淺談城市BOT污水處理廠節(jié)能降耗

在BOT污水處理廠項(xiàng)目建設(shè)中，在投資總額、稅收、特許經(jīng)營(yíng)期限、運(yùn)營(yíng)服務(wù)費(fèi)等商務(wù)條件通過(guò)BOT既定協(xié)議的情況下，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用是決定BOT污水處理廠獲得利潤(rùn)的關(guān)鍵影響因素。很明顯，在保證處理能力達(dá)到要求的前提下，必須考慮運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的最優(yōu)化，才能獲取最大利潤(rùn)。目前，采用BOT模式建設(shè)的城市污水處理廠越來(lái)越多，而近幾年以電費(fèi)為主的能耗費(fèi)用不斷上漲，在這種情況下，對(duì)污水處理廠運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理，節(jié)能降耗，降低處理成本是投資商獲取既定效益的重要手段，也是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的客觀要求。本文通過(guò)分析改良A2/o工藝能耗情況，提出選擇低能耗、高效率的工藝和設(shè)備是BOT污水處理廠節(jié)能降耗的主要途徑。

一、 污水處理廠工藝選擇

城市污水處理是高能耗行業(yè)之一，污水處理的節(jié)能降耗將成為行業(yè)急需解決的問(wèn)題。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)，污水處理廠工藝的選擇，除了考慮污水處理的要求處理工藝的先進(jìn)性與適用性外，作為BOT污水處理廠，還應(yīng)考慮工藝流程簡(jiǎn)潔流暢，工程建設(shè)造價(jià)經(jīng)濟(jì)，合理控制。此外，更應(yīng)考慮運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行費(fèi)用低廉，維護(hù)管理方便。

城市污水中的氮磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要污染物。A2/o工藝因其較好的脫磷除氮效果而廣泛應(yīng)用于城市污水處理之中。但由于設(shè)計(jì)運(yùn)行不合理，相當(dāng)一部分A2/o工藝存在著高能耗問(wèn)題，如曝氣量過(guò)大，一方面導(dǎo)致高能耗，另一方面導(dǎo)致缺氧區(qū)或厭氧區(qū)工作失常，工世脫氮除磷能力下降。構(gòu)筑物之間高程設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致提升泵功率過(guò)大，能源浪費(fèi)。因此，BOT污水處理廠采用低能耗的改良型A2/o工藝，對(duì)解決污水處理廠運(yùn)行中所面臨的成本高，能耗高等問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義。改良型A2/o工藝是目前國(guó)內(nèi)較新的污水處理工藝。其工藝流程見(jiàn)下圖。該工藝流程最大的特點(diǎn)是根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和出水要求能按兩點(diǎn)進(jìn)行水改良A2/o工藝、兩點(diǎn)進(jìn)泥改良A2/o工藝、倒置A2/o工藝、常規(guī)A2/o工藝和A/o工藝等多種方式運(yùn)行，同時(shí)對(duì)處理構(gòu)筑物進(jìn)行合理分組，以適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化，這將利于工藝控制和節(jié)能。

城市污水處理雨季的能耗支出通常包括電能、燃料及藥劑等方面，其中電耗占總能耗的60%-90%。電能消耗主要用于污水、污泥的提升、生物處理的供氧和混合攪拌、污泥的處理處置、附屬建筑用電和廠區(qū)照明等方面。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)污水處理廠噸水電耗一般為0.15-0.28kw.h。而某BOT污水廠采用改良A2/o工藝噸水電耗僅為0.14kw.h，節(jié)電效果明顯。經(jīng)計(jì)算，在全廠總電耗中，鼓風(fēng)機(jī)電耗占44%，進(jìn)水泵、回流泵等各種泵的電耗占35%，節(jié)電的主要潛力在污水提升部分和生化處理階段的曝氣部分、污泥回流部分。改良A2/o工藝節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)是

（1）曝氣系統(tǒng)配氣調(diào)節(jié)技術(shù)：生化處理單元分兩組設(shè)計(jì)，每組好氧池分七個(gè)廊道，在設(shè)計(jì)時(shí)曝氣管按生物生長(zhǎng)及生化反應(yīng)各階段需氧量的規(guī)律布置，合理分配供氧量。鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)總管向每個(gè)生化處理單元供氣，不同的處理單元在相同時(shí)刻的需氣量也會(huì)變化。該技術(shù)的實(shí)質(zhì)為：合理調(diào)節(jié)不同閥門之間的開(kāi)度組合，既可以滿足不同生化處理單元的曝氣強(qiáng)度需要，同時(shí)又使得調(diào)節(jié)造成的壓力損失最小，使鼓風(fēng)機(jī)能耗最低。

