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污水处理中的节能降耗

日期:2025-07-31       来源: 鸭高创咨询公众号

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  目前开展节能减排既是国家的宏观政策,也是企业生存和发展的需要。
  由于污水处理所占能耗大,造成运行成本高,加重了社会公众的负担;污水处理的高能耗、高成本,也是很多地方的污水处理厂“建得起,用不起”或者长期闲置,或开开停停,运转不正常的重要原因。
  而且,由于资源和能源的有限性,在污水处理方面多占用了能源,必将影响其它行业的发展。一方面需要建设大量的污水处理设施来解决环境污染问题,一方面是国内大量的污水处理厂不能充分发挥其作用,造成了资金和设施的浪费。
  此外,随着污水处理市场的开放,国内的污水处理行业成为跨国公司竞相争夺的市场,出现了BOT、TOT等建设经营方式,而成本的高低决定了企业效益的好坏,高能耗的企业将难以生存发展。
  因此,欲使污水处理单位走出困境,只有提高效率,降低能耗,节省费用,才有可能在完成污水处理厂使命的同时,保证其生存和可持续发展。
  污水处理厂开展节能降耗活动的方式和内容有哪些?
  节能方式包括三类:结构节能、技术节能和管理节能。其中,技术节能是直接的节能方式,结构节能和管理节能是间接的方式。
  (1)结构节能主要指产业结构升级、产品结构调整和生产方式转变所引起的能耗降低。它又分为产业结构节能、行业结构节能和产品结构节能。
  (2)技术节能主要是指采取技术措施而实现的节能。包括通过能耗监测,改进操作和维护,提高现有设备或系统的运行效率,采用成熟的节能技术,对设备或系统进行技术改造,采用先进技术,更新设备和工艺等。
  (3)管理节能则指通过管理手段来培养节能意识和节能理念,或完善政策法规等实现节能能力。    
  节能项目就其实施的难易程度又可分为三类:
  第一类是无费用产生且容易实施的项目。如随手关灯等节约习惯的养成,这类项目可尽早实施。
  第二类是费用较低,且实施过程基本上不影响现有设施的运转和污水处理的正常进行。这种节能项目的费用已包含在年度运行费用之中,因此可通过简单的回收期计算来判断是否进行和何时进行。
  第三类是费用较大,且影响正常生产的项目。曝气系统等关键设施的更换,水池结构的修缮等都属于此类。对这类项目,需要编制专项计划,并需进行专业的技术和经济评估、环境影响评估后方可决定是否进行。

图1 典型污水处理厂流程图
  从污水处理工艺路线(图1)的前后顺序来看,污水处理厂的节能和降耗可以从以下环节入手

  如图2描述,较发达的国家节能技术的应用情况,有些污水处理厂应用的节能技术可能不止一项。

图2 发达国家节能技术的应用情况 

  污水处理中在开展节能降耗活动时具体可采用哪些技术手段?

污水处理过程中开展节能降耗的技术手段很多,既可以从设计、建设、技改、运行管理入手,也可以从污水处理的各工序着手,还可按“人、机、料、法、环”等因素来考虑,挖掘“能源、技术工艺、设备、过程控制、管理、员工、产品、废弃能”这八个方面的潜力。一般说来,可采取以下技术手段: 

(1)合理规划和设计污水处理在建设时就应充分考虑到建成后的运行能耗,以防能耗过大。在建设时应在确保出水质量的前提下,进行系统的经济技术分析,如采用生命周期费用最低的方法来优先选择节能节地节材的处理工艺。 

(2)对已建成并投入使用的污水处理现场,要经常进行能源调查和审计,积累技术资料按照发达国家的经验,污水处理现场的能源审计至少要每年进行一次。通过能源审计找出浪费环节,以便及时采用必要的管理措施;还可为污水处理现场的运转提供可靠的基础数据,指导工艺方案的选择与节能改造。在运行管理时,应充分利用日益普及的计算机自动化技术,特别是已获得广泛应用的SCADA、PLC技术,结合MES和ERP信息管理系统,做好原始数据的储存和信息的利用,不断积累能源利用方面的技术资料。 

(3)提高设备能效污水处理现场的能耗最终是通过设备的使用来表现出来的,因此,提高设备效率是至关重要的。我们可以从以下几个环节着手: 

  •   对电机和变压设备:
      可采用高效电机和变压器,降低电机和变压过程中的损耗;
      更换过大的电机使电机与负载相配;
      对电机进行变频控制。
  •   对水泵和风机等大功率用电设备:
      可采用高效水泵和风机;
      使用导叶的联合调节;
      使用自控手段进行群控以发挥最佳机组效率;
      定期测试水泵和及时更换维修低效水泵;
      改变或减少泵的操作,确保泵在高效工作区等。
  •   对污水处理厂常用的专用设备,如搅拌器,可安装电容以提高功率因数,或改变搅拌方面消除死区,减少短流。
  •   对输送线路:
      设法减少线损,可适当加大导线面积;
      多采用高压线路而减少低压线路。
  •   对主要的耗能单元,如曝气池,可采用曝气池内溶解氧(DO)的检测和自动控制。
  •   在厂内照明方面,可采用绿色照明技术,如以节能灯取代白炽灯。
  •   其他:
      如安装用电负荷监测设备,错峰生产以避开尖峰或高峰用电,或在用电高峰时使用自备应急发电机以节约电能;
      充分回收 利用余气、余热,提高能源利用水平和利用效率。

(4)改革工艺采用节能新工艺,如短程反硝化和厌氧氨氧化等新型脱氮工艺(这种工艺对现场条件和人员素质要求极高),产甲烷的厌氧工艺,各种节能的设备工艺技术一体化专利技术。 

  在使用活性污泥法处理污水时,因污水处理厂能量密集(energy intensity)的过程和操作主要集中在生物处理环节,特别是曝气系统和污泥处置系统,对这两个领域应重点研究。这方面的技术和应用经验相对较多,在应用时可认真加以选择。

(5)规范化地合理操作,减少设备磨损带来的能耗损失,为此,企业内部的技术培训工作要及时跟上,以充分发挥先进的节能技术应有的效率。有人曾做过这样一个比较,一项先进技术的效率为90%,但由于人员没能完全掌握,只能发挥其一半的功效,总效率只有45%;另一项先进技术的效率仅为80%,但操作人员能真正彻底掌握,可发挥其80%的功效,总效率可达64%,后者总的效率反而比第一项技术的效率要高。由此可见技术培训和操作运行管理水平的重要性。 

目前,虽然节能降耗的理念已深入到各行各业,但在污水处理领域,还需要根据污水处理的性质特点,对污水处理厂的管理人员、操作人员、技术咨询人员、设计和维护人员加强节能基础知识普及,并进行专业性的指导。 

  本文部分内容节选自《污水处理节能降耗问答》一书,2011年出版,作者是张志峰、孟少卿。
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