近十年來(lái)，我國(guó)城市污水處理事業(yè)發(fā)展迅速，城市污水排放量不斷增加，處理要求日益嚴(yán)格。根據(jù)《全國(guó)“十三五”城市污水處理及循環(huán)利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》和《水污染防治規(guī)劃》要求，十三五期間，我國(guó)將進(jìn)一步提升城市污水處理規(guī)模，加強(qiáng)污水處理設(shè)施升級(jí)改造，特別是敏感區(qū)域，2017年底前全面實(shí)施一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前污水處理行業(yè)發(fā)展迅速，但其高耗能的行業(yè)特點(diǎn)導(dǎo)致污水處理高能耗設(shè)施運(yùn)行成本不斷增加，能耗隨著處理標(biāo)準(zhǔn)的提高而增加。中國(guó)城市污水處理廠的電力消耗在全國(guó)總能耗中也占很大比重。根據(jù)國(guó)家能源局和住建部“全國(guó)城市污水處理管理信息系統(tǒng)”發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2018年底，全國(guó)共有城市污水處理廠5360座，處理能力2.01億m3/d；2018年，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理工廠用電量192億kW·h，約占當(dāng)年全社會(huì)用電量的0.28%，呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。圖1顯示了2007-2018年中國(guó)城市污水處理電廠總用電量和噸水電耗量的變化。從圖中可以看出，隨著我國(guó)城市污水處理事業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)城市污水處理的用電量和噸水電消耗量快速增長(zhǎng)。如何使污水處理廠在滿足處理要求的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平以節(jié)能降耗，節(jié)約運(yùn)行成本成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

一、污水處理工廠能耗特性研究

1.1 污水處理工廠基本信息

為了研究我國(guó)典型城鎮(zhèn)污水處理電廠的能耗水平和主要用電分布情況，作者對(duì)我國(guó)不同地區(qū)具有代表性的污水處理電廠進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。其間選取了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行兩年以上(不間斷運(yùn)行)、負(fù)荷率不低于80%的7個(gè)污水廠，對(duì)各區(qū)用電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。污水廠的基本情況見表1。

1.2污水處理裝置能耗特性分析

所選的7座污水廠均符合《城鎮(zhèn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》污水處理一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918—2002)。根據(jù)工藝流程，可分為一級(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理、污泥處理和中水五個(gè)功能區(qū)。分別安裝用電統(tǒng)計(jì)裝置，記錄一年的用電量。

每噸污水的水電消耗及各功能分區(qū)的電力消耗百分比見圖2。從圖中可以看出，2017年入選污水處理廠的平均噸電耗保持在0.2 ~ 0.45 kW·h/m3。根據(jù)五個(gè)采用A2O處理工藝的污水處理廠的數(shù)據(jù)，噸電耗與處理規(guī)模之間存在明顯的相關(guān)性。處理規(guī)模5萬(wàn)m3/d的E廠每噸電耗為0.43 kW·h/m3，處理能力10萬(wàn)m3/d以上的污水廠每噸電耗低于0.3 kW·h/m3。處理規(guī)模越大，功耗越低。各污水廠二級(jí)處理段能耗較大，占總用電量的50% ~ 65%，其次是一級(jí)處理段和深度處理段，平均分別占19%和16%，部分廠中水用電量占5%以上。

筆者選取了A廠一年全流程主要設(shè)備的代表性用電量，系統(tǒng)分析了各設(shè)備的用電量。一級(jí)處理段主要用電設(shè)備為進(jìn)水提升泵，二級(jí)處理段為風(fēng)機(jī)、螺旋槳和回流泵，深度處理段為二級(jí)提升泵，污泥處理段為污泥脫水機(jī)，中水段為提升泵。

A廠各裝置和設(shè)備的電耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，二級(jí)處理裝置和污水升級(jí)的能耗較高，約占整個(gè)污水處理廠總能耗的80%。一級(jí)處理電耗比例達(dá)到20%，其中進(jìn)水提升泵電耗占該單元電耗的85%；二級(jí)處理單元的能耗主要集中在鼓風(fēng)機(jī)、攪拌器和內(nèi)外回流泵上，其中鼓風(fēng)機(jī)占單元電耗的59%，占全廠總電耗的43%。廠內(nèi)能耗較大的處理單元為生物處理工段、進(jìn)水泵房和二級(jí)提升泵房，節(jié)能降耗的關(guān)鍵設(shè)備為風(fēng)機(jī)和提升泵。

