郭輝 孫穎 山東華城工程技術(shù)有限公司

山東某污水處理廠規(guī)劃規(guī)模為4.0 萬m3/d，現(xiàn)狀一期處理規(guī)模為2.0 萬m3/d，服務(wù)面積約44.47 km2，生活污水約占總污水處理量的90%。現(xiàn)狀一期污水處理廠95%保證率條件下的進(jìn)水量為20184 m3/d，其中雨季（6～9 月份）平均進(jìn)水量為16631m3/d、最大進(jìn)水量為21982 m3/d；旱季（1～5、10～4 月份）平均進(jìn)水量為10893m3/d、最大進(jìn)水量為20184m3/d。雨季進(jìn)水量明顯高于旱季，說明現(xiàn)狀片區(qū)污水管道存在雨污混接現(xiàn)象。現(xiàn)狀一期污水處理廠基本滿負(fù)荷運(yùn)行，甚至雨季時超負(fù)荷運(yùn)行，因此急需根據(jù)規(guī)劃對污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)建，根據(jù)規(guī)劃和水量預(yù)測，擴(kuò)建規(guī)模為4 萬m3/d。

污水處理廠作為重要市政設(shè)施，在污水處理過程中將消耗大量能源。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮采取適當(dāng)?shù)墓?jié)能減排措施，而節(jié)能設(shè)計(jì)涵蓋了建筑、工藝和設(shè)備配置等方面，其最終目的是降低能耗、成本。

將節(jié)能理念融入污水處理工藝流程中，并對能源的使用路徑進(jìn)行優(yōu)化，是降低污水處理廠運(yùn)行能耗的有效途徑之一。同時，選用能效較高的設(shè)備、采用先進(jìn)自動控制技術(shù)，也能有效降低運(yùn)行能耗，提高能源利用率。

2 擴(kuò)建進(jìn)出水水質(zhì)分析及工藝確定

2.1 擴(kuò)建工程進(jìn)出水水質(zhì)

影響污水水質(zhì)的主要因素有排水體制、污水管網(wǎng)的完善程度、城市化進(jìn)程及生活水平的高低、排入城市污水管道系統(tǒng)的工業(yè)廢水的種類與數(shù)量、工業(yè)廢水處理率和處理程度等。

現(xiàn)狀在進(jìn)水指標(biāo)95%保證率條件下，CODcr濃度為93mg/L，懸浮物濃度為155mg/L，氨氮濃度為25.1mg/L，總氮濃度為37.5mg/L，總磷濃度為2.4mg/L，BOD5濃度為46.6mg/L。根據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)和相關(guān)規(guī)范要求，確定擴(kuò)建工程進(jìn)水水質(zhì)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。由表1 可知，出水水質(zhì)除CODcr ≤25mg/L、NH3-N ≤1mg/L 以外，其余指標(biāo)均達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2.2 擴(kuò)建工藝流程分析

擴(kuò)建工藝的工藝路線為“粗格柵及進(jìn)水泵房+細(xì)格柵及曝氣沉砂池+AAO 生化池+二沉池+高密度沉淀池+轉(zhuǎn)盤濾池+二級提升泵房+臭氧接觸氧化池+碳砂雙層濾料濾池+次氯酸接觸消毒池+巴氏計(jì)量槽”。

3 主要污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1 AAO 生化池

尺寸為L×B×H=79.5m×58.7m×9.2m，設(shè)計(jì)水量1666.667m3/h，每池分6 個區(qū)：預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后置缺氧區(qū)、后置好氧區(qū)。各區(qū)停留時間如下：預(yù)缺氧區(qū)0.5hr，厭氧區(qū)1.5hr，缺氧區(qū)8.0hr，好氧區(qū)7.5hr，后置缺氧區(qū)2.0hr，后置好氧區(qū)1.5hr。進(jìn)水點(diǎn)4 個：1 個預(yù)缺氧區(qū)、1 個厭氧區(qū)、2 個缺氧區(qū)?；旌弦夯亓鼽c(diǎn)一個為缺氧區(qū)。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和工藝需要調(diào)節(jié)進(jìn)水點(diǎn)和進(jìn)水流量比例使AAO 可按常規(guī)AAO、改良AAO 或多級AO 工藝運(yùn)行。

