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[摘 要]污水处理行业属于能耗密集型行业，高成本、高能耗对我国城镇污水处理厂的建设和管理造成了严重阻碍，在不足的能源供应下，对污水处理工艺和减少设备能耗等问题进行研究是非常必要的，不断找寻能量优化策略、使污水处理的高效性和低能耗得以实现，加大城镇污水处理方面建设，确保我国的水资源环境的安全。本文分析了我国城镇污水处理厂节能降耗研究现状，探讨了其发展趋势，希望能为相关人员提供理论参考依据。
[关键词]城镇污水处理厂；节能降耗；研究现状；发展趋势
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）19-0259-01
引言：随着社会的不断进步，越来越多国家面临诸多的环境污染问题，水域水质严重下降的现象不断发生，水中生物数量越来越少，物种不断地消亡，人类健康受到越来越严重的威胁，各国对污水处理及加大污水处理设施建设越来越重视，因此对城镇污水处理厂节能降耗技术研究是非常必要的。
1 我国城镇污水处理厂节能降耗研究现状
城镇污水处理行业是高消耗能源行业，电能、药耗和燃料是其主要能源消耗的几个方面。其中污水处理厂中大型用电设备有搅拌推进器、潜水泵、风机、螺杆泵等。在污水处理工艺过程中，大量消耗能源工艺过程有：污泥处理、生物处理供氧、污水提升和污泥等，其中比重最大的是污泥处理和污水生物处理过程，生化处理阶段中在曝气、污水提升及污泥处理等方面能源消耗也较大。目前在我国常见的二级城镇污水处理厂能源消耗中，总能耗10%～20%是污水提升，总能耗的50%～70%是污水生物处理能耗（主要用于曝气供氧），总能耗的10%～25%是污泥处理，直接总能耗的70%以上是这三者能源消耗之和。
2 我国城镇污水处理厂节能降耗措施
2.1 污水提升
污水处理厂进水均处于管网系统末端，其高程相对较低，所以需要用提升泵将污水提升至处理系统中，此过程耗能较多，是节能降耗的重要节点之一。首先，在污水处理工艺设计阶段，需要全面调研现有管网系统和污水处理全流程设施，尽可能降低需要提升的污水随处理设施的高程差，并考虑采用淹没流模式。其次，需要根据污水提升量及其变化特征，选择合适的泵及其组合方式。根据管道系统尤其是污水流量的变化特性曲线选择合适的泵，满足泵运行的高效运行效率区间并在高水位条件下运行。再者，注重泵和电机之间的匹配度，强化电机的高效运行。另外，注重管道设计，保障系统结构紧凑与运行流畅，减少弯管和管道长度，降低管道输运系统的阻力和能耗。
2.2 曝气系统
当前我国城镇污水处理厂在对污水中有机物进行降解时主要采用好氧处理工艺，通过利用曝气方法向污水混合液中供氧，使污水中有机物与微生物之间能够有效接触，实现有机物的降解。首先，合理对曝气系统规模进行确定。在污水处理厂设计客串，需要以时高峰或是日高峰需氧量来确定曝气系统的规模。而且在曝气系统运行过程中，采取合理的控制措施，这样即使在氧气不足的情况下，活性污泥浊也能够正常运行一段时间，不会对水质带来太大的影响。其次，在选择曝气设备时要综合考虑供氧能力与调节能力。污水处理厂曝气系统曝气效率的好坏与曝气设备的设计规模和可调节性有了直接的关系，因此在具体设计时，需要综合考虑供氧能力和调节能力，并以此作为依据来选择曝气设备，从而实现曝气系统的节能。再次，有效对风量进行控制。污水处理厂风量需要借助于气阀调节来进行控制，因此可以采用变频调速系统，自动控制风量，实现良好的节能效果。最后，在反应器结构设计时要与氧传递规律有效结合。
2.3 污泥处理
现阶段我国的污泥处理要想减少污泥脱水系统的能耗，不仅要选择高效絮凝剂，还要科学的调整各个环节的关系，降低电耗和用水量，提高压滤机的效率。其一，选择高效低能耗设备。随着科学技术的不断进步和发展，目前开发了带式浓缩脱水一体机和卧螺沉降离心脱水机，这两种设备占地面积少，自来水耗量小，能耗较低，运行条件好，设备磨损率低，运行费用低，得到了广泛的应用。其二，厌氧沼气的利用。污水的厌氧处理可产生甲烷沼气，将沼气送至锅炉房或者居民住宅燃烧，可用于消化池加温、污水厂取暖等。另一方面，沼气还可以用于发电，降低污水厂电能消耗及运行费用。
