十一五規(guī)劃提出了節(jié)能降耗的目標，并把節(jié)能降耗提升到戰(zhàn)略的高度，各行各業(yè)積極響應(yīng)國家號召競相開展節(jié)能降耗工作，城市污水處理行業(yè)也是高能耗行業(yè)之一，并且節(jié)能降耗問題已經(jīng)成為制約城市污水處理行業(yè)發(fā)展的瓶頸。高能耗不僅導致污水處理成本升高，而且也在一定程度上也加劇了我國當前的能源危機。因此竭盡全力降低城市污水處理廠的能耗需求，尋求污水處理廠能量優(yōu)化對策已成為當務(wù)之急。本文通過對安達污水處理廠采用的污水處理工藝即A2/O工藝、混凝-沉淀再生水處理工藝各個構(gòu)筑物的能耗分析，以及對為污水處理廠提供的設(shè)備節(jié)能優(yōu)勢分析，總結(jié)新型污水處理設(shè)備對污水處理廠節(jié)能降耗的貢獻力。

　　2.安達污水處理廠工程簡介

　　安達市地處中緯度北溫帶亞歐大陸季風氣候區(qū)，屬于北溫帶大陸性半干旱季風氣候，主要特征：冬季寒冷、干燥，時間長達200天以上;夏季炎熱，時間短，約120天，年降雨量少，蒸發(fā)量大，氣候干旱。

　　安達市年平均氣溫為3.2℃。年際間氣溫差異不大。年平均最低氣溫-19.9℃，年平均最高氣溫22.8℃。

　　安達受季風影響，平均雨量各季節(jié)不均。年平均降雨量為419.7毫米，年最大降水量為680.5毫米，最小為248.2毫米，年內(nèi)各月降水量分配不均，降水量集中在6~9月，降水量區(qū)域分布不均，東北地區(qū)降水較多，在430毫米以上;西南地區(qū)偏少，低于400毫米。

　　安達污水處理廠設(shè)計規(guī)模近期(2010年)：旱季4.5萬m3/d，雨季8.8萬m3/d遠期(2020年)：旱季8萬m3/d，雨季13.1萬m3/d。

　　進水水質(zhì)：CODcr 350mg/l; BOD5 180mg/l;SS 250mg/l;TN 50mg/l;NH3-N 35mg/l;TP 5mg/l。

　　出水水質(zhì)：出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級B標準。CODcr≤60mg/l;BOD5≤20mg/l;SS≤20mg/l;TN≤20mg/l;NH3-N≤8mg/l;TP≤1mg/l;糞大腸菌群數(shù) ≤ 104個/l。

　　再生水處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模1萬m3/d。

　　再生水處理系統(tǒng)進水水質(zhì)同污水處理系統(tǒng)設(shè)計出水水質(zhì)。

　　出水水質(zhì)：CODcr≤60mg/l;BOD5≤10mg/l;SS≤10 mg/l;TN≤20mg/l;NH3-N ≤8mg/l;TP≤1mg/l;糞大腸菌群數(shù)≤2000個/l。

　　選用合理的污水處理工藝和污水處理設(shè)備是污水處理廠節(jié)能降耗的重要環(huán)節(jié)，污水處理工藝的選擇，不僅要考慮污水處理出水水質(zhì)的要求、處理工藝的合理性與適用性還應(yīng)考慮工藝流程的簡潔順暢，易于控制。針對安達市冬季時常較長，氣溫較低;夏季時常較短，氣溫較高等自然特征，選取改良型A2/O污水處理工藝作為污水處理廠的生物處理主體工藝。針對安達市年降雨量較少且雨量季節(jié)性和地域性分布不均的特征，將部分經(jīng)過二級處理后的出水再進行混凝-沉淀-過濾深度處理生成再生水，用以緩解安達市的用水壓力。安達污水處理廠在設(shè)備選用方面也比較慎重，在能保證處理質(zhì)量和能力的前提下盡量選用能耗較低的環(huán)保設(shè)備。南京藍深制泵集團積極響應(yīng)國家低碳、節(jié)能、環(huán)保的號召，不斷改進產(chǎn)品，由其提供的水泵，格柵，刮吸泥機等環(huán)保設(shè)備具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。

