談城市污水處理廠的節(jié)能降耗與實現(xiàn)途徑問題
談城市污水處理廠的節(jié)能降耗與實現(xiàn)途徑問題
摘要：隨著我國污水處理處理廠的大量建設，各地的環(huán)境保護及污水處理事業(yè)發(fā)展成績顯著，污水廠的能耗也越來越引起重視，如何使城市污水處理工藝走上低耗高效的可持續(xù)發(fā)展之路受到我國水處理技術研究和應用領域廣泛地關注。
關鍵字：污水處理節(jié)能降耗 環(huán)境保護
Abstract: along with the sewage treatment plant a lot of construction, environmental protection and around the sewage treatment career achievements, the energy consumption of the wastewater treatment plant is paid more and more attention now, how to make urban sewage treatment process to low cost efficient way of the sustainable development in our country by water treatment technology research and application field widely attention.
Key word: sewage treatment saving energy and reducing consumption environment protection
1.引言
近幾年，我國各地的環(huán)境保護及污水處理事業(yè)發(fā)展很快，成績顯著，尤其是城市污水處理設施的建設成果令人矚目。但與世界各國相比,目前我國城市污水處理能力、效率、水平與環(huán)境要求差距仍然很大。如何優(yōu)化污水處理工藝，節(jié)能降耗，提高效率，成為當今社會共同的話題。
2.污水處理廠耗能現(xiàn)狀分析
長期以來，城市生活污水多采用活性污泥法，它是世界各國應用最廣的一種生物處理流程，具有處理能力高，出水水質(zhì)好的優(yōu)點。
由于國家對污水處理廠出水水質(zhì)要求的不斷提高，污水處理的點好相應提高到0.15~0.28(kW.h)/m³污水，平均處理成本已達到0.8元/m³，隨之而來的搞運行成本便擺在眼前。污水處理廠能耗成本占污水處理廠運營維護成本的60%~90%，主要集中在污水提升、曝氣回流、污泥處理與運輸?shù)炔糠帧Ｔ诓煌鬯幚韽S的運行中，實際能耗還與污水廠規(guī)模、污水的水質(zhì)特征、處理程度、處理工藝、運行模式等因素有關。
隨著出水水質(zhì)要求的不斷提高，CO2和污泥的排放量也相應增加，這將與我國當前提倡的減排相斥。曝氣供氧是CO2的主要來源部位，曝氣供氧與混凝沉淀又是污泥的主要產(chǎn)生部位。
因此污水處理廠的節(jié)能減排工作應從上述部位出發(fā)，提出實現(xiàn)途徑，以滿足國家和行業(yè)要求。
3. 污水處理廠節(jié)能降耗實踐途徑分析
如何使城市污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥量等可持續(xù)的方向發(fā)展，要求污水處理不應僅僅滿足單一的水質(zhì)改善，同時也需要一并考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題，且所采用的技術必須以低能耗和少資源損耗為前提。
3.1 強化預處理降低除碳工藝能耗
預處理投資少，能耗低，管理簡單，可去除一定的有機物，可通過強化沉降、分離、絮凝等工序，采用中和法，提高格柵和沉淀池效率，亦可采用水解或AB工藝等方法來強化預處理，從而降低二級處理負荷和能耗成本，達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。
3.2 除氮工藝的優(yōu)化
(1) 同時硝化反硝化
同時硝化反硝化是指硝化過程與反硝化過程在同一個反應器中、相同操作條件下同時進行。近年來，在很多實際工藝中發(fā)現(xiàn)了同時硝化反硝化過程。