2.4 药剂消耗节能措施
在污泥消毒、调理及除磷过程中都需要消耗一定量的药剂，虽然消耗比例并不大，但也存在着一定的節能空间。即在除磷环节，可以采用生物除磷技术，不仅不需要投加药剂，而且污泥产量也少。选择化学除磷时，可以使用高分子混凝剂来进行除磷，降低药剂的消耗。为了有效的提升污泥的脱水性能，需要进行污泥调理，通常会以化学调理和物理调理两种工艺为主。选使用辐射技术进行污泥消毒，不需要高温高压，有利于实现节能降耗的目标。
3 我国城镇污水处理厂节能降耗发展趋势
随着我国污水处理厂建设的完善，未来对污水处理厂运行节能降耗需求会越来越强烈，尤其是基于精细化管理和污水处理全程优化的理念值得深入实践。重点内容包括：1）建立基于污水处理系统节能降耗的精细化综合设计、运行与管理模式。通过对污水处理工艺采用精细化调控技术，包括运行参数调控、碳源分配、曝气模式控制等，能够提高能源利用效率，实现工艺功能提升。所以未来需要从全流程角度进行节能降耗分析；2）开发新型节能降耗的污水处理工艺。深入研究污水中污染物去除机制及其功能菌的驯化，开发新型污水处理工艺，降低对传统好氧污染物去除的依赖，尤其是基于厌氧的污水处理工艺（包括厌氧氨氧化、厌氧甲烷化、厌氧硝化以及厌氧磷化氢化等）。此外，深入推进关于污水处理能源化与资源化的实践，也是节能降耗的技术途径之一；3）基于污水处理工艺过程的模拟与精确控制技术研究与应用。现今曝气控制模式主要是控制DO或者氨氮等，根据其浓度进行反馈等实现自动控制目的。未来需要进一步研究基于生化过程模拟的污水处理过程精细化控制模式与方法。同时，针对控制指标，优化和开发新型电极等也是需要进一步研究的对象。针对不同工艺，建立相应的关键能耗特征指标，并开展相应的评价与优化运行，也是未来需要深入研究的对象。
结语
城镇污水处理厂的节能降耗，可以更好的促进城镇的可持续发展。因此在实际工作中，提高对污水处理厂能耗有效认识，选择更为合理工艺系统，在确保处理后污水能够符合排放的标准，更好的实现对水资源环境的保护的目标的同时降低能源消耗。
参考文献
[1] 李卫.城镇污水处理厂运行能耗分布特征及工况控制研究[D].西南交通大学，2016.
[2] 刘晓惠.浅析城市污水处理厂升级改造[J].广东化工，2016，43（11）：176+173.
[3] 刘燕，郭伟杰.降低城市污水处理厂能耗的策略研究[J].山东工业技术，2016，（21）：58.
[关键词]城镇污水处理厂；节能降耗；研究现状；发展趋势
中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）19-0259-01
引言：随着社会的不断进步，越来越多国家面临诸多的环境污染问题，水域水质严重下降的现象不断发生，水中生物数量越来越少，物种不断地消亡，人类健康受到越来越严重的威胁，各国对污水处理及加大污水处理设施建设越来越重视，因此对城镇污水处理厂节能降耗技术研究是非常必要的。
1 我国城镇污水处理厂节能降耗研究现状
城镇污水处理行业是高消耗能源行业，电能、药耗和燃料是其主要能源消耗的几个方面。其中污水处理厂中大型用电设备有搅拌推进器、潜水泵、风机、螺杆泵等。在污水处理工艺过程中，大量消耗能源工艺过程有：污泥处理、生物处理供氧、污水提升和污泥等，其中比重最大的是污泥处理和污水生物处理过程，生化处理阶段中在曝气、污水提升及污泥处理等方面能源消耗也较大。目前在我国常见的二级城镇污水处理厂能源消耗中，总能耗10%～20%是污水提升，总能耗的50%～70%是污水生物处理能耗（主要用于曝气供氧），总能耗的10%～25%是污泥处理，直接总能耗的70%以上是这三者能源消耗之和。
2 我国城镇污水处理厂节能降耗措施
2.1 污水提升
污水处理厂进水均处于管网系统末端，其高程相对较低，所以需要用提升泵将污水提升至处理系统中，此过程耗能较多，是节能降耗的重要节点之一。首先，在污水处理工艺设计阶段，需要全面调研现有管网系统和污水处理全流程设施，尽可能降低需要提升的污水随处理设施的高程差，并考虑采用淹没流模式。其次，需要根据污水提升量及其变化特征，选择合适的泵及其组合方式。根据管道系统尤其是污水流量的变化特性曲线选择合适的泵，满足泵运行的高效运行效率区间并在高水位条件下运行。再者，注重泵和电机之间的匹配度，强化电机的高效运行。另外，注重管道设计，保障系统结构紧凑与运行流畅，减少弯管和管道长度，降低管道输运系统的阻力和能耗。
