污水处理厂低碳节能的探讨与研究 - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

摘要：

随着我国城市化进程速度与社会经济水平的不断提高，现代化工业也得到了快速发展，与之伴随的是越来越严重的水污染问题，其进一步加剧了水资源紧缺的状况，阻碍了生态文明的建设。为此，全国各地纷纷建设了相应的污水处理厂。但是在污水处理厂实际运行过程中，仍存在较多的问题，如运行成本高、能耗高、二次污染等，对水污染的治理效果造成较大的影响，污水处理厂低碳节能问题的解决已刻不容缓。基于此，对污水处理厂运行中的低碳节能策略进行研究，具有重要的现实意义。

关键词：

污水处理厂；低碳节能；地下集成式

城市污水处理问题是城市发展的伴生品，为了解决其带来的危害，各地涌现出大量污水处理厂。但是，这些污水处理厂在运行过程中，均面临着一个共同的问题，即运行费用高，这对水污染的治理效果造成较大的影响，同时也对我国城镇污水处理厂的建设进程造成一定的阻碍与影响。与此同时，由于运行能耗偏高，现已建成的部分污水处理厂处于半停产状态或者停产状态。在我国城镇污水处理厂污水处理工艺系统运营维护总成本中，能耗成本比重约为３５％～８５％。而随着污染物排放标准的不断提高与人口数量的不断增加，在未来一段时间中，污水处理用电量势必会继续上升。而根据我国政府提出的节能减排目标报告，到２０２５年年底，单位国内生产总值ＣＯ２排放量应减少１７％，单位国内生产总值能耗应减少１６％，ＳＯ２排放量应降低８％、氮氧化物排放量应降低１０％、化学需氧量应降低８％，由此不难发现，节能减排的任务是非常艰巨的，所以污水处理厂的低碳节能问题亟待解决。

１污水处理厂运行现状分析

１. １ＣＯ２排放量

污水处理厂的建设与稳定运行，能够对水体中的有机污染物进行有效控制，可以对水环境进行有效保护，但是在运行过程中也存在着一些问题，其中，污水处理厂产生的ＣＯ２造成的二次污染问题已引起社会各界广泛关注（具体路径见图１）。

对于污水处理厂的ＣＯ２排放量，大致可以划分为两大部分，即：第一，污水中碳源在被氧化以后所排出的ＣＯ２；第二，动力消耗后排出的ＣＯ２。从实际的工作情况来看，动力消耗后排出的ＣＯ２占据了总排放量中最大的比重。

当前，火力发电仍是我国主要发电方式，在总发电量中，煤炭发电量比重高达８０％。在现阶段中，国内平均供电煤炭消耗量为３７０ｇ／（ｋＷ·ｈ），平均污水处理电量单耗为０. ３ｋＷｈ／ｍ３。以此消耗量计算可知，每用电处理１ｍ３的城市污水消耗电量会产生０. ２６ｋｇＣＯ２。如果污水处理厂的建设规模为１０００００ｍ３，则该污水处理厂平均１年中因电量消耗所产生的ＣＯ２排放量，约等于２６００辆汽车全年的排放量。

１. ２污水处理工艺中存在的能耗问题

１９９０年代之后，国家对生态保护和污染防治的要求进一步提高，各地政府环保部门对城市污水也提出了更为严格的排放标准，不仅要有效去除ＳＳ、ＢＯＤ５，还应做到脱氮除磷，这就促使各类污水处理工艺不断涌现，如Ａ／Ｏ，Ａ２／Ｏ、ＳＢＲ，ＢＡＦ、氧化沟等。

目前我国污水处理厂的污水处理规模主要在４００００ｔ以下，这些工艺完全可以满足污水处理的需求，伴随着社会的发展，污水处理的规模越来越大，原有工艺因为技术不成熟、需求不适量等原因使存在已久的能耗过高问题被进一步凸显。不得已实施的工艺升级也就迎来了更高的能耗，如从Ａ／Ｏ向Ａ２／Ｏ的升级需要加装除磷除碳设备，这些设备均属于高能耗。其次，现有的很多工艺存在的劣势也是能耗的消耗 “大户”，如Ａ２／Ｏ工艺缺少独立污泥回流系统，无法对具有特色功能的污泥进行培养，无法高效处理污水中难以降解的污染物；ＳＢＲ工艺只适合处理不到１０万ｍ３／ｄ的污水规模；氧化沟工艺虽然比较完善和成熟，是我国各大污水处理厂均在广泛使的工艺，但是其使条件比较苛刻，执行标准也非常高，工厂考虑成本大多不会使用。