同時硝化反硝化的影響因素主要有：有機碳源、溶解氧、微生物絮體結(jié)構(gòu)等。由于需要實現(xiàn)硝化與反硝化的一體化，所以有機碳源必不可少。進水碳源越充足，同時硝化反硝化就越明顯。此外還需要選擇適當?shù)奈勰嘭摵桑摵蛇^高，會抑制硝化反應；負荷過低，會大量消耗有機物，使得反硝化的碳源不足。溶解氧也是影響同時硝化反硝化的重要因素之一，一般控制在0.5~1.0mg/L。溶解氧過高，反應器內(nèi)缺氧區(qū)域減小，反硝化受抑制；溶解氧過低，則不利于硝化反硝化的進行。微觀上認為微生物絮體內(nèi)的溶解氧梯度使得同時硝化反硝化發(fā)生，所以絮體的大小也是影響因素之一。研究表明，當絮體粒徑在50~110微米時可在絮體內(nèi)形成缺氧區(qū)。此外，溫度、堿度、pH和污泥齡等也會對同時硝化反硝化產(chǎn)生影響。[3]
(2) 短程硝化反硝化
短程硝化反硝化順利進行的關鍵在于HNO2的積累，傳統(tǒng)生物脫氮過程中，硝化反應的主要產(chǎn)物是NO3-，一般占95%左右，而NO2-的含量極低。由于亞硝化菌和硝化菌有著密切的互生關系，想要將HN4+完全氧化成NO2-是不可能的。衡量短程硝化反硝化能否順利進行的標識是NO2-的累積量，以NO2-/( NO3-+ NO2-)的值表示，一般認為累積量至少大于50%。[4]
(3) 厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是指在厭氧或缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物以NH4+為電子供體，以NO2-為電子受體，將NH4+和NO2-轉(zhuǎn)化為N2的過程。
影響厭氧氨氧化的因素主要有溫度、溶解氧、pH值、底物濃度等。研究表明，當溫度由15℃逐漸升至30℃的過程中，反應速率隨溫度的升高而提高。溫度小于15℃時反應速率較低，溫度大于35℃后，反應速率開始下降。另有研究表明，厭氧氨氧化對DO非常敏感，須在嚴格厭氧的條件下進行。一般認為最適宜的pH指為7.0~9.0。NO2--N濃度的增加會提高厭氧氨氧化的反應速率，過高的亞硝態(tài)氮濃度則會抑制反應的進行。[5]
3.3強化污泥處理
污泥的處理影響著整個污水處理廠的工作效果，對于大型污水處理廠，產(chǎn)泥量大，可采用污泥集中厭氧消化；中小型污水處理廠除選用污泥濃縮脫水機處理外，亦可貯存至一定量后進行厭氧消化。
為使厭氧消化能產(chǎn)生更多的CH4，可以考慮將污水中盡可能多的有機碳進入污泥消化環(huán)節(jié)，這與傳統(tǒng)方式將有機碳通過外部供能轉(zhuǎn)化成CO2比較，將會更加節(jié)能，同時由于無需曝氣，將會大大減少CO2的排放，達到節(jié)能減排目的。
[6]
3.4 高效的裝置實現(xiàn)節(jié)能
3.4.1曝氣組件
擴散曝氣系統(tǒng)是目前使用最為普遍的充氧方式，曝氣設備的充氧能力取決于多個因素，包括：氧曝氣頭類型，池體形狀，擴散器安裝深度，水溫，環(huán)境大氣壓，曝氣器設計以及污水的特征等。氧轉(zhuǎn)移效率(OTE)是衡量曝氣系統(tǒng)的重要指標，OTE的改善能有效提高能量利用效率。影響氧轉(zhuǎn)移效率的的因素有水質(zhì)特征、反應器水深、氣泡直徑、風量風速、擴散器密度以及曝氣頭的堵塞情況等。
OTE隨著生物反應器中擴散器數(shù)量的增加而提高，有些污水廠在設計時根據(jù)反應池的尺寸來布置和安裝曝氣器；還有些污水廠采用將原有的粗孔曝氣器更換為微孔曝氣器，這樣也能大大提高用電效率。
3.4.2水泵
與活性污泥工藝相關的水泵設施主要有初次或中途提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵和內(nèi)回流泵。按照北美地區(qū)的運行經(jīng)驗，一般提升水頭減少0.3 m，可以節(jié)約能耗成本0.0304美元(m³/d)。
對水泵的運行而言，可以采取如下措施來改善水泵效率：
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