近十幾年來(lái)，我國的城鎮污水處理事業(yè)得到了快速發(fā)展，城鎮污水排放量不斷增加，處理要求也日趨嚴格。根據《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》和《水污染防治計劃》的要求，“十三五”時(shí)期，我國將進(jìn)一步提升城鎮污水處理規模，并加強污水處理設施升級改造工作，尤其是敏感區域于2017年底前全面執行一級A排放標準。

　　當前，污水處理事業(yè)快速發(fā)展，其能源密集型產(chǎn)業(yè)特征卻造成高能耗的污水處理設施運行成本不斷提高，且能耗隨著(zhù)處理標準的提升而增加。我國城鎮污水處理廠(chǎng)的電耗在全國總能耗中也占據較大的比例，根據國家能源局和住房和城鄉建設部“全國城鎮污水處理管理信息系統”發(fā)布的數據，截至2018年底，我國城鎮污水處理廠(chǎng)有5360座，處理規模達到2.01億m3/d；2018年，全國城鎮污水處理廠(chǎng)共消耗電能192億kW·h，約為同年全社會(huì )總用電量68449億kW·h的0.28%，呈現逐年上升的趨勢。圖1是2007-2018年我國城鎮污水處理廠(chǎng)總電耗和噸水電耗的變化情況，由圖可見(jiàn)，隨著(zhù)我國城鎮污水處理事業(yè)的快速發(fā)展，我國城鎮污水處理用電量和噸水電耗快速上升。如何使污水處理廠(chǎng)在滿(mǎn)足處理要求的同時(shí)，通過(guò)提高設計和運行水平實(shí)現節能降耗，節省運行成本，已經(jīng)成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

　　一、污水處理廠(chǎng)能耗特征研究

　　1.1 污水處理廠(chǎng)基本信息

　　為研究我國典型城鎮污水處理廠(chǎng)的能耗水平及主要電耗分布情況，筆者對我國不同地區的具有代表性的污水處理廠(chǎng)開(kāi)展實(shí)地調研。其間挑選7座連續穩定運行兩年以上(運行不間斷)、負荷率不低于80%的污水廠(chǎng)，并進(jìn)行分區用電量監測，污水廠(chǎng)基本情況如表1所示。

　　1.2 污水廠(chǎng)處理單元能耗特征分析

　　所選7座污水廠(chǎng)均執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A出水標準，根據工藝流程，可以劃分為一級處理、二級處理、深度處理、污泥處理、再生水5個(gè)功能分區，分別安裝電量統計裝置，進(jìn)行為期1年的電耗記錄。

　　污水廠(chǎng)噸水電耗和各功能分區電耗占比如圖2所示。由圖可知，所選污水廠(chǎng)2017年的噸水電耗平均值保持在0.2～0.45kW·h/m3。從五座處理工藝為A2O的污水廠(chǎng)數據來(lái)看，噸水電耗與處理規模相關(guān)性明顯，處理規模5萬(wàn)m3/d的E廠(chǎng)噸水電耗為0.43kW·h/m3，大于10萬(wàn)m3/d的污水廠(chǎng)噸水電耗低于0.3kW·h/m3，處理規模越大，電耗相對越低。各污水廠(chǎng)二級處理段的能耗最大，占總電耗的50%～65%，其次為一級處理和深度處理段，平均占比分別為19%和16%，部分廠(chǎng)再生水用電占比超過(guò)5%。

　　筆者選擇具有代表性的A廠(chǎng)全流程主要設備的用電情況進(jìn)行為期1年的計量統計，系統分析各設備的耗電量。一級處理段主要耗電設備為進(jìn)水提升泵，二級處理主要為風(fēng)機、推進(jìn)器和回流泵，深度處理段為二次提升泵，污泥處理段為污泥脫水機，再生水段為提升泵。

　　對A廠(chǎng)各單元和設備電耗的統計結果表明，二級處理單元和污水提升能耗最大，占整個(gè)污水處理廠(chǎng)總能耗的80%左右。一級處理電耗比例達到20%，其中進(jìn)水提升泵電耗占該單元電耗的85%；二級處理單元的能耗主要集中在鼓風(fēng)機、攪拌器和內外回流泵上，其中，鼓風(fēng)機占該單元電耗的59%，占全廠(chǎng)工藝總電耗的43%。全廠(chǎng)最大的能耗處理單元為生物處理段、進(jìn)水泵房、二次提升泵房，節能降耗的重點(diǎn)設備為風(fēng)機和提升泵。

