思顯佩

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 430070)

隨著人們?nèi)找嬖黾拥拿篮蒙钚枰鞘谢ㄔO(shè)速度不斷加快，生活污水和工業(yè)污水排放量明顯增加，污水處理廠數(shù)量越來越多，保護(hù)環(huán)境的要求隨之逐漸提高。污水處理廠的高能耗已在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注，而且能耗隨著處理水質(zhì)的提高而增加。高能耗是造成污水處理設(shè)施運(yùn)行成本高的主要原因，特別是隨著電費(fèi)的不斷上漲，一些地區(qū)的污水處理廠由于資金、能源以及專業(yè)管理人員的短缺而不能正常運(yùn)行[1]。

1 污水處理廠五種污水生物處理工藝及能耗特點(diǎn)

污水處理廠常用的生物處理工藝為SBR工藝、A/O工藝、A2/O工藝、氧化溝工藝、AB工藝等。其中A/O工藝、A2/O工藝在數(shù)量和污水處理廠運(yùn)用方面占80%左右[2]。

1.1 SBR生物處理工藝特點(diǎn)

SBR稱為序列間歇式活性污泥法，是一種間歇式曝氣運(yùn)行方式的活性污水生物處理技術(shù)，又稱為序批示活性污泥法。主要分為四個階段：進(jìn)水階段、曝氣反應(yīng)階段、沉淀出水階段、排泥階段等[3]。

多數(shù)情況下，生活污水及工業(yè)廢水處理，前端無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；SVI值較低，污泥容易沉淀，無污泥膨脹現(xiàn)象；通過間歇式運(yùn)行的控制，在曝氣池內(nèi)就可以完成脫氮和除磷反應(yīng)；采用電動閥、液位計、自動計時器及可編程序控制器等自控系統(tǒng)，可以使該工藝處理過程實(shí)現(xiàn)全部自動化[4]。

SBR工藝，池體內(nèi)污水可以進(jìn)行厭氧、好氧交替，污水運(yùn)行穩(wěn)定，凈化效果好，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀時，所需時間短、效率高、且具有較強(qiáng)的耐沖擊性、運(yùn)行靈活、出水水質(zhì)好。一般適用于間歇性排水的廢水，噸水費(fèi)用約為0.85元/噸水[3]。主要的耗能設(shè)備有：序批式間歇反應(yīng)器、曝氣系統(tǒng)、攪拌設(shè)備等污泥的脫水處理系統(tǒng)。

SBR反應(yīng)運(yùn)行周期如圖1所示。

圖1 SBR反應(yīng)運(yùn)行周期

1.2 A/O生物處理工藝特點(diǎn)

A/O工藝由厭氧、好氧組成的生物處理工藝。該工藝由A池、O池、沉淀池組成，通過A池后的污水與回流的污泥混合，污水中大量的BOD5被回流污水?dāng)y帶的聚磷菌吸收，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到混合液中，混合液進(jìn)入到O池后，有機(jī)物會被氧化分解[5]。

A/O工藝的建筑結(jié)構(gòu)少，其運(yùn)行控制較簡單，噸數(shù)運(yùn)行費(fèi)用約為0.28元/噸水[3]。該工藝主要由提升泵、曝氣設(shè)備、回流泵及剩余污水泵、污水處理設(shè)備等耗能、以及污泥的脫水處理系統(tǒng)。

A/O工藝流程如圖2所示。

圖2 A/O工藝流程圖

1.3 A2/O生物處理工藝特點(diǎn)

A2/O工藝，與其它同類工藝相比，其總的水力停留時間較少，處理效果好，能同步實(shí)現(xiàn)脫氮除磷功能，運(yùn)行過程中不需要投藥，運(yùn)行費(fèi)用低。

該工藝適用于大中型規(guī)模的城市污水處理廠脫氮除磷。相比于A/O工藝，構(gòu)筑物增加運(yùn)行成本相對增大。該工藝的兩個A段溶解氧的控制較低，O段也不需要很高的溶解氧，因此該工藝的整體運(yùn)行成本較低，約0.32元/噸水[3]。其主要耗能設(shè)備有：鼓風(fēng)機(jī)、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、內(nèi)回流泵設(shè)備、以及污泥的脫水處理。

A2/O工藝流程如圖3所示。

圖3 A2/O工藝流程圖

1.4 氧化溝生物處理工藝特點(diǎn)

氧化溝工藝是在活性污泥工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行變形的一種生物處理工藝，又稱為連續(xù)循環(huán)曝氣池。該工藝不僅具備推流反應(yīng)的特點(diǎn)，同時也具備混合反應(yīng)的特點(diǎn)，推流反應(yīng)是保證優(yōu)良水質(zhì)的基礎(chǔ)，而混合反應(yīng)能使該工藝具備耐沖擊性能[6-7]。

氧化溝工藝具有耐沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行負(fù)荷低、產(chǎn)泥量少、可控制污泥膨脹、出水效果好等特點(diǎn)，該工藝的運(yùn)行費(fèi)用約為0.45元/噸水[3]，其主要能耗設(shè)備有：污水提升泵、回流泵、曝氣系統(tǒng)以及污泥脫水系統(tǒng)。

氧化溝工藝流程如圖4所示。

圖4 氧化溝工藝流程圖

1.5 AB生物處理工藝特點(diǎn)

(1)AB工藝分預(yù)處理、A段、B段等三段。預(yù)處理段設(shè)置格柵、沉砂池等設(shè)備，主要通過物理功能去除大顆粒雜質(zhì)、懸浮物等，無需設(shè)初次沉淀池。

