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【提要】城市污水处理是高能耗产业之一，在保障污水处理量、中水回用水质和尾水达标排放的前提下，提高能源利用率，对缓解能源危机具有十分重要的意义。以莱芜市第三污水处理厂（采用A2/O工艺+深度处理）为例，通过对一级处理、二级处理、深度处理、污泥处理各单元能耗及各设备能耗分布的分析，提出了各处理单元设备的节能潜力及相应的节能措施。
【关键词】污水处理；能耗；提升泵；鼓风机
中图分类号： U664 文献标识码： A
随着莱芜市城市化进程的不断加快和环境保护要求的提高，污水收集系统逐渐完善，城市污水处理厂越来越多，污水处理率也越来越高。但是污水处理属高能耗密集型行业，其消耗的能源主要包括电、药剂等，电耗占总能耗的60%~90%[1]。高能耗不仅导致污水处理成本升高而且高能耗造成的高处理成本，致使一些中小型污水处理厂难以正常运行，污水处理厂的减排效益得不到正常发挥。因此对污水处理厂能耗进行分析，对污水处理厂的运行进行优化管理，节约能源费用，降低处理成本是保障污水处理厂正常运行的必要手段[2]。
莱芜市已建设运行污水处理厂4座，但是对于莱芜市城市污水处理厂能耗的全面调查分析还不完善。以莱芜市第三污水处理厂为例，通过对莱芜市第三污水处理厂全流程的能耗调查，分析污水处理系统各处理单元的能耗分布情况及各处理单元设备的节能潜力，提出城市污水处理厂相应的节能措施，对城市污水处理厂节能降耗具有一定的指导意义。
一、莱芜市第三污水处理厂的基本情况
莱芜市第三污水处理厂设计规模近期为20000m3/d，远期为40000m3/d，采用A2/O工艺+深度处理工艺，污泥处理采用厌氧消化方式经机械脱水后焚烧，处理出水经加氯消毒后，一部分用于循环冷却用水，其余排放至莲河。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A排放标准，污水处理工艺流程见图1。
图1 第三污水处理厂工艺流程
二、各处理单元能耗分析情况
对莱芜市第三污水处理厂各单元能耗进行了综合分析，结果表明二级处理单元能耗最大，占整个污水处理厂总能耗的58.48%，其次是深度处理单元，占总能耗的18.7%，再次是预处理单元，占总能耗的13.15%，污泥处理单元与路灯照明等其它部分所占总能耗的比例分别是8.67%与1%。
（一）预处理单元能耗分析
预处理单元各设备能耗分布见表1。
表1 预处理单元各设备能耗分布
由表1可知提升泵占预处理单元能耗的78.51%，占全长总电耗的10.33%，是预处理单元最大的耗能设备，是该单元节能的关键设备。
（二）二级处理单元能耗分析
二级处理单元各设备能耗分布见表2
表2 二级处理单元各设备能耗分布
二级处理单元的能耗主要集中在鼓风机、外回流泵、搅拌器，鼓风机占二级处理单元电耗的63.57%，占总运行电耗的37.18%，是全厂最大的耗能设备。
（三）深度处理单元能耗分析
深度处理单元各设备能耗分布见表3
表3深度处理单元各设备能耗分布
深度处理单元的能耗主要集中在二次提升泵和射流电机及鼓风机上，二次提升泵占深度处理单元电耗的44.17%，占总运行电耗的8.26%。
（四）污泥处理单元能耗分析
污泥处理单元各设备能耗分布见表4
表4污泥处理单元各设备能耗分布
污泥处理单元的能耗主要集中在反冲洗泵和带式脱水机上。反冲洗泵占污泥处理单元电耗的28.38%，占总电耗的2.46%，因而对于污泥处理单元的节能应该在反冲洗泵和带式脱水机的节能降耗上。
三、各处理单元节能措施分析
