常 青

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037000）

0 引言

污水處理廠是運(yùn)營成本高、能耗高的產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)和運(yùn)行活動中，污水處理廠要對接能源需求、供需矛盾的問題，在節(jié)能減排的技術(shù)研究中加強(qiáng)實(shí)踐，降低污水處理中的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的生產(chǎn)目標(biāo)。解決行業(yè)發(fā)展中存在的高能耗問題，發(fā)揮出污水處理廠的功能，改善礦井的污水處理現(xiàn)狀，提高污水排放水平。

1 污水處理廠的能耗情況分析

污水處理廠在礦井行業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮著處理污水、提高水資源利用率的功能，作為資源密集型產(chǎn)業(yè)，在水處理過程中消耗了大量的能源，包括燃料、電能資源、藥劑。礦井污水處理廠的電能消耗水平高，和發(fā)達(dá)國家相比，礦井污水處理廠的電耗平均水平過高，這與我國礦井運(yùn)行中節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的理念形成了巨大的差距。因此在污水處理廠的運(yùn)行活動中，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，從系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)踐運(yùn)行層面，加強(qiáng)對污水處理技術(shù)的研究，結(jié)合污水處理廠的水質(zhì)檢測項(xiàng)目（見圖1），提高污水處理廠的節(jié)能減排運(yùn)行效益[1]。

圖1 礦井污水處理流程圖

2 污水處理廠節(jié)能減排的實(shí)踐途徑

2.1 優(yōu)化工藝技術(shù)

污水處理廠的生物處理中，應(yīng)用到的工藝各有不同，在設(shè)計污水處理廠時，要對不同的生物處理工藝特點(diǎn)進(jìn)行綜合化的考量。結(jié)合污水處理廠項(xiàng)目所在地區(qū)的地形、氣溫、電價、征地費(fèi)用、項(xiàng)目規(guī)模、原水水質(zhì)、出水達(dá)標(biāo)要求、污泥處置情況等多個層面進(jìn)行系統(tǒng)考量，選擇經(jīng)濟(jì)最合算、技術(shù)合理性最強(qiáng)的工藝，提高工藝方案的可行性，降低能耗。在生物法的運(yùn)用中，主要是使用微生物的新陳代謝功能，降解污水中呈溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，凈化污水?；钚晕勰喾?、ab 法有氧化溝法、SBR 法等均屬于常用的生物法污水處理工藝，在選擇工藝的過程中，應(yīng)從節(jié)能設(shè)計的視角，優(yōu)化工藝方法，選擇有利于污水處理廠實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期、近期節(jié)能減排目標(biāo)的工藝方案[2]。

2.2 設(shè)計進(jìn)水提升泵

污水提升泵在預(yù)處理系統(tǒng)中是關(guān)鍵的一道設(shè)備程序，使用污水提升泵的目的是要改善污水水位，提高水位值，確保污水以重力流流過后續(xù)的構(gòu)筑物。在污水處理廠的能源消耗中，提升泵是能源消耗量較高的一道工序，設(shè)計提升泵時，技術(shù)人員需要充分地利用污水處理廠的自然坡度、地形等，對進(jìn)水管底標(biāo)高進(jìn)行合理的設(shè)置，結(jié)合構(gòu)筑物高程布置處理的需求，對水頭損失進(jìn)行科學(xué)、合理的計算，盡可能降低水泵揚(yáng)程。如果污水處理廠已經(jīng)投入到了運(yùn)行和使用中，在進(jìn)水提升泵的設(shè)計方面，無法從源頭著手進(jìn)行改善，需要采取其他的措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)。

例如要保持總體平面布置得流線清晰，有緊湊的結(jié)構(gòu)，連接管路，保持直而短的狀態(tài)，將彎管和連接管的長度減少，降低水頭損失風(fēng)險，將非淹沒堰改為淹沒堰，減少落差至幾厘米大小。使用平流式的初沉池和二沉池，借助廊道推流式的曝氣池功能，在條件允許的情況下，可以取消配水井，串聯(lián)初沉池、二沉池和曝氣池，對水頭損失進(jìn)行控制，進(jìn)一步調(diào)節(jié)進(jìn)水提升泵。結(jié)合時間、季節(jié)的變化，了解污水處理廠的進(jìn)水流量，根據(jù)污水提升泵的大小，采取泵梯級搭配的形式，使泵站出水量和實(shí)際來水量相互接近，促使提升泵在正常水位內(nèi)運(yùn)行的高效性，啟動高水位，確保提升泵穩(wěn)定運(yùn)行。

借助變頻調(diào)速技術(shù)使水泵的啟動時間發(fā)生改變，在井中達(dá)到最高水位時，才啟動水泵，可以提高水泵的最大利用效率，并且規(guī)避了電機(jī)頻繁啟?？赡茉斐傻膿p傷，延長了電機(jī)的使用周期。發(fā)生電機(jī)損壞時，可以將高效節(jié)能型電機(jī)運(yùn)用其中，使用較小的功率，達(dá)到同樣的輸水量運(yùn)輸效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的管理目標(biāo)。日常運(yùn)行中，進(jìn)水水量和進(jìn)水水質(zhì)是呈現(xiàn)出動態(tài)變化的，因此曝氣池中需氧量也有著動態(tài)的改變，在理想狀態(tài)下水中溶解氧的含量為1～2 mg/L。結(jié)合曝氣池中溶解氧的變化，要對風(fēng)機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整。考慮到在波峰和谷風(fēng)時間段電價的不同，以及污水處理廠的生產(chǎn)需求，對曝氣進(jìn)行調(diào)整。在夜間波谷時間段電價較低時，加大曝氣量，在用電高峰處于波峰時間電價較高，要適當(dāng)?shù)貙⑵貧饬繙p少[3]。