(2)A段由吸附池和中間沉淀池組成，B段則由曝氣生物反應(yīng)池及二次沉淀池組成。

(3)A段與B段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，每段能夠培育出各自獨(dú)特的、適于本段水質(zhì)特征的微生物種群。

AB工藝對有機(jī)污染物去除率較高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、脫氮除磷效果較好，整個運(yùn)行過程節(jié)能效果好。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，AB工藝運(yùn)行費(fèi)用約為0.50元/噸水，比傳統(tǒng)的一段法工藝節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用20%～25%。該工藝的主要能耗設(shè)備有：鼓風(fēng)機(jī)、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脫水處理。

AB工藝流程如圖5所示。

圖5 AB工藝流程圖

1.6 五種污水生物處理工藝主要能耗

比較上述五種不同污水生物處理工藝能耗，從圖6可以看出，SBR工藝自動化程度最高，噸水的運(yùn)行費(fèi)用最高，為0.85元/噸水；AB工藝的噸水運(yùn)行成本次之，為0.77元/噸水，氧化溝工藝為0.45元/噸水，A/A/O工藝為0.32元/噸水，費(fèi)用最低的工藝為A/O工藝，運(yùn)行費(fèi)用為0.28元/噸水。

五種不同工藝的運(yùn)行費(fèi)用差異性，主要與各個工藝性能要求、構(gòu)筑物建設(shè)形式、工藝配套的設(shè)施、設(shè)備安裝及使用要求有關(guān)，自動化程度高低，工藝流程長短，設(shè)備安裝數(shù)量多少，容積負(fù)荷高低等因素都會對運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生影響。

五種污水處理工藝能耗特點(diǎn)如圖6所所示。

圖6 五種污水處理工藝能耗圖

1.7 五種工藝流程的耗能設(shè)備

SBR主要的耗能設(shè)備有：序批式間歇反應(yīng)器、曝氣系統(tǒng)、攪拌設(shè)備等污泥脫水系統(tǒng)。

AO工藝主要有提升泵、好氧池曝氣設(shè)備、回流泵及剩余污水泵、污水處理設(shè)備等耗能以及污泥脫水系統(tǒng)。

A2/O工藝其主要耗能設(shè)備有：鼓風(fēng)機(jī)、污水提升泵、生物池、污泥回流泵、內(nèi)回流泵設(shè)備、以及污泥的脫水處理。

氧化溝工藝其主要能耗設(shè)備有：污水提升泵、回流泵、曝氣系統(tǒng)以及污泥脫水系統(tǒng)。

AB工藝主要能耗設(shè)備有：鼓風(fēng)機(jī)、污水提升泵、污泥回流泵以及污泥的脫水處理。

1.8 運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)用較為廣泛的AO工藝實(shí)際設(shè)備運(yùn)行能耗

咸寧市某城鎮(zhèn)污水處理廠，規(guī)模為2萬噸/天，運(yùn)行于2011年，污水處理工藝為A/O工藝，運(yùn)行出水水質(zhì)達(dá)GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際設(shè)備運(yùn)行功率統(tǒng)計及能耗設(shè)備位置分析如圖7所示。

圖7 污水處理廠設(shè)備能耗圖

從圖7可以看出，A/O污水生物處理工藝主要能耗設(shè)備有三類：泵、風(fēng)機(jī)、污泥處理系統(tǒng)。

污泥處理系統(tǒng)功率為24.28 kW，占比為9.5%；泵類設(shè)備功率為89.3 kW，占比為35.1%；風(fēng)機(jī)類設(shè)備功率為140.5 kW，占比為55.4%。

具體能耗設(shè)備位置主要位于A/O池、二沉池、風(fēng)機(jī)房、污泥處理系統(tǒng)。A/O池設(shè)備功率為36.8 kW，占比為14.25%；二沉池設(shè)備功率為54.7 kW，占比為21.17%；風(fēng)機(jī)房設(shè)備功率為140.5 kW，占比為54.40%；污泥處理系統(tǒng)設(shè)備功率為26.28 kW，占比為10.18%。

由此可見，提供O池曝氣系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)類的設(shè)備功率最大，耗能最高，O池是A/O生物處理工藝的核心，對COD的去除率可以達(dá)到80%左右，對出水水質(zhì)也起著關(guān)鍵作用；設(shè)備功率次之為泵類設(shè)備，泵起到對污水的提升，污泥回流、混合液回流等，若泵設(shè)備的功率不夠，也將直接影響到整個污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行；污泥處理系統(tǒng)是將污水處理后的污泥，集中機(jī)械處理后合理利用，雖然設(shè)備能耗最低，是整個系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。

2 結(jié) 論

五種污水生物處理工藝中，AO工藝運(yùn)用能耗較低，運(yùn)用相對較為廣泛。AO工藝的設(shè)備能耗比例從高到底依次為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、泵、污泥處理系統(tǒng)，占比分別為55.4%、35.1%、9.5%。

污水處理廠節(jié)能降耗應(yīng)首先考慮合理設(shè)計風(fēng)機(jī)類、泵類、污泥處理系統(tǒng)類的設(shè)備，A/O池、二沉池等污水處理構(gòu)筑物，將會在一定程度上節(jié)約設(shè)備能耗，減少污水處理廠的運(yùn)行成本。