由表1-表4可见，二级处理单元与深度处理单元占总能耗的比例分别为55.48%、18.7%，节能潜力最大，预处理单元次之。因此，节能应从这几个处理单元考虑，对其主要设备的运行状态及运行方法进行挖掘，从而实现整个污水处理系统的节能。
（一）预处理单元节能措施
提升泵是预处理单元最大的耗能设备，是该单元节能的关键设备。污水提升泵的节能主要包括①正确、科学、合理的选择配置水泵及电机，使其在高效率下工作。由于污水量往往随季节、天气、用水时间等不断变化，因此选择的水泵必须满足系统最大流量的需求。但采用最大流量选取的水泵实际上全速运转的时间不超过10%，大部分时间内处于低效运转。可根据水量变化曲线选择配置功率不同的提升泵，使提升泵处于高效率工作，尤其是一些小型污水处理厂。最近几年高效率的电机有了新的发展，但价格比较昂贵，费用比标准电机高15%-25%。通常在实际运行中费用较低，在电机投入运行后，一般在几个月或几年就可收回增加的成本，因此应优先选用高效电机。②定期对提升泵进行维护与保养，减少摩擦降低电耗等。随着运行时间的增加提升泵的磨损不断加大，流量和扬程会有所下降。应定期维护皮带、齿轮、轴承和过滤器等，做好防震和隔热。应及时维护、检修保养可消除提升泵结构的表面粗糙度，提高提升泵的效率，使提升泵保持高效工作。
（二）二级处理单元节能措施
二级处理单元占总运行电耗的58.48%，其中鼓风机占二级处理单元电耗的63.57%，占总运行电耗的37.18%，是全厂最大的耗能设备。因此对二级处理单元及全厂的节能重点应该在鼓风机的节能降耗上。曝气系统对于整个污水生物处理系统非常重要，直接关系到曝气池中的溶解氧以及污水的处理效果。目前，由于污水厂每日最高和最低流量相差较大，造成供气在高峰时不足而低谷时过量的现象，同时影响活性污泥的处理效率，从而有可能造成出水水质不稳定或在某些条件下超标。因此鼓风机的节能应从整个曝气系统考虑。鼓风机在选型时应综合考虑风量、压力、经济型等参数，尽量采用高效变频电机[3]。二级处理单元选用精确曝气流量控制系统。精确曝气流量控制系统是一套集成的智能控制系统，为曝气系统提供自动化、精确化的曝气解决方案，避免了曝气量过大与曝气量不足的现象。精确曝气流量控制系统会连续检测曝气量，及时检测系统中压力的微小变化，控制系统及时对鼓风量进行调整，使鼓风机处在高效率下运行，以节约能耗[4]。第三污水处理厂于2013年安装曝气流量控制系统装置，通过安装曝气流量控制系统装置前后的电耗比较，曝气流量控制系统能使电耗节约10%以上并保证出水水质达标。
（三）深度处理单元节能措施
深度处理单元的能耗主要集中在二次提升泵、射流电机及鼓风机上，二次提升泵占深度处理单元电耗的44.17%，占总运行电耗的8.26%。此对于深度处理单元的节能可参考预处理单元的节能措施。
（四）污泥处理单元节能措施
污泥处理单元的能耗主要集中在反冲洗泵。反冲洗泵占污泥处理单元电耗的28.38%，占总电耗的2.46%，因而对于污泥处理单元的节能应该在反冲洗泵的节能降耗上。对于反冲洗泵的节能，可参照提升泵的节能措施。
四、结论
通过调研分析莱芜市第三污水处理厂中二级处理单元、深度处理单元、预处理单元分别占总电耗的比例为58.48%、18.7%、13.15%，节能潜力较大。其中鼓风机、提升泵、二次提升泵為各单元中节能潜力最大的设备。污水处理厂的节能应该从上述单元与设备中挖掘并进行优化配置，在综合考虑设计、运行维护费用、投资费用的基础上实现节能降耗。
参考文献：
[1]黄浩华，张杰，文湘华等城市污水处理厂A2/O工艺的节能降耗途径研究[J].环境工程学报 2009，3
[2]常江，杨岸明，甘一萍等.城市污水处理厂能耗分析及节能途径[J].中国给水排水.2001,2