2.3 藥劑消耗設(shè)計

在污水處理廠中，消耗的藥劑成本在整體的能耗成本中占比不到10%，但是仍舊還有一定的節(jié)能空間，值得人們探索，在除磷技術(shù)、污泥調(diào)理技術(shù)、污泥消毒技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)，要加強(qiáng)對節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。礦井污水處理廠在除磷過程中采取的方式為生物法和化學(xué)法，生物法不需要使用藥劑，污泥產(chǎn)生量較少，但是需要具備一定的厭氧條件，工藝復(fù)雜。在生物除磷工藝的應(yīng)用過程中，要以去除消耗、減少污泥為目的，為后續(xù)的污泥處理、能耗節(jié)約進(jìn)行規(guī)劃，減輕藥劑消耗量，促使污水處理廠在綠色節(jié)能的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)低能耗運(yùn)行的目標(biāo)[4]。

2.4 設(shè)計曝氣系統(tǒng)

在污水處理廠的運(yùn)行過程中，鼓風(fēng)機(jī)的能量消耗較大，因此需要設(shè)計曝氣系統(tǒng)，加強(qiáng)對曝氣技術(shù)的運(yùn)用，節(jié)約能耗，鼓風(fēng)機(jī)的能耗水平取決于原水水質(zhì)，除此之外，鼓風(fēng)機(jī)的效率、曝氣管布置方式和曝氣控制系統(tǒng)，決定了最終的曝氣系統(tǒng)能源消耗量。在布置曝氣頭時，需要結(jié)合預(yù)期中的曝氣效果、處理效果和能源節(jié)約的目標(biāo)，合理布置曝氣頭，在池子進(jìn)水端，布置較密的曝氣頭，出水端呈現(xiàn)出逐漸遞減的分布形式，提高曝氣池內(nèi)溶解氧的均勻度水平，節(jié)約能源消耗，提高處理效率。

傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)中的穿孔曝氣動力只有1.0 kgO2（kW·h），效率較低，和微孔曝氣效率3.4 kgO2（kW·h）相比效率不足。在氧化溝工藝中，機(jī)械曝氣使用的是轉(zhuǎn)刷和倒傘式曝氣器，其性能良好，遠(yuǎn)超穿孔管曝氣，不需要設(shè)置大量的曝氣風(fēng)管、曝氣氣頭和鼓風(fēng)機(jī)房。最終的曝氣效率和微孔曝氣相比仍舊偏低，因此在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要從綜合視角進(jìn)行考量，選擇適用性較強(qiáng)的曝氣系統(tǒng)[5]。

2.5 設(shè)計污泥處理和處置系統(tǒng)

在處理污泥的過程中，設(shè)計人員要從技術(shù)創(chuàng)新的角度對處置和處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，污泥處理系統(tǒng)涵蓋了污泥的脫水處理、穩(wěn)定處理，目前應(yīng)用到脫水中的設(shè)備包括離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)、板框、壓濾機(jī)、真空過濾器。其中真空過濾器和板框壓濾機(jī)的使用，需要配合無機(jī)混凝劑，使用石灰、鋁鹽、鐵鹽等進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)使用的是有機(jī)高分子絮凝機(jī)。對比不同的技術(shù)處理方法，真空過濾機(jī)的運(yùn)行過程更穩(wěn)，靠定性強(qiáng)，管理過程方便，脫水泥餅的性狀優(yōu)良，但是卻有著耗電量較大的缺陷。

板框壓濾機(jī)的操作過程簡單，泥濘量少，但是生產(chǎn)效率不理想，離心機(jī)在難脫水的污泥當(dāng)中適用性較強(qiáng)，不會產(chǎn)生臭氣，但轉(zhuǎn)速較高，具有較大的設(shè)備磨損風(fēng)險。帶式壓濾機(jī)的運(yùn)行效果穩(wěn)定，具有可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的功能，生產(chǎn)效率高，是耗電最低的設(shè)備。因此在選擇脫水設(shè)備建立污泥處理和處置系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員需要對不同的污泥處置技術(shù)方法、設(shè)備設(shè)施處理廠的規(guī)模等進(jìn)行綜合考量，最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

2.6 其他節(jié)能技術(shù)

在設(shè)計污水處理廠的節(jié)能系統(tǒng)時，從節(jié)能減排的角度，需要結(jié)合多種節(jié)能技術(shù)手段，從項(xiàng)目初期的建設(shè)階段，做好節(jié)能設(shè)計和規(guī)劃，對建設(shè)規(guī)模進(jìn)行確認(rèn)，防止出現(xiàn)污水處理廠建成之后管網(wǎng)難以配套并運(yùn)行的問題。對于設(shè)計量過大導(dǎo)致的低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行早期防治，對構(gòu)筑物間的連接管區(qū)要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計、合理布置，避免出現(xiàn)過多水頭跌落或水頭溢流的問題，降低不必要的能源消耗，防范能源浪費(fèi)，礦井污水處理流程見圖1[6]。

3 結(jié)語

污水處理廠在發(fā)展中要以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排為目的，結(jié)合自身能源密集的產(chǎn)業(yè)特性，加強(qiáng)對先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，提高污水處理廠的運(yùn)行水平、運(yùn)行效率。以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排為目的，要將先進(jìn)的設(shè)備、工藝等運(yùn)用其中，在保證污水處理水質(zhì)安全的前提下，節(jié)約運(yùn)行成本。利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對污水的資源化利用和再次利用，降低能源消耗，推動污水處理行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。