污水处理节能降耗的途径
近十年来，我国城市污水处理事业发展迅速，城市污水排放量不断增加，处理要求日益严格。根据《全国“十三五”城市污水处理及循环利用设施建设规划》和《水污染防治规划》要求，十三五期间，我国将进一步提升城市污水处理规模，加强污水处理设施升级改造，特别是敏感区域，2017年底前全面实施一级A排放标准。
目前污水处理行业发展迅速，但其高耗能的行业特点导致污水处理高能耗设施运行成本不断增加，能耗随着处理标准的提高而增加。中国城市污水处理厂的电力消耗在全国总能耗中也占很大比重。根据国家能源局和住建部“全国城市污水处理管理信息系统”发布的数据，截至2018年底，全国共有城市污水处理厂5360座，处理能力2.01亿m3/d；2018年，我国城镇污水处理工厂用电量192亿kW·h，约占当年全社会用电量的0.28%，呈逐年增长趋势。图1显示了2007-2018年中国城市污水处理电厂总用电量和吨水电耗量的变化。从图中可以看出，随着我国城市污水处理事业的快速发展，我国城市污水处理的用电量和吨水电消耗量快速增长。如何使污水处理厂在满足处理要求的同时，提高设计和运行水平以节能降耗，节约运行成本成为人们重点关注的问题。
一、污水处理工厂能耗特性研究
1.1 污水处理工厂基本信息
为了研究我国典型城镇污水处理电厂的能耗水平和主要用电分布情况，作者对我国不同地区具有代表性的污水处理电厂进行了实地调研。其间选取了连续稳定运行两年以上(不间断运行)、负荷率不低于80%的7个污水厂，对各区用电量进行监测。污水厂的基本情况见表1。
1.2污水处理装置能耗特性分析
所选的7座污水厂均符合《城镇污染物排放标准》污水处理一级A排放标准(GB18918—2002)。根据工艺流程，可分为一级处理、二级处理、深度处理、污泥处理和中水五个功能区。分别安装用电统计装置，记录一年的用电量。
每吨污水的水电消耗及各功能分区的电力消耗百分比见图2。从图中可以看出，2017年入选污水处理厂的平均吨电耗保持在0.2 ~ 0.45 kW·h/m3。根据五个采用A2O处理工艺的污水处理厂的数据，吨电耗与处理规模之间存在明显的相关性。处理规模5万m3/d的E厂每吨电耗为0.43 kW·h/m3，处理能力10万m3/d以上的污水厂每吨电耗低于0.3 kW·h/m3。处理规模越大，功耗越低。各污水厂二级处理段能耗较大，占总用电量的50% ~ 65%，其次是一级处理段和深度处理段，平均分别占19%和16%，部分厂中水用电量占5%以上。
笔者选取了A厂一年全流程主要设备的代表性用电量，系统分析了各设备的用电量。一级处理段主要用电设备为进水提升泵，二级处理段为风机、螺旋桨和回流泵，深度处理段为二级提升泵，污泥处理段为污泥脱水机，中水段为提升泵。
A厂各装置和设备的电耗统计结果表明，二级处理装置和污水升级的能耗较高，约占整个污水处理厂总能耗的80%。一级处理电耗比例达到20%，其中进水提升泵电耗占该单元电耗的85%；二级处理单元的能耗主要集中在鼓风机、搅拌器和内外回流泵上，其中鼓风机占单元电耗的59%，占全厂总电耗的43%。厂内能耗较大的处理单元为生物处理工段、进水泵房和二级提升泵房，节能降耗的关键设备为风机和提升泵。
二，分析节能降耗的途径
2.1设备选择和优化
在设计时，为了保证较大的流量需求，国内大多数城市污水处理工厂(尤其是较早建设的污水处理工厂)普遍存在设备选型过多、配置单一、恒速运行等不合理的问题。污水厂运行过程中，由于进水波动较大，进水提升泵不能始终运行在高效区，能效较低。同时，污水厂实际进水水质往往与设计进水水质相差较大。在进水水质水量波动的情况下，风机系统由于种类多、型号单一，造成能耗浪费，运行调节灵活性差，也可能导致好氧池DO高，然后DO高的内回流混合物会进入缺氧池，造成进水碳源损失。由于风机选型过大，在部分被调查污水厂满负荷运行过程中，当导流叶片开度调整至30%时，仍有部分需放空维持好氧池正常DO水平，吨电耗明显高于其他同类型污水厂。因此，提高设备配置水平，合理选择设备是污水处理厂降低能耗的关键。
随着行业节能意识的提高和节能技术的发展，污水处理厂在新建或改造时已经开始注重设备的优化配置或技术改造，如采用变频技术、匹配和选择不同类型的设备、工频和变频设备的组合配置、转动叶轮等。，以增强污水厂运行的灵活性。例如，在入口提升泵的配置设计中，一般至少配置一台变频泵或一台小泵，以应对污水处理厂入口水量的波动，同时达到节省入口提升泵能耗的目的。
2.2峰值功耗
为缓解我国高峰时段负荷高、电网峰谷负荷差大等电力供应紧张问题，国家出台了相关政策，各省市根据不同时段用电负荷制定了峰平谷电价和峰平谷电价等不同电价，收费标准依次降低。根据对城市污水处理厂的调查，部分污水厂在保证出水稳定达标的前提下，在电网负荷较低时增加运行负荷，在用电高峰期减少设备运行次数或频率，将用电高峰期的部分电网负荷转移到用电低谷期，从而降低电网的峰谷负荷差。这样可以降低污水厂的运行成本，实现社会资源的优化配置。以下面污水处理厂X为例进行分析，其峰谷用电量及分布如图3所示。
十、该厂设计规模为20万m3/d，水量变异系数设计值为1.3，运行负荷为80%，处理工艺为氧化沟工艺，出水水质符合《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A排放标准，平均电耗为0.24 kW·h/m3。X厂所在城市丰平谷的三个时段分别为8小时。从图3可以看出，高峰期用电量相对稳定，月均约40万kW·h，占总用电量的25.7%，占比很小；平均用电量均衡，占总用电量的30.6%；主要用电量集中在低谷期，占总用电量的43.7%。根据工厂所在城市电费标准，大工业用电电费峰值为1.0167元/(kW·h)(6-8月为1.0788元/(kW·h)，平均值为0.675元/(kW·h)，谷值为0.4203元/(kW·h)，X厂错峰通过。
三。结论
Urban 污水处理工厂通过提高设备配置水平和技术改造，可以有效避免因设备选型过多、运行效率低下等设计原因造成的能源浪费。在运行过程中，在出水稳定达标的情况下，污水处理厂可以将部分高峰用电运行负荷转移到低负荷时段，有效降低运行成本。(来源:中国市政工程华北设计研究院有限公司)
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