張志豪 郭曉勇 張君來 陳博祥 張煜

摘要：Anaerobic-Anoxic-Oxic （AAO）工藝是我國城市污水處理工藝中最為常見的一種，如何實現(xiàn)這些污水處理工藝的節(jié)能降耗對實現(xiàn)我國環(huán)保行業(yè)的節(jié)能減排目標意義明顯。本文通過分析荊門竹皮河項目部污水治理工程中采用AAO工藝的單元在運行過程中能耗的基礎(chǔ)上，從提高蓄水量、采用變頻節(jié)能設(shè)備、自動控制技術(shù)的應(yīng)用三個方面，提出AAO工藝的節(jié)能運行措施以及AAO污水處理工藝節(jié)能降耗的建議。

Abstract： Anaerobic-Anoxic-Oxic （AAO） process is the most common urban sewage treatment process in China. How to achieve energy saving and consumption reduction of these sewage treatment processes is of great significance to realize the energy conservation and emission reduction targets of China's environmental protection industry. Based on the analysis of the energy consumption of the unit using AAO technology in the wastewater treatment project of Jingmen Bamboo River Project， this paper proposes energy-saving operation measures of AAO process and recommendations for energy saving and consumption reduction in AAO wastewater treatment process from three aspects： improving water storage capacity， using variable frequency energy-saving equipment and automatic control technology.

關(guān)鍵詞：AAO;節(jié)能降耗;污水處理

Key words： AAO;energy saving;sewage treatment

中圖分類號：X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）12-0129-03

0 ?引言

為了改善水體環(huán)境，實現(xiàn)城鎮(zhèn)污廢水的綜合治理。近年來，我國通過總量控制和綜合治理的手段，提出了多項治理方案并予以實施，我國污染情況因此得到緩解，水體質(zhì)量明顯提高。在這種大環(huán)境下，葛洲壩集團第一工程有限公司應(yīng)荊門市政府要求，對荊門市進行污水治理工程施工，興建七座污水處理廠。由于AAO工藝具有脫氮除磷能力、水力停留時間短、工藝整體行能耗低、對水質(zhì)適應(yīng)性強、基建和運行費用較低、維護管理操作方便、運行簡單等特點，綜合對比其他主流工藝，如AO、AAO、氧化溝、CASS、SBR等，荊門竹皮河項目部污水處理廠多采用AAO工藝。故，本文以AAO工藝為研究對象，結(jié)合建設(shè)過程及運行過程，提出節(jié)能降耗建議。

1 ?我國污水處理廠能耗現(xiàn)狀

目前，雖然我國已建污水處理廠可以有效去除生活污水中的多種有害物質(zhì)，在水污染控制、水環(huán)境治理上邁出了重要的一步。但是，我國已建污水處理廠能耗較高的行業(yè)特點不容忽視。通常情況下，污水處理工藝能耗是指污水處理過程中，在污水污泥的提升、生物處理單元曝氣、混合推進、污泥濃縮脫水、污泥回流等環(huán)節(jié)直接消耗的電能。據(jù)統(tǒng)計，污水生物處理和污泥處理單元能耗約占污水處理廠直接能耗的60%-90%。

2 ?AAO污水處理系統(tǒng)節(jié)能運行研究與實踐

2.1 AAO工藝能耗分析

根據(jù)相關(guān)研究可知，要想實現(xiàn)AAO污水處理工藝的節(jié)能及高效運行，需要對以下三個耗能單元進行優(yōu)化：污水泵站、污水生物處理和污泥處理。通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，當前我國大部分AAO污水處理廠設(shè)計在污水泵、曝氣、回流等運行環(huán)節(jié)采用定值設(shè)置。本項目為PPP項目，根據(jù)本項目實施經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，多數(shù)污水處理廠在廠區(qū)建設(shè)完畢但官網(wǎng)未建設(shè)完畢之前便投入試運行。試運行過程中，隨著后續(xù)污水管網(wǎng)的施工逐漸完成，進水水量時刻發(fā)生變化。在污水管網(wǎng)全部建設(shè)完畢后又發(fā)現(xiàn)，無論水量還是水質(zhì)均在時刻變化，恒定的污水泵功率、曝氣與回流運行控制與其不相匹配，從而造成能量浪費或出水水質(zhì)難以達標。由此可知，我們需要研究出一種運行控制技術(shù)，來應(yīng)對動態(tài)水量、水質(zhì)變化，從而使曝氣量、回流量與水量、水質(zhì)實時匹配。綜合分析荊門竹皮河各污水處理廠運行特征，并與國內(nèi)類似污水處理廠進行對比，可以發(fā)現(xiàn)不同污水處理廠從節(jié)能的機制上可以概括為三大類，一是優(yōu)化設(shè)備及其運行管理以達到節(jié)能目的;二是深入研究污水處理過程的反應(yīng)機理，開發(fā)節(jié)能工藝;三是污水處理系統(tǒng)優(yōu)化及開源節(jié)能運行。本文將通過第一個論點對AAO污水處理系統(tǒng)的節(jié)能運行闡述。

