框式和带式压滤机比,前期投资适合污泥量大的污水处理厂。

4 污水处理系统资源利用

经处理后的污水是一种资源,同时污水处理中的副产品(主要是沼气和污泥)也有一定利用价值,对这些资源加以利用,也是污水处理厂节能降耗的有效途径。

4.1 污水的回用

处理后的污水一般可用于农田灌溉,经深度处理后,可作为市政或生活杂用水,亦可作为工业生产中循环冷却水。现在,很多国家已经提倡采用此种方法来解决水危机,而且污水回用的成本在一定程度上小于给水和引水工程,但是它的大规模采用不在技术上,而是必须解决一个社会系统工程的问题。

4.2 厌氧沼气的利用

污水的厌氧处理和污泥的厌氧消化可产生甲烷沼气,该沼气送至锅炉燃烧产生蒸汽,可用于厌氧系统加热和取暖,沼气用于发电可回收大量电能。

4.3 污泥的综合利用

污水处理厂的污泥,尤其是生物污泥如果不含超标的重金属和其它有害物质,就应该将污泥加以综合利用。因为污泥中含有丰富的有机质和N、P、K等各种元素成分,所以是一种优质的有机肥料,非常适合于花卉、苗圃及城市绿化。另外,有人开始利用污泥来煅烧制作砖与纤维板材这两种建筑材料。污泥还可用于铺路,甚至用于低温炼油,制作燃料。

5 结束语

污水处理厂运行成本过高的主要原因是设计不当造成运行中能耗较高。污水处理厂设计中应该采取的几个节能措施为:确定合理的处理工艺;在设计中优化处理系统总体设计;选用高能效的设备;处理系统资源化利用。在设计工作中多方面考虑,优化污水处理效果和效率。

[1]高旭.城市污水处理能耗能效进展[J].重庆大学学报,2009.

[2]李春光.污水处理厂设计和运行中的节能考虑[J].水工业市场,2010.