此外，在污水处理项目中，常常会加入一定量的外部碳源、除磷药剂，旨在进一步提高排放标准与减少污染物的含量。在我国各污水处理厂中，加入除磷药剂的污水处理厂比重不少于３５％，加入碳源的污水处理厂比重约为７％，其中加入量从小到大的顺序为ＳＢＲ、氧化沟、Ａ２／Ｏ、Ａ／Ｏ；为实现污泥脱水的效果，加入脱水药剂的污水处理厂比重为７８％。在最近几年中，污水排放标准变得越来越高，也间接提高了污水处理的能源消耗量。这样一来，一面治理污水，一面节能降耗、防止二次污染，能源消耗量出现了不可逆的增长，反而加重了环境负担。综上所述，在未来一段时间中，污水处理厂低碳节能问题仍是重点研究内容。

２污水处理厂低碳节能处理工艺分析—以地下集成式污水处理厂为例

与传统污水处理厂相比能够有效控制生态污染问题，地下集约式污水处理厂，获取较好的低碳节能效果。在地下集约式污水处理厂中，合理进行空间布置与功能逻辑组合，可有效整合不同单元，不仅能够获取较好的经济效益，确保出水的水质满足排放要求，而且还能够通过更进一步拓展其空间聚合效应，充分发挥在地势、区位、功能等方面的优势，构建一个美观、经济、安全、低碳节能、多功能化的智慧型污水处理厂。

２. １布设方式

根据布设方式，地下集成式污水处理厂可以划分为多种类型，如洞穴式污水处理厂、双层加盖半地下式污水处理厂、单层加盖半地下式污水处理厂、地面敞开式污水处理厂、全地下式污水处理厂等。

目前，主要根据场址地形地势特点与具体情况，合理确定地下集成式污水处理厂的布设方式。并且在设计过程中，还非常注重与其他生态综合体之间的有机结合，并不是采用单一的覆盖绿化的方案，例如，通过有效结合农场、绿地、城市公园、地下集成式污水处理厂等，既能够充分利用现有的资源，又能够实现土地资源的共享；通过有效结合其他公共设施或者市政设施，能够建立多功能化的市政配套设施，进而能够实现城市用地性质的融合和跨界。迄今为止，主要具有以下几种创新模式。

第一，对于Ｈ２Ｓ、ＣＯ２，因生态农场中种植的绿色植物对其能够有效吸附，所以可以在地下空间中建立污水处理厂，在地上可以种植一些绿色植物，实现地下集成污水厂与立体农场的一体化集成。其中，地下集成污水厂与立体农场的一体化案例.

如图２所示第二，对于污水中的磷与氮，植物根系对其能够进行有效吸收，所以可以使用植物根系，对生物膜载体进行有效构建，不但能够通过利用植物，提高污水处理能力，并且还能够充分发挥景观等作用，构建花园式污水处理厂。其中，某污水厂植物根系花园式地下集成式污水处理厂设计案例，如图３所示。

２. ２主要处理工艺

２..2.1 Ａ２Ｏ工艺与其改进工艺

通过使用Ａ２Ｏ工艺与其改进工艺，能够有效进行脱氮除磷，可以对丝状菌膨胀进行有效抑制。其中，Ａ２Ｏ工艺与其改进工艺，包括多级Ａ／Ｕ工艺、Ａｎｏｘｉｃ－ＡＡＯ工艺、分段进水Ａ２Ｏ工艺等。此外，通过使用Ａ２Ｏ工艺与其改进工艺，能够有效降低污水处理厂的运行成本。在对地下集成式污水处理厂进行设计过程中，通过组合使用Ａ２Ｏ工艺与深床滤池、ＭＢＢＲ、ＭＢＲ等其他工艺设施，能够进一步提高出水水质的稳定性。

２.2.2 ＭＢＲ工艺

ＭＢＲ工艺具有很多优势特点，如能够进行全程自动化控制、占地面积小、脱氮除磷效果显著、出水水质非常稳定、减少污泥产量等。如果建设的地下污水处理厂有占地面积受限、自动化程度要求高等方面的需求时，宜选用ＭＢＲ工艺。污水在经过ＭＢＲ工艺处理过后，可以作为景观河道的补充用水。值得注意的，ＭＢＲ工艺可以进行深度处理，废弃二沉池，不但能够有效节约用地，而且还可以进一步提高生化池中污泥的浓度，达到高效处理污水的目的。

２.2.3 其他工艺

在传统工艺的基础上，为使污水处理工艺流程得到有效缩短，ＭＢＲ工艺与ＭＢＢＲ工艺还选用了强化传质、合并反应器的方式。例如，垂直流污水处理改良工艺，通过对水力方向进行改变，能够有效节约用地面积。