污泥濃度5000mg/L，設(shè)計(jì)水溫10℃，好氧池泥齡13.31d，系統(tǒng)總污泥齡18.93d，水力停留時間21h，污泥產(chǎn)率0.8，污泥負(fù)荷0.046kgBOD5/kgMLSS·d，容積負(fù)荷0.229 kgBOD5/m3·d，內(nèi)回流比0～300%，外回流比0～100%，標(biāo)準(zhǔn)供氧速率15643.78kgO2/d，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氣量11639.72m3/h，氣水比1:7。

其中缺氧池推流器設(shè)8 臺，槳葉直徑1600mm，功率3.5kW；好氧池推流器設(shè)8 臺，槳葉直徑2100mm，功率3.5KW；內(nèi)回流泵設(shè)6 臺，流量1670m3/h，揚(yáng)程1.2m，功率10.5kW；管式曝氣器設(shè)1474 臺，7.9m3/根·h，Φ63，L=1000mm；鑄鐵鑲銅調(diào)節(jié)閘門（進(jìn)水渠）設(shè)8 臺，中心至頂板高度900mm；鑄鐵鑲銅調(diào)節(jié)閘門（污泥回流）設(shè)2 臺，中心至頂板高度1100mm；鑄鐵鑲銅圓閘門設(shè)2 臺；潛水?dāng)嚢杵髟O(shè)2 臺(預(yù)缺氧區(qū))，功率4.5kW，葉輪直徑500mm；潛水?dāng)嚢杵髟O(shè)2 臺(厭氧區(qū))，功率6.5kW，葉輪直徑600mm；潛水?dāng)嚢杵髟O(shè)4 臺(后置缺氧區(qū))，功率6.5kW，葉輪直徑600mm。

3.2 高密度沉淀池

尺寸為L×B×H=20.70m×26.3m×6.7m，污泥回流比3%～5%，高效沉淀池設(shè)2 組，由混凝池、絮凝反應(yīng)池、高效沉淀池組成。

混合池。平面尺寸2.45 m×2.0m；有效水深3m，反應(yīng)時間63.5s（平均流量時）、46.69s（高日高時流量）

絮凝反應(yīng)池。平面尺寸5.2 m×5.2m；有效水深6.3m，反應(yīng)時間735.9s（平均流量時）、541.12s（高日高時流量）

沉淀池。平面尺寸12.9 m×12.9m；斜管區(qū)平面尺寸4×5.6 m×10.0m，斜管區(qū)表面負(fù)荷7.44m/h（平均流量時）、10.12m/h（高日高時流量）

3.3 臭氧接觸池

臭氧接觸池為1 座2 格，平面尺寸L×B=23.95m×19.5m×8 m，接觸室分3 段，各段停留時間20min。

3.4 碳砂雙層濾料濾池

碳砂雙層濾料濾池設(shè)1 座8 格，單格尺寸為6m×6m，總過濾面積288m2，最大時濾速7.87m/h，濾層厚度2.4m，反沖洗強(qiáng)度11～13L/s.m2，反沖洗時間8～12min；定期大流量沖洗時，反沖洗強(qiáng)度15～18 L/s.m2，反沖洗時間8～12min。

主要設(shè)備有反洗水泵4 臺，Q=730m3/h，H=10m，N=30kW；活性炭濾料576m3，d10=1.5mm，k80=1.4，濾層厚度2m；石英砂濾料115m3，粒徑0.6mm，濾層厚度0.5m；鵝卵石承托層φ2～4mm、4～8mm 各60m3，8～16mm，30m3；濾池專用濾板288 塊，L×B×H=960×960×100mm；濾池專用濾頭14112個，φ21×440mm；進(jìn)水槽24只：L=6.35m，厚度5mm；恒壓供水機(jī)組1 套，Q=60m3/h，H=27m，配套2 臺泵，單泵32.7～56m3/h，H=30.6～24m，功率N=7.5kW。

4 節(jié)能減排措施分析

4.1 建筑節(jié)能措施

4.1.1 自然采光

在污水處理廠廠房建筑的設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化自然采光是一項(xiàng)關(guān)鍵舉措。這有助于減少電量的使用，提高能源效率。在屋頂上設(shè)置條形采光帶，并在墻體裝配高、低雙層采光窗，這些措施可以確保室內(nèi)擁有充足的自然光線，從而減少對人工照明的需求，降低了電能消耗。