　　圖1 安達污水處理廠污水處理工藝流程圖

    圖2 安達污水處理廠再生水處理工藝流程圖

　　3.A2/O處理工藝的主要構(gòu)筑物及設(shè)備節(jié)能分析

　　(1)粗格柵間及進水泵房

　　污水處理廠處理的污水種類多、污水量大，需要用提升泵房將各處的污水提升到污水處理廠集中處理，不僅要保障所有污水都提升到污水處理廠，還要能夠適應(yīng)污水量的變化要求，一般其流量很大，輸程也較遠，再者污水管道一般都埋設(shè)較深，泵房需要有很高的揚程，其電耗一般占全廠電耗的15%~25%，是污水處理廠節(jié)能重點。

　　提升泵房的節(jié)能應(yīng)首先從設(shè)計入手，正確選泵，使提升泵工況點在高效段內(nèi)運行;可通過利用先進變頻器調(diào)節(jié)污水流量，降低電能消耗;合理布置污水處理流程，減少管道長度及局部阻力，降低污水提升泵揚程，此外調(diào)節(jié)泵的運行方式，降低水泵軸功率，加強對水泵的管理和維護也是有效的辦法，且節(jié)能效果明顯。

　　格柵是用來去除那些可能堵塞水泵機組及管道閥門的較大的懸浮物，保證后續(xù)處理設(shè)施正常運行。格柵選型時應(yīng)考慮整個污水處理系統(tǒng)能正常運行，后續(xù)污水處理設(shè)施或管道均不會堵塞。選擇合適的柵隙對格柵選型至關(guān)重要，柵隙過大，截留率降低，截留效果較差。柵隙過小，污水經(jīng)過格柵時，由于柵條的阻擋會引起水頭損失增大，需要有水泵提升污水以增大污水的勢能，另外柵渣破碎機的粉碎處理也是耗能過程，可盡可能將污水處理設(shè)備安裝在地勢較低的地方，以減小提升泵的功率[2]。安達市污水處理廠選擇回轉(zhuǎn)式機械粗格柵和旋轉(zhuǎn)式固液分離機配合使用，回轉(zhuǎn)式機械粗格柵的柵隙為20mm，旋轉(zhuǎn)式固液分離機柵隙為10mm，和以前的攔污設(shè)備相比，回轉(zhuǎn)型格柵除污機具有能耗較低，除污連續(xù)，排渣干凈，分離效率高的優(yōu)點;旋轉(zhuǎn)式固液分離機轉(zhuǎn)速低，功率小，低噪音等優(yōu)點。采用這兩種粗細格柵攔污，不僅起到很好的攔污效果，在一定程度也降低能耗。

　　排出的柵渣經(jīng)皮帶輸送機和無軸螺旋輸送機輸送至集渣斗。

　　(2)沉砂池

　　沉砂池的功能是去除比重較大的無機顆粒。沉砂池一般設(shè)于泵房前、倒虹管前，以便減輕無機顆粒對水泵、管道的磨損;也可設(shè)于初沉池前，以減輕沉淀池負荷及改善污泥處理構(gòu)筑物的處理條件。沉砂池可分為平流式、豎流式、曝氣沉砂式、旋流式沉砂池。安達市污水處理廠選用的是旋流沉砂池，旋流沉砂池是利用水力旋流，使泥砂和有機物分開，加速砂粒的沉淀，以達到除砂的目的，這種池型基建和運行費用低，除砂效果好[3]。沉砂池的能耗主要是砂水分離器和吸砂機。安達市污水處理廠沉砂池采用旋流沉砂池除砂機，將沉降在池底的砂等較大的顆粒和污水混合液提升至砂水分離器分離。這種除砂機功率小，噪音低，分離效果好。

　　(3)初沉池

　　初沉池是二級污水處理廠設(shè)在生物處理構(gòu)筑物前面的預處理構(gòu)筑物。處理對象是懸浮物SS和部分BOD5，以減輕后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機負荷，保證生物處理構(gòu)筑物的功能正常發(fā)揮。初沉池包括平流沉淀池、輻流式沉淀池和豎流式沉淀池。初沉池主要能耗設(shè)備是排泥裝置，比如鏈帶式刮泥機、刮泥撇渣機、吸泥泵等，安達市污水處理廠的初沉池采用中心傳動刮泥機，這種刮泥機采用中心傳動，平臺固定支墩式。比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，重量減輕，運行費用節(jié)省，維護管理方便。采用靜水壓力排泥，降低能耗。

