城镇污水处理厂的节能降耗和资源综合利用分析

发表时间：2020-07-16T17:23:05.670Z 来源：《建筑实践》2020年39卷第6期 作者： 侯文鑫 张诗怡 蒋海林 徐嘉悦

[导读] 聚焦污水处理厂能源消耗高的原因，探索常规污水处理厂高能耗下的本质，并归纳、总结一定的节能措施，进而对达到节能降耗做出一定的建议。

摘 要：聚焦污水处理厂能源消耗高的原因，探索常规污水处理厂高能耗下的本质，并归纳、总结一定的节能措施，进而对达到节能降耗做出一定的建议。从资源综合利用角度，探求污水处理过程中隐藏、可利用与回收的能源，从环境保护和降低能耗两方面进行探索，以寻求更绿色、环保的污水处理厂运营模式。关键词：污水处理，节能降耗，资源综合利用

引 言：城市生活污水、工业生产废水等对有限水资源产生巨大威胁，而污水处理厂作为水污染防治的关键部分，起着不可磨灭的关键作用。近年来，国家为加强污水处理与防治，颁布了更加详细、具体的法令、文件，在污水处理行业技术渐渐成熟的今日，我们不能忽视，其实污水处理在能源消耗上有着巨大的浪费。如何更好的到达水处理既定效果且降低污水处理时的成本与资源的节约，实现更好践行绿色低碳社会理念的目标，达到节约能源的效果是当今研究的一个重要方向。1 我国城镇污水处理的现状

我国地域辽阔，受季风气候影响，我国的东南地区、西南地区以及东北地区降水量充足，因此我国的水资源相比于其他国家较为丰富，由于我国人口基数大，人均水资源量相对较小，人均水资源未能达到世界平均水平。再加上以农业用水占比高，部分水体受污染严重，废水排放量逐年增加，导致水资源更加紧缺，水环境问题形势严峻，丞待解决[1、2]。

近年来，在政府的帮扶以及一系列政策的扶持下，我国污水处理厂从污水处理厂数量、规模逐渐扩大，从早期的污水处理量不高，到现在的污水处理总量与供水水平基本持平，污水处理行业在国家的指导与支持之下蓬勃发展的状态。国家发改委颁布的“十三五”中提到，到2020年，我国的城市和县城污水集中处理率要分别达到95%和85%[3]。但是与此同时，村镇、河道等地区由于污染分散，污水处理与处置的普及率仍不高，我们仍能看到这个行业在现有的基础上也仍具有提升与进步的空间。因此，为了更好的顺应社会发展需求，更好的发展污水处理行业，应从污水处理厂的设备、工艺与技术、运营管理等方面来并达到能源节约与资源利用的目的[4]。 2 污水处理节能降耗措施

污水处理厂以及污水处理过程中的的高能耗，主要表现在三方面，分别是电能、热能以及药剂。目前对于节能降耗的措施，大多着重于对于城市污水处理厂规划建设的分析，以及分析各环节、各工艺以及处理过程中的管理与运营，在现有基础上做出一定的改进[5]。 2.1 污水处理设备2.1.1电动机

电动机是污水处理运行过程中的核心，选择性能更加优良的电动机达到节能的目的。其节能措施主要有以下几类：①运行管理方面：加强日常保养，加强对电动机的检查或者通过自动化控制提高泵的运行。②电动机配置方面：应与实际的工作状况、水质、处理标准、电网电压等情况相匹配，在匹配的电动机中寻找效率高的电动机，能起到更好的节能效果。③电路以及调节方面：用星型连接代替定子绕组，减小电动机导线的电阻以及横截面积，采用连续调速的运行方式[6、7]。 2.1.2污水提升泵