[3]段立文、黄志雄.浅析污水处理厂风机选型[J].环境技术，2005，23
[4]李建勇，王建华，范岳峰，等.曝气流量控制系统用于污水处理厂的节能降耗[J].中国给水排水，2007,23
【关键词】污水处理；能耗；提升泵；鼓风机
中图分类号： U664 文献标识码： A
随着莱芜市城市化进程的不断加快和环境保护要求的提高，污水收集系统逐渐完善，城市污水处理厂越来越多，污水处理率也越来越高。但是污水处理属高能耗密集型行业，其消耗的能源主要包括电、药剂等，电耗占总能耗的60%~90%[1]。高能耗不仅导致污水处理成本升高而且高能耗造成的高处理成本，致使一些中小型污水处理厂难以正常运行，污水处理厂的减排效益得不到正常发挥。因此对污水处理厂能耗进行分析，对污水处理厂的运行进行优化管理，节约能源费用，降低处理成本是保障污水处理厂正常运行的必要手段[2]。
莱芜市已建设运行污水处理厂4座，但是对于莱芜市城市污水处理厂能耗的全面调查分析还不完善。以莱芜市第三污水处理厂为例，通过对莱芜市第三污水处理厂全流程的能耗调查，分析污水处理系统各处理单元的能耗分布情况及各处理单元设备的节能潜力，提出城市污水处理厂相应的节能措施，对城市污水处理厂节能降耗具有一定的指导意义。
一、莱芜市第三污水处理厂的基本情况
莱芜市第三污水处理厂设计规模近期为20000m3/d，远期为40000m3/d，采用A2/O工艺+深度处理工艺，污泥处理采用厌氧消化方式经机械脱水后焚烧，处理出水经加氯消毒后，一部分用于循环冷却用水，其余排放至莲河。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A排放标准，污水处理工艺流程见图1。
图1 第三污水处理厂工艺流程
二、各处理单元能耗分析情况
对莱芜市第三污水处理厂各单元能耗进行了综合分析，结果表明二级处理单元能耗最大，占整个污水处理厂总能耗的58.48%，其次是深度处理单元，占总能耗的18.7%，再次是预处理单元，占总能耗的13.15%，污泥处理单元与路灯照明等其它部分所占总能耗的比例分别是8.67%与1%。
（一）预处理单元能耗分析
预处理单元各设备能耗分布见表1。
表1 预处理单元各设备能耗分布
由表1可知提升泵占预处理单元能耗的78.51%，占全长总电耗的10.33%，是预处理单元最大的耗能设备，是该单元节能的关键设备。
（二）二级处理单元能耗分析
二级处理单元各设备能耗分布见表2
表2 二级处理单元各设备能耗分布
二级处理单元的能耗主要集中在鼓风机、外回流泵、搅拌器，鼓风机占二级处理单元电耗的63.57%，占总运行电耗的37.18%，是全厂最大的耗能设备。
（三）深度处理单元能耗分析
深度处理单元各设备能耗分布见表3
表3深度处理单元各设备能耗分布
深度处理单元的能耗主要集中在二次提升泵和射流电机及鼓风机上，二次提升泵占深度处理单元电耗的44.17%，占总运行电耗的8.26%。
（四）污泥处理单元能耗分析
污泥处理单元各设备能耗分布见表4
表4污泥处理单元各设备能耗分布
污泥处理单元的能耗主要集中在反冲洗泵和带式脱水机上。反冲洗泵占污泥处理单元电耗的28.38%，占总电耗的2.46%，因而对于污泥处理单元的节能应该在反冲洗泵和带式脱水机的节能降耗上。
三、各处理单元节能措施分析
由表1-表4可见，二级处理单元与深度处理单元占总能耗的比例分别为55.48%、18.7%，节能潜力最大，预处理单元次之。因此，节能应从这几个处理单元考虑，对其主要设备的运行状态及运行方法进行挖掘，从而实现整个污水处理系统的节能。
（一）预处理单元节能措施