　　(4)改良型A2/O工藝

　　安達污水處理廠采用低能耗的改良型A2/O工藝，是對傳統(tǒng)A2/O法工藝的改進，其構(gòu)造是在A2/O工藝的基礎(chǔ)上把厭氧區(qū)和缺氧區(qū)倒置，缺氧區(qū)移至厭氧區(qū)之前。該工藝是脫氮除磷工藝，在缺氧、厭氧、好氧交替運行的條件下，可抑制絲狀菌的繁殖，克服污泥膨脹。有利于泥水分離。同時這種工藝也克服了傳統(tǒng)A2/O工藝的缺點，如傳統(tǒng)A2/O工藝的回流活性污泥(外回流)直接回流進入?yún)捬醭?，其中夾帶的大量的硝酸鹽回流至厭氧池，破壞了厭氧池的厭氧狀態(tài)，從而影響系統(tǒng)的除磷效果，改良的A2/O工藝回流活性污泥(內(nèi)回流)直接回流至缺氧池，這樣就不會破壞厭氧環(huán)境。改良的A2/O工藝流程如圖

　　圖3 改良型A2/O工藝流程圖

　　改良型A2/O工藝節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)是：

　?、?合理控制曝氣量：生化處理單元分兩組設(shè)計，每組2個缺氧區(qū)，2個缺氧/好氧過渡區(qū)，好氧區(qū)分3個廊道，在設(shè)計時曝氣管 按生物生長及生化反應(yīng)各階段需氧量的規(guī)律布置，合理分配供氧量。鼓風機通過總管向每個生化處理單元供氣，不同的處理單元在相同時刻的需氣量有所不同，同一個處理單元在不同時刻的需氣量也會變化。所以合理調(diào)節(jié)部同閥門之間的開度組合，既可以滿足不同生化處理單元的曝氣強度需要，同時又使得調(diào)節(jié)造成的壓力損失最小，使鼓風機能耗最低。

　?、?采用高效的曝氣裝置：安達市污水處理廠采用微孔曝氣器，可以減小氣泡尺寸增加表面積，提高氧的利用率，因而轉(zhuǎn)移速度高，節(jié)約風量，可節(jié)省近20%的曝氣能耗。

　　③ 合理控制進水比例：改良A2/O工藝有多種運行方式，根據(jù)不同進水水質(zhì)，不同季節(jié)情況下，生物脫氮除磷所需的碳源的變化，調(diào)節(jié)分配至缺氧段和厭氧段的進水比例，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)境倒置過來，同時取消內(nèi)回流，控制厭氧、缺氧區(qū)合理的進水比例，可得到更好的脫氮除磷效果，同時節(jié)省大量的電能。在一定范圍內(nèi)，厭氧環(huán)境的HRT越大，厭氧程度越充分，聚磷菌的吸磷動力越強。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，有利于微生物形成更強的吸磷動力;微生物厭氧釋磷后直接進入生化效率高的好氧環(huán)境，其在厭氧條件下形成吸磷動力可以得到更充分利用;系統(tǒng)也有較好的脫氮能力。

　?、?采用高效的攪拌設(shè)備：安達市污水處理廠采用低速推流器對生化池的污水進行攪拌和推流，低速推流器水力性能好，攪拌混合充分，不會出現(xiàn)死角。葉片在污水介質(zhì)中性能穩(wěn)定，耐磨性好。推流器能耗較低。

　　(5)二次沉淀池

　　二次沉淀池的作用是泥水分離，使混合液澄清、污泥濃縮并將分離的污泥回流到生物池。二沉池的處理對象是活性污泥混合液，它具有濃度高(2000~4000mg/L)、有絮凝性、質(zhì)輕、沉速較慢等特點。二次沉淀池可分為平流式、豎流式、輻流式等，安達市污水處理廠采用中心進水周邊出水的輻流式二沉池，池子設(shè)有刮渣擋板，出水排泥等裝置，其面積也較大。分離出來的污泥還要用污泥泵輸送道污泥泵房。二次沉淀池的能耗主要是刮吸泥設(shè)備。安達市污水處理廠二沉池采用垂架式中心傳動刮吸泥機，此種刮泥機結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕;排泥采用靜水壓力排泥法，降低能耗。