其中，垂直流污水处理改良工艺，如图４所示。反应沉淀一体式气升环流生物反应器，如图５所示。

该反应器是由三大部分共同组成的，即曝气器、导流筒、外壁。对于反应器，导流筒能够将其内部划分为四个不同的区域，分别为底部折流区、气液分离区、降流区、升流区。反应沉淀一体式气升环流生物反应器的工作原理就是，将原有活性污泥法作为重要基础，通过合理设计反应器的结构，安装导流模块，对污泥自动回流环境进行人为化构建，活性污泥通过利用自身的重力，滑动至降流去中，然后进行循环和反应，最终可以有效截留微生物，在这种情况下，反应器能够促使自身的活性污泥浓度一直处于较高水平。通过利用反应器，不但能够对ＣＯＤ进行高效去除，而且可以对ＴＰ、ＴＮ、氨氮进行有效去除。

３污水处理厂节能降耗的策略

３. １总体节能优化运行

是对污水处理能力全局统筹、合理调配后产生的策略。它基于污水处理厂自身的处理能力，结合各个环节物质组分的变化，合理地分配污水能量物质的流向，以此减少污染物在处理单元利用氧作为电子受体的量，让全市的污水处理厂都能获得智能控制，达到 “全局最优、局部适应” 的目标，既保证了市民的用水安全，又充分利用总体推进的优势降低了技术使用的成本。

３. ２单元节能优化运行

是总体节能优化运行的有力辅助，它针对污水处理厂的用泵情况进行检测，要求泵的耗电量、功率等均要达到平衡。因此，在选泵之前确定单元污水处理工作量，然后选择相应型号的泵，是一个非常重要的环节。其次，要合理利用地势特点来节约能耗。根据污水处理厂的地形，减轻泵的工作负担，在平坦的地势选择功率较小的泵，都是非常好的做法。再有，优先选择潜污泵和液下泵，因为其能耗要低于离心泵，并且安装简单、故障率低、使用寿命长。最重要的是，无论使用哪一种泵，都要定期进行保养维护，增加其使用寿命，避免用泵不良造成停工，就是在降低污水处理的成本。

３. ３节能工艺优化升级

污水处理厂根据实际污水的成分和处理量对现有的处理工艺进行检视，将薄弱环节进行改进和升级是一个非常重要的工作。如前所述，现阶段污水处理工艺种类繁多，污水处理工作影响参数也比较多，在对工艺进行优化升级时，一定要把关注点集中在工艺特征、能耗大小、运行条件。除了前文所述的几种工艺，依靠微生物分解和化学反应处理污水的生化池技术，几乎不涉及其他能耗，也可以被列入污水处理技术的主要工艺体系内。还有，污水处理要重视有机物的净化问题，虽然微生物可以分解大部分有机物，然而还有很多残存的有机物会对环节构成威胁。在工艺升级的过程中通过提升强度彻底清除有机物，可以让工艺走向深远。

３. ４综合利用相关能源

污水处理厂在完成污水净化之后会产生大量的污泥，在处理污泥过程中，应始终贯穿合理循环、低碳、节能、绿色的工艺技术理念。为了防止污泥对环境产生二次污染，使用填埋、堆肥等方式进行处理是比较好的。一些发达地区已经实现了以污水处理厂污泥为原料进行沼气生产。污泥中厌氧菌在分解有机物时产生沼气，沼气可以充分燃烧，同时便于保存，能够进行运输，属于一种新型的清洁能源。而且这类沼气可以发电，在节约的同时还能产生热能，既提高了污水处理厂的能源自给率，进一步减小能耗，同时又使得污水处理之后的 “废物” 创新成为一个新的创收项目，彻底实现了污水的深度净化。

此外，可进一步提高污水营养物资回收率与污水再生利用率。在现阶段中，我国县城污水再生利用率为９％，城市污水再生利用率为１８. ６％。由于污水中氮、磷含量较高，而氮、磷是两种非常重要的农业生产资源，再加上磷的矿产存量呈不断下降趋势，所以可以充分回收污水中可溶性的磷与气态氮，将其变为肥料，同时经过高标准处理过的尾水也可进一步解决部分城市存在的生态用水紧张问题。

４结语

综上所述，污水处理厂的节能降耗是城市发展的新兴课题，在污水处理中实现绿色可持续发展具有重要意义。从整体入手，关注局部，在工艺上优化升级同时对废物进行综合利用，这不仅是行之有效的科学手段，更是未来污水处理厂设计和生产运行的必然趋势。

原标题：污水处理厂低碳节能的探讨与研究

原作者：张雪

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