十一五规划提出了节能降耗的目标，并把节能降耗提升到战略的高度，各行各业积极响应国家号召竞相开展节能降耗工作，城市污水处理行业也是高能耗行业之一，并且节能降耗问题已经成为制约城市污水处理行业发展的瓶颈。高能耗不仅导致污水处理成本升高，而且也在一定程度上也加剧了我国当前的能源危机。因此竭尽全力降低城市污水处理厂的能耗需求，寻求污水处理厂能量优化对策已成为当务之急。本文通过对安达污水处理厂采用的污水处理工艺即A2/O工艺、混凝-沉淀再生水处理工艺各个构筑物的能耗分析，以及对为污水处理厂提供的设备节能优势分析，总结新型污水处理设备对污水处理厂节能降耗的贡献力。
2.安达污水处理厂工程简介
安达市地处中纬度北温带亚欧大陆季风气候区，属于北温带大陆性半干旱季风气候，主要特征：冬季寒冷、干燥，时间长达200天以上;夏季炎热，时间短，约120天，年降雨量少，蒸发量大，气候干旱。
安达市年平均气温为3.2℃。年际间气温差异不大。年平均最低气温-19.9℃，年平均最高气温22.8℃。
安达受季风影响，平均雨量各季节不均。年平均降雨量为419.7毫米，年最大降水量为680.5毫米，最小为248.2毫米，年内各月降水量分配不均，降水量集中在6~9月，降水量区域分布不均，东北地区降水较多，在430毫米以上;西南地区偏少，低于400毫米。
安达污水处理厂设计规模近期(2010年)：旱季4.5万m3/d，雨季8.8万m3/d远期(2020年)：旱季8万m3/d，雨季13.1万m3/d。
进水水质：CODcr 350mg/l; BOD5 180mg/l;SS 250mg/l;TN 50mg/l;NH3-N 35mg/l;TP 5mg/l。
出水水质：出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准。CODcr≤60mg/l;BOD5≤20mg/l;SS≤20mg/l;TN≤20mg/l;NH3-N≤8mg/l;TP≤1mg/l;粪大肠菌群数 ≤ 104个/l。
再生水处理系统设计规模1万m3/d。
再生水处理系统进水水质同污水处理系统设计出水水质。
出水水质：CODcr≤60mg/l;BOD5≤10mg/l;SS≤10 mg/l;TN≤20mg/l;NH3-N ≤8mg/l;TP≤1mg/l;粪大肠菌群数≤2000个/l。
选用合理的污水处理工艺和污水处理设备是污水处理厂节能降耗的重要环节，污水处理工艺的选择，不仅要考虑污水处理出水水质的要求、处理工艺的合理性与适用性还应考虑工艺流程的简洁顺畅，易于控制。针对安达市冬季时常较长，气温较低;夏季时常较短，气温较高等自然特征，选取改良型A2/O污水处理工艺作为污水处理厂的生物处理主体工艺。针对安达市年降雨量较少且雨量季节性和地域性分布不均的特征，将部分经过二级处理后的出水再进行混凝-沉淀-过滤深度处理生成再生水，用以缓解安达市的用水压力。安达污水处理厂在设备选用方面也比较慎重，在能保证处理质量和能力的前提下尽量选用能耗较低的环保设备。南京蓝深制泵集团积极响应国家低碳、节能、环保的号召，不断改进产品，由其提供的水泵，格栅，刮吸泥机等环保设备具有明显的节能优势。
图1 安达污水处理厂污水处理工艺流程图
图2 安达污水处理厂再生水处理工艺流程图
3.A2/O处理工艺的主要构筑物及设备节能分析
(1)粗格栅间及进水泵房
污水处理厂处理的污水种类多、污水量大，需要用提升泵房将各处的污水提升到污水处理厂集中处理，不仅要保障所有污水都提升到污水处理厂，还要能够适应污水量的变化要求，一般其流量很大，输程也较远，再者污水管道一般都埋设较深，泵房需要有很高的扬程，其电耗一般占全厂电耗的15%~25%，是污水处理厂节能重点。
提升泵房的节能应首先从设计入手，正确选泵，使提升泵工况点在高效段内运行;可通过利用先进变频器调节污水流量，降低电能消耗;合理布置污水处理流程，减少管道长度及局部阻力，降低污水提升泵扬程，此外调节泵的运行方式，降低水泵轴功率，加强对水泵的管理和维护也是有效的办法，且节能效果明显。
