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城市污水处理节能降耗措施研究应用进展

王广卿

【摘要】本文通过污水处理厂主要能耗来源的分析，认为污水处理中的曝气、污水提升等

流程造成的电耗较高。目前，国内外主要应用的节能降耗措施集中于工艺优化、智能控制、

节能设备及新能源使用等方面，包括污水处理厂总图的优化设计、风能及太阳能应用、污泥

综合利用技术、风机变频与曝气系统优化、An/O处理工艺、智能优化控制系统等能够节能

降耗技术措施，以上技术有助于实现污水处理厂的节能降耗，提升运营效益。

【关键词】污水处理；节能；污泥能源转化；风机变频

近年来，我国工业、服务业发展迅速，随之而来的城市污水处理问题成为制约城市发展的重

要因素。水和能源作为现代社会的两大基础性能源，但城市污水处理是一个高耗能产业，降

低污水处理能耗可有效减少污水处理厂运营成本，提高经济效益。目前，城市污水处理技术

已较为成熟，但对其节能减排措施的应用仍亟待重视，本文将对目前国内外已应用的节能减

排措施及科研进展进行归纳、总结，为今后我国的污水处理设施的节能减排提供思路。

1污水处理能耗现状

从污水种类的角度来看，工业污水占据城市污水总排放量的很大部分，并且，工业污水是多

种污水类型中污染物浓度最大，污染最严重，最不易净化的污水。污水量的不断增加，致使

国家不断加大在污水处理方面的资金投资，兴建更多的污水处理厂，污水的总排放量和污水

处理消耗的能源不断增加。

传统的污水处理方法具有耗能高、投资成本大、消耗时间长、占据过多土地的弊端。城市污

水处理是高能耗行业，其能耗主要包括电能、药耗和燃料等多个方面，其中电耗约占总能耗

的60%～90%，电耗也成为了污水处理厂运行成本的主要组成部分。污水处理厂有诸如搅拌

推进器、潜水泵、风机、螺杆泵等大型用电设备，首先曝气工艺中的鼓风机电机功率最大，

且是污水处理的核心设备；其次为污水提升设备的电耗较大。

2污水处理的节能降耗措施研究应用进展

城市污水处理厂节能降耗措施较多，主要包括污水处理厂总图的优化设计、风能及太阳能应

用、污泥综合利用技术、风机变频与曝气系统优化、An/O处理工艺、智能优化控制系统等

技术措施。

2.1污水处理厂总图的优化设计

在污水处理厂的选址方面：一是，要特别注意污水处理厂所在地的汇水面积，根据污水处理

厂的设计规模，尽可能大的规划其汇水面积；二是，建厂地址既要有利于污水管网建设，又

要兼顾污水处理厂周边的地形地貌，尽可能避免在高程变化幅度较大的山丘或山岭地带选

址，避免修建多级泵站。

在污水输送泵方面，精确计算流量，确保水泵在高效区间内运行，采用管道淹没出流代替堰

口出水方式，降低跌水高度，选用水头损失小的管材减少局部损失，降低管道输送的长度与

迂回次数，利用自然地势实现污水自流。在城市污水处理厂水头损失计算的时候要准确有

效，按照之前积累的经验使用科学的安全余量。日处理规模大于1万立方米的城市污水处理

厂，如果能降低一米的提升高度，可实现降低电耗数万千瓦时，节能效果非常明显。

2.2风机变频与曝气系统优化

传统的风机采用工频运行，利用主管路的阀门开度调节风量，虽然电机可达到驱动要求，但

多余的力矩增加了功率、电能的浪费，同时，对溶解氧浓度调节存在很大滞后性，容易导致

污水处理不达标。通过加装变频控制系统，将溶解氧仪实时数据采集至变频器，再通过变频

器的转换模块把溶解氧浓度指标转换成数字量，风机控制模块根据变频器的参数设置处理数

据，并将数据处理的结果以运行频率方式控制风机的转速，从而调节风机风量[3]。该项技

术不仅可实现风机的自动节能运行，而且可精确控制污水处理工艺控制过程中的溶解氧含

量。

2.3An/O处理工艺

当前我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是：传统活性污泥法、SBR法、AB法、A/O、

A2/O、氧化沟等。通过对二级处理工艺的能耗进行统计，由高到底依次为延时曝气、SBR、

生物膜、氧化沟、A/O、传统活性污泥法、A2/O、AB法[4]、土地处理和人工湿地。通过采

用An/O处理工艺，能够实现在厌氧和缺氧的反应条件下，较高的有机物去除率，有利于降

低曝气量和设备的采购、使用成本，实现节能减排的要求[5]。

2.4智能优化控制系统

污水处理智能优化控制系统需要对多个流程进行综合数据采集、分析处理、自动调控，例如

进水流量、溶解氧浓度、氮浓度、水质酸碱性等。在污水处理的智能化处理方面，西方国家

起步较早，目前已在设备、工艺上取得了较大成果[6]，而我国的污水处理系统自动化程度

较低，仍采用传统的数据收集和分析方式，通过简单的系统和工艺对污水进行处理，控制工

艺水平仍存在较大差