2.2 設(shè)備選型對AAO工藝節(jié)能降耗的影響

通過對荊門竹皮河7個污水處理廠進行對比、研究發(fā)現(xiàn)，各污水處理廠污水提升泵選型設(shè)計時，主要考慮因素為最大揚程、最大流量等最不利因素的情況。由此選擇出來水泵的設(shè)計參數(shù)導(dǎo)致不少水泵揚程偏高，運行時偏離設(shè)計揚程，常常運行在低揚程、大流量、低效區(qū)。這種水泵不僅浪費電能，而且極易導(dǎo)致電機過熱。為了使水泵始終運行在高效區(qū)，達到節(jié)能目，以下幾種方法切實可行：使用變頻器控制的水泵、根據(jù)流量及集水池水位變化控制泵機的轉(zhuǎn)速。另外，經(jīng)研究，子陵污水處理廠設(shè)計時存在蓄水水位較低，無法淹沒水泵的情況。經(jīng)過研究計算，并與參建各方協(xié)商，最終達成一致：提高泵前水位。該舉措降低了泵送污水過程的能耗，大幅減少泵的開合次數(shù)。通過計算，通過利用前端管網(wǎng)的蓄水能力，可使得污水在泵送過程中的能耗降低20%。

3 ?自動控制技術(shù)對AAO工藝節(jié)能降耗的影響

為了保證良好的出水水質(zhì)，實現(xiàn)達標排放，降低能耗，獲得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，各污水處理廠AAO生化物化一體化池加入自動控制。后續(xù)研究結(jié)果表明，加入自動控制技術(shù)后具有以下三方面優(yōu)點。第一，根據(jù)生物池內(nèi)的溶解氧含量來控制相關(guān)設(shè)備的開啟臺數(shù)，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量等參數(shù)，更加智能的對AAO生化物化一體化池的充氧進行控制管理;第二，將曝氣池中的溶解氧濃度列入自動控制系統(tǒng)，通過增加PLC控制系統(tǒng)等方式，可節(jié)省氣量10%;第三，保障生物除磷、脫氮的效果：可通過厭氧段以及缺氧段的氧化還原電位值和污泥濃度來達到對污泥回流量的控制，從而確保污泥反硝化和磷的釋放效果達到預(yù)期。

為了實現(xiàn)整個過濾及反沖洗過程的自動控制，除了需要對水泵、鼓風(fēng)機、閥門等設(shè)備進行監(jiān)測，還需要設(shè)置適當?shù)脑诰€檢測儀表，從而達到對相關(guān)工藝參數(shù)的控制目的。攪拌器、電動空氣調(diào)節(jié)蝶閥、水下推進器、循環(huán)水泵、鼓風(fēng)機房曝氣鼓風(fēng)機都是常用的自控接口。通過采用先進的通訊技術(shù)及自動控制技術(shù)、采用合理的檢測儀表以及采集合適的監(jiān)控信息，達到使AAO生物池經(jīng)濟、高效地運行的目的。通過加入PLC自動控制系統(tǒng)，不但可以保證出水水質(zhì)達標，而且可以減少勞動強度、避免人工控制的隨意性，從而達到節(jié)能降耗的目的。

4 ?除臭設(shè)備的選型

根據(jù)荊門7座污水處理廠中團林污水處理廠施工藍圖及項目公司提供的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，團林污水處理廠除臭氣量為12000m3/h。目前，污水處理廠常用的除臭技術(shù)主要有生物法、離子法、吸附法、化學(xué)法和掩蔽法等。根據(jù)相關(guān)參數(shù)，結(jié)合類似項目經(jīng)驗，結(jié)合團林污水處理廠現(xiàn)場實際情況，設(shè)定收集后氣體平均濃度設(shè)計參數(shù)見表1。

根據(jù)葛洲壩水務(wù)（荊門）有限公司及政府相關(guān)部門的要求，團林污水處理廠治理后排放氣體達到《中華人民共和國惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）二級廠界標準，污水泵站內(nèi)臭氣消除，周圍環(huán)境明顯改善。

①新鮮空氣過濾段。

離子除臭箱體在進口處安裝過濾材料，過濾材料采用過濾效率高、壓力損失低、外型尺寸較小并可拆洗和重復(fù)利用的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。過濾材料的壓力損失小于5mmH2O，可以減少整個系統(tǒng)的能耗及噪聲。

②氧離子發(fā)生段。

氧離子發(fā)生段由BENTAX離子管及控制模塊等組成。離子發(fā)生裝置產(chǎn)生高濃度的離子，與經(jīng)過空氣過濾器清除空氣中的微小灰塵顆粒后的潔凈空氣混合，轉(zhuǎn)變成離子風(fēng)，輸送到除臭箱中。