格栅是用来去除那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较大的悬浮物，保证后续处理设施正常运行。格栅选型时应考虑整个污水处理系统能正常运行，后续污水处理设施或管道均不会堵塞。选择合适的栅隙对格栅选型至关重要，栅隙过大，截留率降低，截留效果较差。栅隙过小，污水经过格栅时，由于栅条的阻挡会引起水头损失增大，需要有水泵提升污水以增大污水的势能，另外栅渣破碎机的粉碎处理也是耗能过程，可尽可能将污水处理设备安装在地势较低的地方，以减小提升泵的功率[2]。安达市污水处理厂选择回转式机械粗格栅和旋转式固液分离机配合使用，回转式机械粗格栅的栅隙为20mm，旋转式固液分离机栅隙为10mm，和以前的拦污设备相比，回转型格栅除污机具有能耗较低，除污连续，排渣干净，分离效率高的优点;旋转式固液分离机转速低，功率小，低噪音等优点。采用这两种粗细格栅拦污，不仅起到很好的拦污效果，在一定程度也降低能耗。
排出的栅渣经皮带输送机和无轴螺旋输送机输送至集渣斗。
(2)沉砂池
沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒。沉砂池一般设于泵房前、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损;也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。沉砂池可分为平流式、竖流式、曝气沉砂式、旋流式沉砂池。安达市污水处理厂选用的是旋流沉砂池，旋流沉砂池是利用水力旋流，使泥砂和有机物分开，加速砂粒的沉淀，以达到除砂的目的，这种池型基建和运行费用低，除砂效果好[3]。沉砂池的能耗主要是砂水分离器和吸砂机。安达市污水处理厂沉砂池采用旋流沉砂池除砂机，将沉降在池底的砂等较大的颗粒和污水混合液提升至砂水分离器分离。这种除砂机功率小，噪音低，分离效果好。
(3)初沉池
初沉池是二级污水处理厂设在生物处理构筑物前面的预处理构筑物。处理对象是悬浮物SS和部分BOD5，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷，保证生物处理构筑物的功能正常发挥。初沉池包括平流沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。初沉池主要能耗设备是排泥装置，比如链带式刮泥机、刮泥撇渣机、吸泥泵等，安达市污水处理厂的初沉池采用中心传动刮泥机，这种刮泥机采用中心传动，平台固定支墩式。比传统结构简单，重量减轻，运行费用节省，维护管理方便。采用静水压力排泥，降低能耗。
(4)改良型A2/O工艺
安达污水处理厂采用低能耗的改良型A2/O工艺，是对传统A2/O法工艺的改进，其构造是在A2/O工艺的基础上把厌氧区和缺氧区倒置，缺氧区移至厌氧区之前。该工艺是脱氮除磷工艺，在缺氧、厌氧、好氧交替运行的条件下，可抑制丝状菌的繁殖，克服污泥膨胀。有利于泥水分离。同时这种工艺也克服了传统A2/O工艺的缺点，如传统A2/O工艺的回流活性污泥(外回流)直接回流进入厌氧池，其中夹带的大量的硝酸盐回流至厌氧池，破坏了厌氧池的厌氧状态，从而影响系统的除磷效果，改良的A2/O工艺回流活性污泥(内回流)直接回流至缺氧池，这样就不会破坏厌氧环境。改良的A2/O工艺流程如图
图3 改良型A2/O工艺流程图
改良型A2/O工艺节能降耗关键技术是：
① 合理控制曝气量：生化处理单元分两组设计，每组2个缺氧区，2个缺氧/好氧过渡区，好氧区分3个廊道，在设计时曝气管 按生物生长及生化反应各阶段需氧量的规律布置，合理分配供氧量。鼓风机通过总管向每个生化处理单元供气，不同的处理单元在相同时刻的需气量有所不同，同一个处理单元在不同时刻的需气量也会变化。所以合理调节部同阀门之间的开度组合，既可以满足不同生化处理单元的曝气强度需要，同时又使得调节造成的压力损失最小，使鼓风机能耗最低。
② 采用高效的曝气装置：安达市污水处理厂采用微孔曝气器，可以减小气泡尺寸增加表面积，提高氧的利用率，因而转移速度高，节约风量，可节省近20%的曝气能耗。
③ 合理控制进水比例：改良A2/O工艺有多种运行方式，根据不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮除磷所需的碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，以保证反硝化和除磷效果。例如：把常规脱氮除磷系统的厌氧、缺氧环境倒置过来，同时取消内回流，控制厌氧、缺氧区合理的进水比例，可得到更好的脱氮除磷效果，同时节省大量的电能。在一定范围内，厌氧环境的HRT越大，厌氧程度越充分，聚磷菌的吸磷动力越强。缺氧区位于厌氧区之前，硝酸盐在这里消耗殆尽，厌氧区ORP较低，有利于微生物形成更强的吸磷动力;微生物厌氧释磷后直接进入生化效率高的好氧环境，其在厌氧条件下形成吸磷动力可以得到更充分利用;系统也有较好的脱氮能力。