2.2 曝气系统
当前我国城镇污水处理厂在对污水中有机物进行降解时主要采用好氧处理工艺，通过利用曝气方法向污水混合液中供氧，使污水中有机物与微生物之间能够有效接触，实现有机物的降解。首先，合理对曝气系统规模进行确定。在污水处理厂设计客串，需要以时高峰或是日高峰需氧量来确定曝气系统的规模。而且在曝气系统运行过程中，采取合理的控制措施，这样即使在氧气不足的情况下，活性污泥浊也能够正常运行一段时间，不会对水质带来太大的影响。其次，在选择曝气设备时要综合考虑供氧能力与调节能力。污水处理厂曝气系统曝气效率的好坏与曝气设备的设计规模和可调节性有了直接的关系，因此在具体设计时，需要综合考虑供氧能力和调节能力，并以此作为依据来选择曝气设备，从而实现曝气系统的节能。再次，有效对风量进行控制。污水处理厂风量需要借助于气阀调节来进行控制，因此可以采用变频调速系统，自动控制风量，实现良好的节能效果。最后，在反应器结构设计时要与氧传递规律有效结合。
2.3 污泥处理
现阶段我国的污泥处理要想减少污泥脱水系统的能耗，不仅要选择高效絮凝剂，还要科学的调整各个环节的关系，降低电耗和用水量，提高压滤机的效率。其一，选择高效低能耗设备。随着科学技术的不断进步和发展，目前开发了带式浓缩脱水一体机和卧螺沉降离心脱水机，这两种设备占地面积少，自来水耗量小，能耗较低，运行条件好，设备磨损率低，运行费用低，得到了广泛的应用。其二，厌氧沼气的利用。污水的厌氧处理可产生甲烷沼气，将沼气送至锅炉房或者居民住宅燃烧，可用于消化池加温、污水厂取暖等。另一方面，沼气还可以用于发电，降低污水厂电能消耗及运行费用。
2.4 药剂消耗节能措施
在污泥消毒、调理及除磷过程中都需要消耗一定量的药剂，虽然消耗比例并不大，但也存在着一定的節能空间。即在除磷环节，可以采用生物除磷技术，不仅不需要投加药剂，而且污泥产量也少。选择化学除磷时，可以使用高分子混凝剂来进行除磷，降低药剂的消耗。为了有效的提升污泥的脱水性能，需要进行污泥调理，通常会以化学调理和物理调理两种工艺为主。选使用辐射技术进行污泥消毒，不需要高温高压，有利于实现节能降耗的目标。
3 我国城镇污水处理厂节能降耗发展趋势
随着我国污水处理厂建设的完善，未来对污水处理厂运行节能降耗需求会越来越强烈，尤其是基于精细化管理和污水处理全程优化的理念值得深入实践。重点内容包括：1）建立基于污水处理系统节能降耗的精细化综合设计、运行与管理模式。通过对污水处理工艺采用精细化调控技术，包括运行参数调控、碳源分配、曝气模式控制等，能够提高能源利用效率，实现工艺功能提升。所以未来需要从全流程角度进行节能降耗分析；2）开发新型节能降耗的污水处理工艺。深入研究污水中污染物去除机制及其功能菌的驯化，开发新型污水处理工艺，降低对传统好氧污染物去除的依赖，尤其是基于厌氧的污水处理工艺（包括厌氧氨氧化、厌氧甲烷化、厌氧硝化以及厌氧磷化氢化等）。此外，深入推进关于污水处理能源化与资源化的实践，也是节能降耗的技术途径之一；3）基于污水处理工艺过程的模拟与精确控制技术研究与应用。现今曝气控制模式主要是控制DO或者氨氮等，根据其浓度进行反馈等实现自动控制目的。未来需要进一步研究基于生化过程模拟的污水处理过程精细化控制模式与方法。同时，针对控制指标，优化和开发新型电极等也是需要进一步研究的对象。针对不同工艺，建立相应的关键能耗特征指标，并开展相应的评价与优化运行，也是未来需要深入研究的对象。
结语
城镇污水处理厂的节能降耗，可以更好的促进城镇的可持续发展。因此在实际工作中，提高对污水处理厂能耗有效认识，选择更为合理工艺系统，在确保处理后污水能够符合排放的标准，更好的实现对水资源环境的保护的目标的同时降低能源消耗。
参考文献
[1] 李卫.城镇污水处理厂运行能耗分布特征及工况控制研究[D].西南交通大学，2016.
[2] 刘晓惠.浅析城市污水处理厂升级改造[J].广东化工，2016，43（11）：176+173.
[3] 刘燕，郭伟杰.降低城市污水处理厂能耗的策略研究[J].山东工业技术，2016，（21）：58.