城市污水处理厂节能技术与发展
近年来，中国的城市污水处理进程加速，水污染治理 和再生水回用已成为各地政府及社会普遍关注的问题。截 至2010年底，全国城镇累计建成污水处理厂2 830余座，总 处理能力已达到1.25亿m3 /d，全年累计处理279亿m3 /d，年削 减COD约 900万t，城市污水处理厂已经成为削减COD和氮 磷等物质的最重要手段之一。
城市污水处理是能源密集的行业之一。目前，大多 数污水处理厂普遍采用的活性污泥好氧生物处理工艺，已 实现了污染物的消减, 但也是一个能源的消耗过程。在常 规的城市污水处理厂运行成本中，电费占30%～50%，其 中污水生物处理系统中的电耗占污水处理厂全厂电耗的 40%～50%。
高科技为污水处理厂提高能量效率及应用新的节能措 施提供了新的机会。欧美等国家已从2000年开始，着力研 究城市污水处理厂的高效节能与智能控制技术；我国也在 “十一五”期间加大了对城市污水处理厂直接能耗控制技 术的研究和推广应用。
污水处理厂的能耗是指污水处理运行工艺中外界供给 的电能、煤等的消耗如用于污水提升、预处理、二级生物 处理、污水消毒、污泥处理处置等所消耗的能量。在污水 处理过程中，污水提升、二级处理（曝气、回流）、污泥 处理处置等的能耗约占全部能耗的90%以上。
污水处理厂的节能技术和措施可以从合理优化单元构筑 物的运行、实现工艺过程中各环节的设备配置以及对工艺过 程实现优化控制几方面着手，充分挖掘污水处理厂全过程 各个环节的节能潜力，以下仅列举一些我们在大型污水处 理厂探索性应用后具有明显效果的节能调控策略和措施。
1 进水泵房优化运行
与国外城市污水处理厂相比，我国在污水处理工艺选 择、工程设计和设备选型等方面并不落后，但在单元构筑 物的运行管理和优化调控方面尚有较多优化空间。
进水泵房是污水处理厂污水提升所必需的重要构筑 物，污水处理厂的来水量通常存在季节性变化，由于用水 波动，一天24h中也有水量的峰值和谷值出现，制定不同 季节、每日不同时间的水泵开停运行组合方案和调整措 施，可以直接节省水泵的耗电。实现水泵节能降耗、经济 运行还可以通过两个具体途径进行。一个是尽量提高泵前 池水位，降低水泵扬程，增加水泵在高效率区内的运行时 间，这样既提高了水泵效率又减少了电耗；另一个途径就 是充分利用输水管网的调蓄能力，也可以减少水泵的开启 时间。通过水泵的编组运行、液位监测实现低水位差运行 等措施，整个泵房的电能可以减少10%～15%。
2 曝气池的工艺优化控制
曝气池是活性污泥处理系统中的核心构筑物，它的主 要功能是去除污水中COD、氨氮、总氮等主要污染物, 也 是污水处理厂工艺环节中最大的耗能单元。由于进入曝气 池的污染物通常每天呈现规律性变化，而曝气池一般都是 通过稳态设计方法确定的构筑物尺寸和运行参数，设计中 使用较大的安全系数来克服进水的动态变化，这不仅增加 了处理系统的建造成本，也使得处理工艺绝大部分时间内 运行在非满负荷条件下，导致系统的运行能耗的升高。在 运行过程中，可以通过实时的监测水质对其工艺参数进行 动态调节，针对耗能的关键因素进行详细分析后提出工艺调整方案，对于曝气池的节能具有非常大的意义。
仅以采用A2 /O工艺的污水处理厂为例，在某污水处 理厂运行中发现，曝气池沿程观测时，经常有曝气段过 长、过度曝气的现象，原因是进水中氨氮等污染物浓度 经常发生规律性变化,针对这个问题提出了节能方案： 在进水氨氮浓度处于低谷时, 缩短曝气段长度维持曝气 池DO在较低水平（2～3mg/L）,将其余曝气段变成缺氧 区；当进水氨氮浓度提高后, 恢复曝气段的长度。采用这 一工艺调整策略，既不影响COD的去除和硝化效果，又 可以提高约14%的TN去除率，而且可以节约17%左右的 曝气能耗。
降低内回流比也是曝气池工艺优化的一种节能手段, 当进水氨氮浓度处于低谷, 缺氧段出水中含有较高浓度的 NO3—N时, 可将好氧段前段不曝气调整为缺氧池，并严 格控制曝气池DO在2～3mg/L，将内回流比由300%调整为 200%，即可保证出水达标,又可节约内回流的能耗。
3 精确控制曝气池溶解氧水平
溶解氧是现有污水处理厂曝气过程控制的首要监测因 素，在曝气池的生物处理过程中，一般安装2～3处监测仪实 时监测溶解氧，通过设定各点溶解氧值来控制鼓风机的曝 气量，实现生化反应生物生长所需的氧环境。这种方法是最 基本的曝气量控制模式，但是由于水质波动，曝气池内各点 对溶解氧的需求不断变化，鼓风机的送气量不断调整，造 成池内溶解氧的较大波动，同时也增大了鼓风机的能耗。 精确曝气是一个集成的控制系统（见图1），实现污 水处理控制由单变量调节向多参数综合优化控制的转变， 对于污水处理效果影响显著的进水氨氮浓度、溶解氧、曝 气量、污泥内外回流比等参数进行综合优化，分析单一参 数变化对生化反应过程的影响，通过优化算法实现多种控 制参数和运行能耗的优化选择。系统通过动态控制曝气量 可以为生物处理过程提供精确曝气，即使受到进水负荷变动的冲击，仍能使工艺处于平稳状态，实现工艺精细化控 制，同时降低曝气能耗。
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鼓风机是污水厂的核心工艺设备，是曝气系统的源 头，鼓风机流量应该能连续调整以精确满足工艺需要。采 用可以进行双导叶调节的单级离心式鼓风机在大型污水处 理厂节电效果更明显, 精确曝气系统根据当前进水流量、 进水负荷实时计算出所需空气总量，并且传递给鼓风机的 主控制系统，通过空气总量设定值对各鼓风机进行启停、 进出风导叶的调节操作，满足生化系统对曝气量的需求， 避免了进水负荷高峰时的曝气不足和进水负荷低谷时的曝 气过量，实现了工艺的精细化、稳定化控制，节约了曝气 能耗。另一方面，鼓风机如果调解不当喘振会带来很大的 设备损伤，精确曝气系统同时可以给出当前工况下的喘振 压力保护值，有利于保护鼓风机的运行。
鼓风机的开启模式也会影响其能耗，通常选用开启度 能达到50%的风机。因为如果1台风机不能满足对通风量的 要求，可以开启第2台，然后让2台风机在近似最小流量条 件下运行。这样既可以减少调节步骤，又可以满足工艺需 要，从而使风机功率最小化。在进出风导叶调整后鼓风机 主机电流的下降将直接降低风机的用电量（见图2）。采 用精确曝气系统，在大型污水处理厂进行节能实践，可以 节省生化反应系统能耗10%～17%。
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4 结语
根据污水处理厂进水水质、水量的变化，采用工艺优 化，过程精细控制，设备设施优化运行等手段和措施能够 降低污水处理的直接能耗。工程运行实践表明，采用这些 技术措施可以降低污水处理成本20%～30%。
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