（2）生化池進(jìn)水比例控制技術(shù)：改良A2/o工藝有多種運(yùn)行方式，根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)，不同季節(jié)情況下，生物脫氮和生物除磷所需碳源的變化，調(diào)節(jié)分配至缺氧段和厭氧段的進(jìn)水比例，以保證反硝化和除磷效果。例如：把常規(guī)脫氮除磷系統(tǒng)的厭氧、缺氧環(huán)境倒置過(guò)來(lái)，同時(shí)取消內(nèi)回流，控制厭氧、缺氧區(qū)合理的進(jìn)水比例，可得到更好的脫氮除磷效果，同時(shí)節(jié)省大量的電能。在一定范圍內(nèi)，厭氧環(huán)境的HRT越長(zhǎng)，厭氧程度越充分，聚磷菌的吸磷動(dòng)力越強(qiáng)。缺氧區(qū)位于厭氧區(qū)之前，硝酸鹽在這里消耗殆盡，厭氧區(qū)ORP較低，有利于形成更強(qiáng)的吸磷動(dòng)力；微生物厭氧釋磷后直接進(jìn)入特殊化效率較高的好氧環(huán)境，其在厭氧條件下形成吸磷動(dòng)力可以得到更充分的利用；缺氧段位于工藝的首端，允許反硝化優(yōu)先獲得碳源，系統(tǒng)有較好的脫氮能力。運(yùn)行結(jié)果表明：TP去除率明顯上升，NH3-N和COD去除率基本持平，TN去除率略有下降。進(jìn)水TN一般在35mg/L左右，達(dá)到20mg/L標(biāo)準(zhǔn)，去除只需43%左右即可，TN去除率約下降3%，完全可以滿足要求。

二、污水處理廠設(shè)備選擇

在污水工藝確定后，設(shè)備配置是污水處理廠能否達(dá)到預(yù)期處理效果的關(guān)鍵。BOT污水處理廠在選擇設(shè)備時(shí)，須同時(shí)考慮設(shè)備價(jià)格、備品備件價(jià)格、運(yùn)行費(fèi)用、穩(wěn)定性能等。選用省電的設(shè)備是一個(gè)毋庸置疑的原則，但是應(yīng)估算節(jié)省的費(fèi)用是否可以賺回為此而增加的投入。具體講，污水處理廠噸水電耗能否達(dá)到較低水平，同設(shè)備選型和使用有密切關(guān)系。應(yīng)主要采取以下措施：

（1）曝氣池是污水處理廠耗能最大的構(gòu)筑物，其節(jié)能的關(guān)鍵在于選擇氧轉(zhuǎn)移率高的曝氣裝置。國(guó)外進(jìn)口硅橡膠管膜式微孔曝氣器長(zhǎng)度750mm，出氣量為8m3/(m.h)，氧利用率23%，輸氧動(dòng)力效率2.5-3.5kg/(kw.h)。該曝氣器與傳統(tǒng)曝氣器相比，具有布?xì)饩鶆颍�氧利用率高、�?dòng)力效率高等優(yōu)點(diǎn)；與其他材質(zhì)微孔曝氣器相比，具有通氣量大、充氣能力大、微孔不堵塞、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。該曝氣器的使用大大降低了能耗。

（2）單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)效率在80%以上，而多級(jí)低速鼓風(fēng)機(jī)效率一般在60-70%。因此，采用單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)可以大大降低能耗，而且可以根據(jù)好氧池中混合液溶解氧濃度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)向葉片角度，從而改變出風(fēng)量的大小，利于節(jié)能。

（3）污水提升泵采用高效潛水泵，效率(80%以上),能耗較低。從水泵的有效功率Ne=rQH可以看出，r、Q一定時(shí)，Ne與H成正比，降低水泵的揚(yáng)程節(jié)能效果顯著。

降低水泵的揚(yáng)程一般采取以下措施

1合理確定水泵的型號(hào)和臺(tái)數(shù)：選用流量與揚(yáng)程盡量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的高效率潛污泵。潛污泵與普通臥式離心泵相比，安裝形式簡(jiǎn)單，沒(méi)有吸水管與閥門等輔助設(shè)備，直接能耗相同時(shí)，間接能耗要低得多；另外，水泵機(jī)組采用同一泵型不同流量大小搭配的水泵，利于節(jié)能。