④ 采用高效的搅拌设备：安达市污水处理厂采用低速推流器对生化池的污水进行搅拌和推流，低速推流器水力性能好，搅拌混合充分，不会出现死角。叶片在污水介质中性能稳定，耐磨性好。推流器能耗较低。
(5)二次沉淀池
二次沉淀池的作用是泥水分离，使混合液澄清、污泥浓缩并将分离的污泥回流到生物池。二沉池的处理对象是活性污泥混合液，它具有浓度高(2000~4000mg/L)、有絮凝性、质轻、沉速较慢等特点。二次沉淀池可分为平流式、竖流式、辐流式等，安达市污水处理厂采用中心进水周边出水的辐流式二沉池，池子设有刮渣挡板，出水排泥等装置，其面积也较大。分离出来的污泥还要用污泥泵输送道污泥泵房。二次沉淀池的能耗主要是刮吸泥设备。安达市污水处理厂二沉池采用垂架式中心传动刮吸泥机，此种刮泥机结构简单，重量较轻;排泥采用静水压力排泥法，降低能耗。
此外，还可以通过采用新型的节能泵，合理调整设备参数，提高泵的运行效率。选择水泵的运行台数分等途径实现节能。安达市污水处理厂选用轴流泵用于污泥回流，这种水泵机组在额定转速、设计扬程工况时，其流量满足设计流量要求，在平均扬程下，水泵在高效区工作，在最高扬程和最低扬程时能安全稳定运行。该潜水轴流泵机组在设计中采用我公司独有的最新潜水电泵设计软件(CFD)计算机三维流体流场动力学技术进行水力模型分析计算，原型泵和模型泵之间，严格遵守水力性能相似原则。该水泵机组电动机定子冲片采用武钢50W310的低损耗、高导磁、无取向、平整度好的冷轧硅钢板，控制电机的低磁密，采用一落二高速冲槽工艺，确保槽形整齐度，定子铁心线为内压装，冲片在机壳中叠压，铁心两端通过齿压板、压圈压紧并固定，保证铁心叠压质量，叠压系数控制在0.95以上，以提高电机的效率、功率因数，达到节能的目的。
4.再生水处理工艺主要构筑物及设备节能分析
(1)混凝-沉淀工艺
混凝-沉淀是通过向废水中投加化学药剂-混凝剂，破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集成较粗大的颗粒沉淀，得以与水分离，使废水得到净化。
混凝沉淀工艺节能关键在于选择合适的搅拌机，混凝分为两个阶段：第一个阶段为混合阶段;第二个阶段为反应阶段。混合阶段为了让药剂快速溶解，选用转速快，搅拌强度大的折桨式搅拌机;反应阶段药剂吸附悬浮微粒，絮体慢慢变大，重力增大，最终沉淀下来，为了不破坏絮体，选择搅拌速度慢、搅拌强度低的框式搅拌机。安达市污水处理厂选择桨式搅拌机用于混凝工艺混合阶段，选择框式搅拌机以及旋流搅拌机用于混凝工艺的反应阶段。正确选用搅拌机不仅增强能够处理效果而且对于节能降耗也具有明显的意义。
(2)斜管沉淀池
斜管沉淀池是根据“浅层沉淀”理论，在沉淀池中加设斜管，以提高沉淀效率的一种新型沉淀池。它具有沉淀效果高，停留时间短，占地面积少等优点。斜管沉淀池主要能耗是刮吸泥机的能耗，安达市污水处理厂斜管沉淀池采用中心传动栅耙刮泥机，这种刮泥机相比以前设计的刮泥机结构简单，重量较轻，排泥采用静水压力排泥，降低能耗。
(3)污泥浓缩脱水
污泥浓缩池用于去除污泥颗粒间的间隙水，以减少污泥体积，为后续的污泥处理提供便利条件。污泥浓缩池能耗的主要是刮泥机的能耗。安达市污水处理厂采用重力污泥浓缩池，这种污泥浓缩池靠重力压缩沉淀，排泥方式是采用静水压力排泥，节省能耗。浓缩池选用带搅动栅的刮泥机，此种刮泥机不仅具有刮泥的功能还具有搅拌污泥的功能，这样就可以不必使用搅拌机，在一定程度上也起到节省能耗的作用。
4.结论
随着全球能源危机进一步加剧，节能降耗已是一项刻不容缓的工作，作为高能行业之一的污水处理行业也要积极寻求节能降耗的道路，污水处理厂的节能降耗是一项综合性的工作，涉及到工艺，设备，电气及自动化控制等多个环节。所以今后污水处理厂不仅要从工艺设计，设备选型，运行管理，日常维护等方面挖掘最大的节能潜力，还要积极研发新型工艺新型设备，发挥高能效，符合国家的产业政策和低碳经济。
(审核编辑: 小王子)
