摘要：秦皇島某污水處理廠采用A2/O工藝進行污水處理, 設計出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的二級標準限值要求。由于對污水排放要求的提高, 該廠出水不能外排, 需進入中水廠進行深度處理。基于污水處理廠現狀, 在分析工藝能耗構成的基礎上, 通過合理確定污水處理程度, 調節風機風量分配, 對污水提升泵進行變頻改造與優化運行, 達到了降低污水處理廠能耗的目的。
目前，我國城市污水處理廠平均電耗為0.290 kW˙h /m3〔1〕，高于歐美污水處理廠能耗，隨著我國對城市污水處理廠污水排放標準的提高，污水處理過程電耗將增加0.05～0. 25 kW˙h /m3〔1〕。因此，廢水的達標排放和處理過程的節能降耗成為當前污水處理廠管理和技術改進的工作重點〔2〕。
秦皇島某污水處理廠采用A2/O工藝處理入廠污水，近年來平均能耗約為0.3 kW˙h /m3,高于國內平均水平。對此，該廠對生產過程中的能耗環節進行了分析，在此基礎上，采取了控制污水處理程度，以及對污水提升泵進行變頻改造與優化運行等節能措施，降低了污水處理過程的能耗。
1 污水處理工藝及現狀
秦皇島某污水處理廠設計處理能力為4萬m3/d,采用A2/O的處理工藝，設計出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的二級標準限值要求。其工藝流程如圖 1所示。
圖 1 秦皇島某污水處理廠污水處理工藝流程
2 污水處理廠能耗及分析
隨著我國對城市污水處理廠污水排放要求的提高，該污水處理廠出水不能直接外排，其出水需進入另一家中水廠進行深度處理。中水廠采用“生物陶粒濾池+纖維球過濾+氯消毒”的深度處理工藝，處理能力為4 萬m3/d,處理出水作為工業用水進行回用，目前主要用于港口抑塵、煤炭碼頭噴灑降塵等作業。中水廠設計進水水質：SS 20 mg/L ,CODCr 100 mg/L ,BOD5 20 mg/L ,NH3-N 45 mg/L,pH為6~9。
2.1 污水處理廠能耗環節
該污水處理廠污水處理工藝包括物理處理、生化處理以及污泥處理3個單元過程，各單元過程所使用設備功率及運行能耗比例如表 1所示。
表 1 污水處理廠設備功率及運行能耗
由表 1可知，污水處理過程中的能耗主要集中在生化處理和物理處理環節，分別占全廠污水處理能耗的68.42%和28.99%.在生化處理環節，曝氣能耗占了41.15%,其次是污泥回流和水下推進，各占9.52%和9.26%;在物理處理環節，污水提升能耗占了23.15%.因此，通過控制生化曝氣和優化污水提升環節的運行，可實現對污水處理廠能耗的有效控制。
2.2 生化處理過程耗能分析
2012年該廠處理廢水1 000多萬t,年運行320 d,電耗約0.299 kW˙h/m3.2012年污水處理廠的運行情況如表 2所示。
表 2 2012年污水處理廠的運行情況
由表 2可知，污水處理廠處理出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的二級標準限值要求。
由于該污水處理廠出水不能直接外排，而是進入中水廠進行深度處理，依據中水廠設計進水水質，可考慮降低污水處理廠污水中有關污染物的處理程度，進而降低生化過程的曝氣量，實現污水處理能耗最大程度的降低。
根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的二級標準限值要求和中水廠設計進水水質，確定污水處理廠出水BOD5 達到20 mg/L、NH3-N 達到25 mg/L.污水原有處理程度與至確定出水值處理程度的曝氣量之比如表 3所示。
表 3 污水原有處理程度與至確定出水值處理程度的曝氣量之比
由表 3可以看出，BOD5和NH3-N處理程度的增加導致曝氣量的增加，由此增大了污水處理電耗。相比于BOD5,NH3-N硝化程度的提高導致電耗的增加較大。因此，合理確定污水的處理程度，可降低生化處理過程的電耗。
3 節能措施及運行結果
該污水處理廠的節能措施主要包括兩方面：
(1)通過合理確定污水的處理程度控制生化過 程曝氣量。依據污水處理廠確定的出水BOD5 達到20 mg/L、NH3-N 達到25 mg/L的指標要求，調節風機風量的分配，控制生化處理過程的曝氣量，達到節能的目的。
(2)對污水提升泵進行變頻改造，通過優化污水提升泵的組合運行實現節能。該污水處理廠有5臺污水提升泵，對其中1臺污水提升泵進行了變頻改造，變頻器型號為BLe-B6J-4T0300.在污水處理過程中，根據來水量的大小，控制其他4臺泵與變頻污水提升泵配合使用，實現污水提升環節的節能。污水提升環節通過變頻改造與優化運行，其電耗由占總電耗的23.15%降低為17.3%。
2013年該污水處理廠實施了節能措施，其污水處理電耗降為0.288 kW˙h/m3，與2012年相比，電耗下降0.011 kW˙h/m3。2013年污水處理總量為 10 013 315 m3，則節約電8.01萬kW˙h，節能效果顯著。
4 結論
該污水處理廠的主要耗能環節為生化曝氣環節和污水提升環節，分別占污水廠總能耗的41.15%、23.15%.該污水處理廠通過合理確定生化過程污水處理程度，降低生化過程的曝氣量，調節風機風量在生化池與貯泥池的分配，同時對污水提升泵進行變頻改造并優化運行，實現了污水處理過程的節能。