4.1.2 照明

在滿足照明需求的前提下，建議采用帶3C 標(biāo)志和節(jié)能認(rèn)證標(biāo)志的燈具，這些燈具不僅具備出色的照明效果，還可以顯著降低能源消耗。同時，嚴(yán)格遵循《關(guān)于創(chuàng)建山東省節(jié)省型建設(shè)行業(yè)的意見》也是推廣節(jié)能照明的有效途徑。該政策有助于規(guī)范建筑領(lǐng)域的能源消耗，鼓勵使用符合要求的高效照明產(chǎn)品，從而推動建筑行業(yè)朝著節(jié)能目標(biāo)邁進(jìn)。

4.1.3 保溫材料

為了進(jìn)一步降低能耗，廠房的墻體和屋面可以采用創(chuàng)新的節(jié)能保溫材料。粉煤灰空心磚、空心切磚、加氣混凝土等新型材料具備輕質(zhì)、保溫性能出色的特點(diǎn)，可以在建筑中廣泛應(yīng)用。同時，高效保溫材料如發(fā)泡聚苯乙烯、巖棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖等，能夠顯著提高建筑的隔熱性能，減少能源浪費(fèi)。

此外，門窗的合理使用也至關(guān)重要，特別是在保溫隔熱性能和空氣滲透性能方面。通過增加窗玻璃層數(shù)、貼透明聚脂膜、門窗密封條、高效保溫塑料窗等措施，有助于減少室內(nèi)與室外之間的熱交換，從而降低室內(nèi)能耗。通過增加絕熱層，有效減少室內(nèi)與室外的熱傳導(dǎo)，可以進(jìn)一步降低冷熱交換帶來的能源消耗。

4.2 設(shè)備、設(shè)施節(jié)能

4.2.1 潛水泵

在污水處理系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)選擇高效率的潛水泵。為了最大程度地提高能源利用效率，應(yīng)使泵的流量和揚(yáng)程的工作效率超過80%，同時采用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動水泵，以適應(yīng)流量變化，進(jìn)一步降低能耗。

高效潛水泵能夠在提供所需水流的同時，減少能源浪費(fèi)。在選擇泵時，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程，確保泵的工作點(diǎn)在其性能曲線的高效區(qū)域。當(dāng)泵的流量和揚(yáng)程匹配度高于80%時，泵的運(yùn)行效率將大大提升，能源利用更加充分。變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動水泵也有較好的節(jié)能效果，隨著流量的變化，變頻器可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，確保泵始終在高效工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，避免了常規(guī)電機(jī)運(yùn)行過程中的能源浪費(fèi)。此外，變頻器還可以提供更加精確的流量控制，滿足不同工況下的需求，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。

4.2.2 鼓風(fēng)機(jī)

在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高能源利用效率，鼓風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。為確保鼓風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行，需將工作點(diǎn)置于效率最高的工作區(qū)域，以充分發(fā)揮其性能。通過引入變頻裝置優(yōu)化鼓風(fēng)機(jī)的能源消耗。變頻技術(shù)能根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整設(shè)備運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，同時滿足不同工況下的需求。這有助于降低能源消耗，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

4.2.3 變頻技術(shù)

通過引入變頻技術(shù)，可以將電機(jī)的工作狀態(tài)從輕載轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏~定負(fù)荷，從而提高設(shè)備的效率和功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)21%的節(jié)電率，顯著降低能源消耗。為保持設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)，需要加強(qiáng)設(shè)備和電氣維護(hù)。定期檢查、維修和保養(yǎng)設(shè)備，確保其處于良好的工作狀態(tài)，可以進(jìn)一步提高能源利用率。

為了確保設(shè)備的正常運(yùn)行，維修和操作人員也需要接受專業(yè)培訓(xùn)，全面了解設(shè)備的使用和操作方法。通過提高操作人員的技術(shù)水平，減少操作不當(dāng)帶來的能源浪費(fèi)。通過優(yōu)化設(shè)備使用效率，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的效果。

4.3 減排效果分析

擴(kuò)建工程建成后，污水處理廠出水水質(zhì)除CODcr ≤25mg/L、NH3≤1mg/L 其他指標(biāo)執(zhí)行一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)計(jì)算，建成后每年減少外排CODcr 6205t，BOD52774t，SS 3942t，氨氮496.4t，總氮511t，總磷80.3t。

5 結(jié)語

在自然采光、照明、保溫材料、潛水泵、鼓風(fēng)機(jī)及變頻技術(shù)等方面采取有效的節(jié)能措施，能夠大幅降低污水處理廠的運(yùn)行能耗，并減少了CODcr、BOD5、SS 等污染物的排放。在滿足污水出水水質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，有效緩解能源依賴性和環(huán)境壓力。