二，分析節(jié)能降耗的途徑

2.1設(shè)備選擇和優(yōu)化

在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證較大的流量需求，國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市污水處理工廠(尤其是較早建設(shè)的污水處理工廠)普遍存在設(shè)備選型過(guò)多、配置單一、恒速運(yùn)行等不合理的問(wèn)題。污水廠運(yùn)行過(guò)程中，由于進(jìn)水波動(dòng)較大，進(jìn)水提升泵不能始終運(yùn)行在高效區(qū)，能效較低。同時(shí)，污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)往往與設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)相差較大。在進(jìn)水水質(zhì)水量波動(dòng)的情況下，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由于種類多、型號(hào)單一，造成能耗浪費(fèi)，運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性差，也可能導(dǎo)致好氧池DO高，然后DO高的內(nèi)回流混合物會(huì)進(jìn)入缺氧池，造成進(jìn)水碳源損失。由于風(fēng)機(jī)選型過(guò)大，在部分被調(diào)查污水廠滿負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)導(dǎo)流葉片開度調(diào)整至30%時(shí)，仍有部分需放空維持好氧池正常DO水平，噸電耗明顯高于其他同類型污水廠。因此，提高設(shè)備配置水平，合理選擇設(shè)備是污水處理廠降低能耗的關(guān)鍵。

隨著行業(yè)節(jié)能意識(shí)的提高和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，污水處理廠在新建或改造時(shí)已經(jīng)開始注重設(shè)備的優(yōu)化配置或技術(shù)改造，如采用變頻技術(shù)、匹配和選擇不同類型的設(shè)備、工頻和變頻設(shè)備的組合配置、轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪等。，以增強(qiáng)污水廠運(yùn)行的靈活性。例如，在入口提升泵的配置設(shè)計(jì)中，一般至少配置一臺(tái)變頻泵或一臺(tái)小泵，以應(yīng)對(duì)污水處理廠入口水量的波動(dòng)，同時(shí)達(dá)到節(jié)省入口提升泵能耗的目的。

2.2峰值功耗

為緩解我國(guó)高峰時(shí)段負(fù)荷高、電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差大等電力供應(yīng)緊張問(wèn)題，國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)政策，各省市根據(jù)不同時(shí)段用電負(fù)荷制定了峰平谷電價(jià)和峰平谷電價(jià)等不同電價(jià)，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)依次降低。根據(jù)對(duì)城市污水處理廠的調(diào)查，部分污水廠在保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)增加運(yùn)行負(fù)荷，在用電高峰期減少設(shè)備運(yùn)行次數(shù)或頻率，將用電高峰期的部分電網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到用電低谷期，從而降低電網(wǎng)的峰谷負(fù)荷差。這樣可以降低污水廠的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源的優(yōu)化配置。以下面污水處理廠X為例進(jìn)行分析，其峰谷用電量及分布如圖3所示。

十、該廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，水量變異系數(shù)設(shè)計(jì)值為1.3，運(yùn)行負(fù)荷為80%，處理工藝為氧化溝工藝，出水水質(zhì)符合《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，平均電耗為0.24 kW·h/m3。X廠所在城市豐平谷的三個(gè)時(shí)段分別為8小時(shí)。從圖3可以看出，高峰期用電量相對(duì)穩(wěn)定，月均約40萬(wàn)kW·h，占總用電量的25.7%，占比很?。黄骄秒娏烤?，占總用電量的30.6%；主要用電量集中在低谷期，占總用電量的43.7%。根據(jù)工廠所在城市電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，大工業(yè)用電電費(fèi)峰值為1.0167元/(kW·h)(6-8月為1.0788元/(kW·h)，平均值為0.675元/(kW·h)，谷值為0.4203元/(kW·h)，X廠錯(cuò)峰通過(guò)。

三。結(jié)論

Urban 污水處理工廠通過(guò)提高設(shè)備配置水平和技術(shù)改造，可以有效避免因設(shè)備選型過(guò)多、運(yùn)行效率低下等設(shè)計(jì)原因造成的能源浪費(fèi)。在運(yùn)行過(guò)程中，在出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的情況下，污水處理廠可以將部分高峰用電運(yùn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低負(fù)荷時(shí)段，有效降低運(yùn)行成本。(來(lái)源:中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院有限公司)

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