　　此外，還可以通過采用新型的節(jié)能泵，合理調(diào)整設(shè)備參數(shù)，提高泵的運行效率。選擇水泵的運行臺數(shù)分等途徑實現(xiàn)節(jié)能。安達市污水處理廠選用軸流泵用于污泥回流，這種水泵機組在額定轉(zhuǎn)速、設(shè)計揚程工況時，其流量滿足設(shè)計流量要求，在平均揚程下，水泵在高效區(qū)工作，在最高揚程和最低揚程時能安全穩(wěn)定運行。該潛水軸流泵機組在設(shè)計中采用我公司獨有的最新潛水電泵設(shè)計軟件(CFD)計算機三維流體流場動力學技術(shù)進行水力模型分析計算，原型泵和模型泵之間，嚴格遵守水力性能相似原則。該水泵機組電動機定子沖片采用武鋼50W310的低損耗、高導磁、無取向、平整度好的冷軋硅鋼板，控制電機的低磁密，采用一落二高速沖槽工藝，確保槽形整齊度，定子鐵心線為內(nèi)壓裝，沖片在機殼中疊壓，鐵心兩端通過齒壓板、壓圈壓緊并固定，保證鐵心疊壓質(zhì)量，疊壓系數(shù)控制在0.95以上，以提高電機的效率、功率因數(shù)，達到節(jié)能的目的。

　　4.再生水處理工藝主要構(gòu)筑物及設(shè)備節(jié)能分析

　　(1)混凝-沉淀工藝

　　混凝-沉淀是通過向廢水中投加化學藥劑-混凝劑，破壞膠體的穩(wěn)定性，使細小懸浮顆粒和膠體微粒聚集成較粗大的顆粒沉淀，得以與水分離，使廢水得到凈化。

　　混凝沉淀工藝節(jié)能關(guān)鍵在于選擇合適的攪拌機，混凝分為兩個階段：第一個階段為混合階段;第二個階段為反應(yīng)階段。混合階段為了讓藥劑快速溶解，選用轉(zhuǎn)速快，攪拌強度大的折槳式攪拌機;反應(yīng)階段藥劑吸附懸浮微粒，絮體慢慢變大，重力增大，最終沉淀下來，為了不破壞絮體，選擇攪拌速度慢、攪拌強度低的框式攪拌機。安達市污水處理廠選擇槳式攪拌機用于混凝工藝混合階段，選擇框式攪拌機以及旋流攪拌機用于混凝工藝的反應(yīng)階段。正確選用攪拌機不僅增強能夠處理效果而且對于節(jié)能降耗也具有明顯的意義。

　　(2)斜管沉淀池

　　斜管沉淀池是根據(jù)“淺層沉淀”理論，在沉淀池中加設(shè)斜管，以提高沉淀效率的一種新型沉淀池。它具有沉淀效果高，停留時間短，占地面積少等優(yōu)點。斜管沉淀池主要能耗是刮吸泥機的能耗，安達市污水處理廠斜管沉淀池采用中心傳動柵耙刮泥機，這種刮泥機相比以前設(shè)計的刮泥機結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕，排泥采用靜水壓力排泥，降低能耗。

　　(3)污泥濃縮脫水

　　污泥濃縮池用于去除污泥顆粒間的間隙水，以減少污泥體積，為后續(xù)的污泥處理提供便利條件。污泥濃縮池能耗的主要是刮泥機的能耗。安達市污水處理廠采用重力污泥濃縮池，這種污泥濃縮池靠重力壓縮沉淀，排泥方式是采用靜水壓力排泥，節(jié)省能耗。濃縮池選用帶攪動柵的刮泥機，此種刮泥機不僅具有刮泥的功能還具有攪拌污泥的功能，這樣就可以不必使用攪拌機，在一定程度上也起到節(jié)省能耗的作用。

　　4.結(jié)論

　　隨著全球能源危機進一步加劇，節(jié)能降耗已是一項刻不容緩的工作，作為高能行業(yè)之一的污水處理行業(yè)也要積極尋求節(jié)能降耗的道路，污水處理廠的節(jié)能降耗是一項綜合性的工作，涉及到工藝，設(shè)備，電氣及自動化控制等多個環(huán)節(jié)。所以今后污水處理廠不僅要從工藝設(shè)計，設(shè)備選型，運行管理，日常維護等方面挖掘最大的節(jié)能潛力，還要積極研發(fā)新型工藝新型設(shè)備，發(fā)揮高能效，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和低碳經(jīng)濟。