污水提升系统是污水处理厂中第二大耗电设备，其耗电量约占总耗电量的25%。污水提升泵的能量消耗主要是由于电机的运行效率，设计情况下提升泵的效率与运行时不相符、污水水量不稳定等原因造成的。对于污水提升泵的节能较为复杂，一是要在选择型号时，依据污水量的变化，即最大流量，选择泵特性曲线相对平滑，且能高效运行的泵型，通过设计优化进行组合，使得泵在不同工作状态下仍能保持高效运行的状态。二是要根据污水处理的整体流程，尽量大幅度降低污水处理设备的高程差[8]。 2.1.3鼓风机

我国现有的污水处理厂耗电量值明显高于发达国家，足以见得我国在节能方面空间巨大。而在污水处理过程中，耗能最大的设备即鼓风机，其作用主要是为爆气沉砂池和生化池提供空气。在寻求其节能降耗效果的过程中，主要影响耗能的主要因素有供气量和出口风压。应选择高效率的鼓风设备，多通过变频等技术手段来达到提高鼓风机运行效率的目的。曝气器的布置则应充分考虑污水处理工艺中的微生物反应规律[9]。 2.2污水处理工艺

采用技术先进的低能耗污水处理工艺，是降低能耗的一个重要思路。污水处理工艺以探索经济、环保、节能的新技术作为出发点。随着各国学者的深入研究，出现了以下几类新技术，例如生物两阶段法（A/B法）、反硝化除磷工艺、污水脱氮工艺、厌氧氨氧化学处理工艺好氧颗粒污泥等[10]。除了对污水处理工艺进行改进与提升之外，污水中蕴含着丰富的能量，从理论角度分析，这些能量大部分均可以利用，但在实际工程中，这些能量中能被利用的则少之又少。可以积极开发此类潜在能源，发展污水处理副产品，以此实现更高的经济效益。对于污水中所蕴涵的能量，可在污水处理过程，通过厌氧发酵等方法来促进回收。如今也有多数水厂充分利用沼气进行发电、光伏发电，通过这种方式来到节能目的[11]。 2.3药剂消耗

污水处理全程中，药剂消耗量最大的环节体现在污泥的处理过程。在污泥的消毒过程中，可以采用辐射技术等以代替耗能较高的高温高压处理方式，在污泥的除磷和调节阶段，可采用高分子的混凝剂以达到降低药耗的效果。3 资源的综合利用

正视污水中蕴含的能量，通过一定的技术，使其再次具有利用价值，合理运用、结合，使污水处理可以向资源节约方向稳步发展。3.1污泥的综合利用

污泥作为污水处理的产物，预计到2020年，污泥产量将达6000万吨/年。近年来，国家在污泥处理方面积极应对，提倡向“减量化“、”资源化“和”无害化”方向发展。传统的污泥处理中，主要以卫生填埋、焚烧为主，这种处理方式对大气、土壤、水体均有着严重的二次污染，存在严重威胁，在此背景下，污泥处理的技术研究成为了国内外的研究热点，以实现利用率高、节约资源的目的[12]。

从“减量化”角度出发，国内外的主要研究方向主要遵循降低处理能耗的原则，目前主要的研究技术有微型动物捕食技术、高溶解氧工

艺和防释磷污泥浓缩等。从“资源化”角度，以资源再利用作为目标，通过各种物理、化学、生物处理工艺，不仅可以消除污泥带来的二次污染，而且可从中提取有用的组分，进而变废为宝。目前较集中研究的技术有污泥低温热解技术、污泥电弧等离子体处理技术等。污泥从废弃物甚至是具有一定污染的物质，逐渐转变为不同类型的原材料或成为各类建筑材料，或用于农业种植。由于污泥对于环境具有一定程度的污染，通过无害化处理，可实现污泥与环境的隔离，减少污染。“无害化”的处理主要有蚯蚓污泥技术、生物沥浸技术、电子束辐照技术等[13、14]。