提升泵是预处理单元最大的耗能设备，是该单元节能的关键设备。污水提升泵的节能主要包括①正确、科学、合理的选择配置水泵及电机，使其在高效率下工作。由于污水量往往随季节、天气、用水时间等不断变化，因此选择的水泵必须满足系统最大流量的需求。但采用最大流量选取的水泵实际上全速运转的时间不超过10%，大部分时间内处于低效运转。可根据水量变化曲线选择配置功率不同的提升泵，使提升泵处于高效率工作，尤其是一些小型污水处理厂。最近几年高效率的电机有了新的发展，但价格比较昂贵，费用比标准电机高15%-25%。通常在实际运行中费用较低，在电机投入运行后，一般在几个月或几年就可收回增加的成本，因此应优先选用高效电机。②定期对提升泵进行维护与保养，减少摩擦降低电耗等。随着运行时间的增加提升泵的磨损不断加大，流量和扬程会有所下降。应定期维护皮带、齿轮、轴承和过滤器等，做好防震和隔热。应及时维护、检修保养可消除提升泵结构的表面粗糙度，提高提升泵的效率，使提升泵保持高效工作。
（二）二级处理单元节能措施
二级处理单元占总运行电耗的58.48%，其中鼓风机占二级处理单元电耗的63.57%，占总运行电耗的37.18%，是全厂最大的耗能设备。因此对二级处理单元及全厂的节能重点应该在鼓风机的节能降耗上。曝气系统对于整个污水生物处理系统非常重要，直接关系到曝气池中的溶解氧以及污水的处理效果。目前，由于污水厂每日最高和最低流量相差较大，造成供气在高峰时不足而低谷时过量的现象，同时影响活性污泥的处理效率，从而有可能造成出水水质不稳定或在某些条件下超标。因此鼓风机的节能应从整个曝气系统考虑。鼓风机在选型时应综合考虑风量、压力、经济型等参数，尽量采用高效变频电机[3]。二级处理单元选用精确曝气流量控制系统。精确曝气流量控制系统是一套集成的智能控制系统，为曝气系统提供自动化、精确化的曝气解决方案，避免了曝气量过大与曝气量不足的现象。精确曝气流量控制系统会连续检测曝气量，及时检测系统中压力的微小变化，控制系统及时对鼓风量进行调整，使鼓风机处在高效率下运行，以节约能耗[4]。第三污水处理厂于2013年安装曝气流量控制系统装置，通过安装曝气流量控制系统装置前后的电耗比较，曝气流量控制系统能使电耗节约10%以上并保证出水水质达标。
（三）深度处理单元节能措施
深度处理单元的能耗主要集中在二次提升泵、射流电机及鼓风机上，二次提升泵占深度处理单元电耗的44.17%，占总运行电耗的8.26%。此对于深度处理单元的节能可参考预处理单元的节能措施。
（四）污泥处理单元节能措施
污泥处理单元的能耗主要集中在反冲洗泵。反冲洗泵占污泥处理单元电耗的28.38%，占总电耗的2.46%，因而对于污泥处理单元的节能应该在反冲洗泵的节能降耗上。对于反冲洗泵的节能，可参照提升泵的节能措施。
四、结论
通过调研分析莱芜市第三污水处理厂中二级处理单元、深度处理单元、预处理单元分别占总电耗的比例为58.48%、18.7%、13.15%，节能潜力较大。其中鼓风机、提升泵、二次提升泵為各单元中节能潜力最大的设备。污水处理厂的节能应该从上述单元与设备中挖掘并进行优化配置，在综合考虑设计、运行维护费用、投资费用的基础上实现节能降耗。
参考文献：
[1]黄浩华，张杰，文湘华等城市污水处理厂A2/O工艺的节能降耗途径研究[J].环境工程学报 2009，3
[2]常江，杨岸明，甘一萍等.城市污水处理厂能耗分析及节能途径[J].中国给水排水.2001,2
[3]段立文、黄志雄.浅析污水处理厂风机选型[J].环境技术，2005，23
[4]李建勇，王建华，范岳峰，等.曝气流量控制系统用于污水处理厂的节能降耗[J].中国给水排水，2007,23