離子發(fā)生器（包含離子管）：本項目所用離子發(fā)生器對人體及空氣均無不良影響，且具有良好調(diào)控性能，并保證設(shè)備先進、優(yōu)質(zhì)、耐用。設(shè)備和材料不僅適應(yīng)間歇運行模式，而且適用于長期每天24小時連續(xù)運行模式。在系統(tǒng)正常運行的情況下，不必設(shè)專職人員。本項目采用的除臭設(shè)備具有能耗低以及安裝維護簡易方便等優(yōu)點。同時為減少風(fēng)阻及安裝體積，離子發(fā)生器上的離子管安裝方式為臥式安裝。本項目采用的除臭設(shè)備所有易損件或材料在保證連續(xù)正常運轉(zhuǎn)的使用前提條件下，使用壽命不低于20000小時，主體設(shè)備的使用壽命可達到至少15年。為了保證除臭效果及離子發(fā)生器的使用壽命，離子發(fā)生器單獨安裝，保證不與臭氣直接接觸。

③除臭箱段。

離子除臭箱體采用AISI304不銹鋼制作，可以保證箱體足夠的強度和剛度。離子除臭箱體進出風(fēng)口留有法蘭接口，以便與風(fēng)管連接。

離子除臭設(shè)備箱體可以安裝于室外或室外，設(shè)備整體采用具有環(huán)保、防火、防水、防腐蝕、防銹等功能的材料制作，并保證厚度滿足強度要求。

4.2 收集系統(tǒng)及風(fēng)機

按照主管風(fēng)速8～10m/s，次主管風(fēng)速6～8m/s，支管風(fēng)速4～6m/s的原則，根據(jù)各設(shè)備的臭氣量，選擇合適管徑的抽氣支管插入各設(shè)備;在密封罩蓋收集支管上設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)各設(shè)備的收集風(fēng)量;各路支管匯入收集主管，連接至除臭裝置。由于臭氣具有腐蝕性，收集風(fēng)管全部選用玻璃鋼風(fēng)管，其優(yōu)點如下：耐腐蝕性能好，輕質(zhì)高強，電性能好，熱性能良好，可設(shè)計性好，工藝性優(yōu)良。

離子外排處理箱體中，風(fēng)機安裝在離子除臭設(shè)備的后端位置。本項目所用風(fēng)機選型為不銹鋼離心低噪聲風(fēng)機，裝有隔振墊的基礎(chǔ)框架及進出口補償器，適應(yīng)腐蝕性空氣條件下的長24小時連續(xù)運行。性能可滿足如下條件：在20℃、濕度為65%的條件下，總絕對效率大于等于60%;設(shè)備軸與殼體貫通處，密封性良好，不存在漏氣等情況;本項目設(shè)置了防振墊，隔振效率不小于80%;在最大抽氣量的條件下，風(fēng)壓具有高于系統(tǒng)壓力損失10%的余量;在快速運轉(zhuǎn)條件下，本項目氣體流量具有可調(diào)特性，調(diào)節(jié)范圍為100%～45%;包括電動機在內(nèi)，本設(shè)備噪音低于80dB（A），葉輪的動平衡精度大于等于G2.5級，且滿足24小時連續(xù)運轉(zhuǎn);本項目采用的除臭設(shè)備防護等級為IP55，電源為380V/3Ph/50Hz，絕緣等級為F級，B級溫升。

4.3 控制系統(tǒng)

本項目除臭設(shè)備控制裝置包括PLC、斷路器、繼電器、變頻器等，保證系統(tǒng)全自動運行。

控制主機具有手動/自動模式，可控制除臭設(shè)備和風(fēng)機。根據(jù)現(xiàn)場除臭空間特定臭氣分子的變化情況，使用控制裝置來調(diào)節(jié)離子發(fā)生裝置的離子產(chǎn)生濃度，通過送風(fēng)量以及狀態(tài)顯示、遠方自控系統(tǒng)開?？刂频确绞剑瑏泶_保輸送運行狀態(tài)、故障狀態(tài)信號傳達到中央自控系統(tǒng)，從而進行自動控制。控制裝置箱體外殼為不銹鋼材質(zhì)，柜體留有吊眼，頂端、底端有接入口。除臭設(shè)備的控制柜留有與污水泵站自動化控制系統(tǒng)的接口，可發(fā)送與接受自動控制系統(tǒng)的信號。所有開關(guān)和裝置燈均進行防水和防腐處理，設(shè)備安裝示意圖如圖3。

5 ?節(jié)能降耗的展望

污水處理廠的節(jié)能降耗是實現(xiàn)污水處理可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，雖然目前污水處理技術(shù)依舊面臨大量現(xiàn)實的技術(shù)和理論挑戰(zhàn)，但是我們有信心在污水處理廠升級改造過程中，通過理論與實際相結(jié)合，在原有的污水處理技術(shù)上進行逐步改進。節(jié)能降耗綠色環(huán)保的要求的提出，督促著我們要充分利用合研究原有構(gòu)筑物及污水處理工藝，通過合理選擇設(shè)備參數(shù)，進行自動控制系統(tǒng)優(yōu)化、提高科學(xué)化管理水平等方式，實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的實時、靈活、高效運行。

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