　　二、節能降耗途徑分析

　　2.1 設備選型及優(yōu)化

　　設計時(shí)為保證最大流量需求，我國大多數城鎮污水處理廠(chǎng)(尤其是建設年代較早的污水處理廠(chǎng))普遍存在設備選型過(guò)大、配置單一、恒速運行等配置不合理問(wèn)題。污水廠(chǎng)運行期間，由于進(jìn)水量波動(dòng)較大，進(jìn)水提升泵不能始終處于高效區運行，能效較低。同時(shí)，污水廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與設計進(jìn)水水質(zhì)往往相差較大，在進(jìn)水水質(zhì)水量波動(dòng)的情況下，因風(fēng)機選型過(guò)大且型號單一，運行調整靈活性差，造成風(fēng)機系統能耗浪費，還可能導致好氧池DO過(guò)高，進(jìn)而使得較高DO的內回流混合液進(jìn)入缺氧池而導致進(jìn)水碳源損失。由于風(fēng)機選型過(guò)大，所調研部分污水廠(chǎng)滿(mǎn)負荷運行期間，當導葉開(kāi)啟度調整為30%時(shí)，其仍需要部分放空才能維持好氧池正常DO水平，其噸水電耗明顯高于其他同類(lèi)型污水廠(chǎng)。因此，提高設備配置水平，合理進(jìn)行設備選型是污水廠(chǎng)降低能耗的關(guān)鍵所在。

　　隨著(zhù)行業(yè)節能降耗意識的提高和節能技術(shù)的發(fā)展，污水處理廠(chǎng)在新建或改造時(shí)已經(jīng)開(kāi)始注重設備的優(yōu)化配置或技術(shù)改造，如采用變頻調速技術(shù)、不同型號設備搭配選型、工頻和變頻設備組合配置、車(chē)削葉輪等，以增強污水廠(chǎng)運行的靈活性。例如，在進(jìn)水提升泵配置設計時(shí)，一般至少配置1臺變頻泵或1臺小型泵，以應對污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水量波動(dòng)變化，同時(shí)達到節省進(jìn)水提升泵運行能耗的目的。

　　2.2 錯峰用電

　　為緩解我國城市用電高峰時(shí)段負荷過(guò)高、電網(wǎng)峰谷時(shí)段負荷差較大等電力供應緊張的情況，國家出臺了相關(guān)政策，各省市根據不同時(shí)間段的用電負荷情況制定了不同的電價(jià)，如峰、平、谷三檔電價(jià)和尖、峰、平、谷四檔電價(jià)，收費標準依次降低。在對城鎮污水處理廠(chǎng)進(jìn)行調研時(shí)發(fā)現，部分污水廠(chǎng)在保證出水穩定達標的前提下，通過(guò)合理控制，在電網(wǎng)負荷較低時(shí)加大運行負荷，用電高峰期減少設備運行數量或調低設備運行頻率，將電網(wǎng)用電高峰時(shí)段的部分負荷轉移到用電低谷時(shí)段，減少電網(wǎng)的峰谷負荷差。這樣可以降低污水廠(chǎng)運行費用，同時(shí)實(shí)現社會(huì )資源的優(yōu)化配置。下面以X污水廠(chǎng)為例進(jìn)行分析，其峰平谷用電量及分布情況如圖3所示。

　　X廠(chǎng)設計規模為20萬(wàn)m3/d，水量變化系數設計值為1.3，運行負荷為80%，處理工藝為氧化溝工藝，出水水質(zhì)執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A排放標準，平均噸水電耗為0.24kW·h/m3。X廠(chǎng)所在城市峰平谷三個(gè)時(shí)段分別為8h，從圖3可以看出，峰期用電量較為穩定，月均為40萬(wàn)kW·h左右，占總用電量的25.7%，比重最少；平期用電量均衡，占總電量的30.6%；而主要電耗集中在谷期，占總電量的43.7%。根據該廠(chǎng)所在城市的電費收費標準，大工業(yè)用電電費峰值為1.0167元/(kW·h)(6-8月為1.0788元/(kW·h))，平值為0.675元/(kW·h)，谷值為0.4203元/(kW·h)，X廠(chǎng)通過(guò)錯峰用電，每年可節省電費約100萬(wàn)元。

　　三、結論

　　城鎮污水處理廠(chǎng)可通過(guò)提高設備配置水平和技術(shù)改造等方式，有效避免設備選型過(guò)大、運行效能低等設計原因造成的能源浪費。在運行過(guò)程中，在保障出水穩定達標的情況下，污水處理廠(chǎng)可將部分用電高峰期運行負荷轉移至低負荷期，有效降低運行成本。( >

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