2采用合理的液位控制：水泵的能耗是與揚(yáng)程成正比的。揚(yáng)程越高，能耗越大。合理地利用城市管網(wǎng)的高水位，可減少不必要的揚(yáng)程，是泵站節(jié)能的有效措施之一。由水泵的軸功率N=Ne/n(n為運(yùn)行效率)可見(jiàn)，水泵處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可以節(jié)省大量電能。

3采用變頻調(diào)速控制：根據(jù)進(jìn)水流量大小，通過(guò)液位計(jì)控制液位高低，采用變頻調(diào)速技術(shù)控制水泵轉(zhuǎn)速，保持恒定水位和揚(yáng)程，已達(dá)到節(jié)電效果。

4曝氣設(shè)備供氧量的自動(dòng)調(diào)節(jié)：利用鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)溶解氧探測(cè)儀自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣電動(dòng)蝶閥，控制鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，能有效地將好氧出水DO控制在2.0mg/L左右。自動(dòng)DO控制是曝氣系統(tǒng)運(yùn)行控制的最佳方式，它可以最大限度地減小與曝氣不足或過(guò)量有關(guān)的運(yùn)行問(wèn)題，最大限度地減少曝氣能量消耗。一般來(lái)說(shuō)，采用自動(dòng)控制曝氣的方式節(jié)能可達(dá)25%以上。

5高效電機(jī)：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，典型污水處理廠運(yùn)行所消耗的電力約占總電耗的90%左右。影響電機(jī)效率主要因素有供電電壓、電機(jī)的尺寸、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行荷載等。一般高效電機(jī)的效率比普通電機(jī)的效率高出8%左右，雖然高效電機(jī)的一次性投資比普通電機(jī)高10%—15%，但在電機(jī)投入運(yùn)行后，該部分投資的回收期很短，一般幾個(gè)月或數(shù)年就可回收增加的成本。因此，在污水處理廠新建設(shè)計(jì)或升級(jí)改造工程中，應(yīng)優(yōu)先選用高效電機(jī)。

三、污泥的處理與處置

污泥處理廠的污泥問(wèn)題是每個(gè)BOT投資商必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)費(fèi)用中，除了電耗，污泥的處置費(fèi)用占了很大的比重。污泥處理節(jié)能降耗的主要途徑為：

（1）污泥出路：污泥處置的最終途徑主張施用于農(nóng)田。污泥中的有機(jī)物分解產(chǎn)生的腐殖質(zhì)可以改良土壤結(jié)構(gòu)，避免板結(jié)，而其中豐富的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素和Ca、Mg、Cu、Fe等微量元素是植物生長(zhǎng)必需的，施用于農(nóng)田能夠增加土壤肥力、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。所以將污泥從污染物轉(zhuǎn)化為一種可利用的資源是一種科學(xué)而且成本低的處置方式，符合經(jīng)濟(jì)循環(huán)發(fā)展的思想。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）污泥處置能力：BOT污水處理廠污泥處置能力一定要有充分的余地，以給運(yùn)行操作提供靈活性，也給水質(zhì)水量超負(fù)荷時(shí)進(jìn)行改造提供可能，更重要的是，足夠的污泥處置能力意味著可以減少PAM的投加，也就節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。

（3）預(yù)處理的重要性：良好的格柵系統(tǒng)，可大大減少污泥量，降低污泥處理費(fèi)用。因此，5-10mm的細(xì)格柵不能完全滿足要求，1-3mm的超細(xì)格柵，往往是較好的選擇。另外，高效率的除砂系統(tǒng)，不但延長(zhǎng)后續(xù)設(shè)備的使用壽命，也能減少污泥的產(chǎn)量。

結(jié)論

對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行能耗分析，發(fā)現(xiàn)污水處理廠巨大的節(jié)能潛力，提高污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益，有利于緩解社會(huì)能源日益緊張的局面。投資商應(yīng)從工藝選擇、設(shè)備選用、污泥處理與處置方法選擇等方面進(jìn)行優(yōu)化控制，節(jié)能降耗。在污水處理廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)中，盡可能選擇低能耗、高效率的工藝和設(shè)備；在污水處理廠運(yùn)行中，要大膽運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污水和污泥資源化利用，那么污水處理才能逐漸向高效低耗方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)其社會(huì)效益。（谷騰水網(wǎng)）

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