虽然污泥的处理技术多样，但是部分存在其一定的发展弊端，使得应用与推广受到一定的限制，仍需要更多更深入的研究来寻求污泥的资源利用。

3.3新能源的利用与污水处理厂运营管理

我国目前正在寻求更多更加环保、绿色、节能的新能源发电模式，在国家政策的扶持下，太阳能发电、风力发电、地热能发电等模式正逐步建立并完善，污水处理厂具有耗电量高，电量需求大的能源需求痛点。可通过这一类新兴的清洁能源作为能量的供应与补给，从一定程度上减轻水厂的电耗需求。

对于污水处理厂的管理与运营，可与自动化控制相结合，通过仪表检测各类水质指标，观察研究水厂多年的处理水质，通过建立模型，定制污水厂特有的管理与控制方法。在一定环节上，通过更加精准地对污水进行处理，减少不必要的能量、药量消耗，并降低人力管理成本。还需注意设备、仪器的管理与维修，保持其在良好、高效的状态下运行[15]。 4 结语

污水处理厂作为城市运行必不可少的重要环节，具有自身的特点。更好地研究污水处理厂本身的能量消耗，将会使得节能降耗更有目的性。污水处理所运用的设备以及工艺存在其普遍性，从原有的基础上进行改进，或者是进行新技术的研究，从降低本身的能量消耗，或是通过资源再利用弥补部分能量需求，都能在一定程度上减轻污水处理厂的能量消耗。目前，各类节能降耗的设备、工艺与技术不穷，更加需要系统化和规范化的管理、整合与推广，才能使得污水处理厂节能降耗达到更好的效果。

参考文献：

[1]卢嘉锡.城市污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施.节能环保,2018,8:13~14

[2]S. Di Fraia, N. Massarotti, L. Vanoli. A novel energy assessment of urban wastewater treatment plants[J]. Energy Conversion and Management,2018, 163:304-313

[3]陈旭明.城镇污水处理厂节能降耗研究现状及发展趋势.低碳环保与节能减排,2018,6:110~112

[4]姚远,张丹丹,楚英豪.城市污水处理厂中的能耗及能源综合利用.资源开发与市场,2010,26:202~205 [5]李长安,姜萍萍.水处理设备节能工艺及选型研究.节能与环保,2019,7:73~74

[6]张安龙,谢飞,罗清,等.中国城镇污水处理厂节能降耗研究进展[J].环境科学与技术,2018,41(S1):116~119[7]纪婷婷,李咏梅.欧洲污水处理厂节能降耗的策略与实践.中国给水排水,2018, Vol.34 No.18:26~31 [8]孟德良,刘建广.污水处理厂的能耗与能量的回收利用.中国给水排水,2002,Vol.28,No.4:18~20

[9]Yang Yu, Zhihong Zou, Shanshan Wang. Statistical regression modeling for energy consumption in wastewater treatment[J]. Journal ofEnvironmental Sciences, 2018

[10]柯杰,胡惠秩,等.污泥处理新技术研究现状及其发展趋势.环境科学与管理, 2019, Vol. 44 No. 4:92~96

[11]D.Mamais, C. Noutsopoulos, A. Dimopoulou, et al. Wastewater treatment process impact on energy savings and greenhouse gas emissions[J].Water Science and Technology, 2015, 71(2):303-308

[12]Qunli Zhang, Donghan Sun, Mingshuang Wang, et al. Analysis of Typical Energy Saving Technology in the Sewage Treatment Plant[J]. EnergyProcedia, 2017, 142:1230-1237

[13]Toshiki FUKUSHIMA, Isao SOMIYA, Kohei INOUE, et al. Energy Saving Analysis at Sewage Treatment Plants - A Case Study in China -[J].Journal of Water and Environment Technology, 2013, 11(4):275-286

[14]高永贵.探究有效实现污水处理厂的节能减排应用分析.资源节约与环保,2020,2:5 [15]王玫玫.污水处理厂节能降耗的运行策略研究.水利水电,2019:216~220