污水处理厂运行节能技术与发展趋势

污水处理厂运行节能技术与发展趋势1第1页，共31页，2023年，2月20日，星期六报告目录我国与国外在运行节能方面的差距2对未来技术发展的展望4污水处理能源消耗现状分析31污水处理厂运行节能的对策33第2页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理能源消耗现状分析

污水处理是能源密集(energyintensity)型的综合技术，厂内所用的能量有电能和热能。其中，电耗约占总能耗60-90%，主要用于污水的提升、生物系统的供氧以及污泥处理这几个工艺过程，节能的空间很大。近年来主要研究内容有:新工艺的研究和开发各单元操作中新设备的选用资源化利用(Reuse和Recycle)。

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污水处理厂能耗的大小主要决定于:要求达到的出水水质标准采用的工艺过程及设备运转方法及管理水平处理级别不同，能耗相差较大，处理方法不同，能耗也有较大差异第4页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理能源消耗现状分析

近年来，我国城市污水处理厂的数目和处理能力都有了迅速增长，但还存在着一些问题：运行费太高，运行费中主要是能耗大，一般约占整个管理费用的40%左右实际处理污水量达不到设计水平，容积偏大、负荷偏小，造成资源和能源浪费工业废水超标排放，畸形提高污水厂负荷，应加强上游污染监控治理第5页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理能源消耗现状分析 城市污水处理厂具体电耗分布如下表举例：部分污水厂电耗情况处理规模（万吨）处理等级电耗（度）备注1.220.218无消化220.2324.5-520.3351.420.255有消化 从表中可以看出，污水处理电耗占全厂总电耗的50-80%，污泥处理仅占15-40%，可见污水处理是节能重点，其中又以提升泵和风机为重中之重。第6页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理能源消耗现状分析 清华大学杨凌波等人对我国559座城镇污水处理厂2006年的能耗状况分析如下：工艺单元过程耗电量/kwh·m-3所占比例/100%进水泵类0.0622.6沉砂池、沉淀池、浓缩池0.00642.4回流污泥泵0.027.5曝气池供氧设备0.15257污泥处理0.0217.9化验、办公等附属设备0.0072.6总计0.226100%第7页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理能源消耗现状分析

我国现阶段污水处理厂电耗主要分布在0.1-0.4度。2006年我国污水处理厂平均电耗0.290度,与发达国家相比,相当于20世纪初甚至更早期的能耗水平,仍然具有较大的节能潜力。 而0.440度的能耗则可以作为将来政府监管污水处理厂运行绩效时的警戒上限值。第8页，共31页，2023年，2月20日，星期六我国与国外在运行节能方面的差距 提升泵的电耗一般占全厂电耗的10-20%，是污水厂的节能重点，提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计，对于已投产的污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。 表中污水厂均为老厂，处理单位污水耗电量约0.262,表面上看与日本平均0.260相近,比美国0.20稍高。 但日本沉砂池普遍有洗砂、通风、脱臭等,约耗电0.01;美、日两国普遍对出水进行消毒处理,该项电耗约0.002;美、日两国对污泥都进行消化、脱水、焚烧处理,美国还进行气浮处理约耗电0.05~0.1,而回收的能源均未计算在内。另外,美、日两国自控设备比我们多,照明空调等耗电也少。可见老厂节能问题十分突出,潜力巨大。

第9页，共31页，2023年，2月20日，星期六我国与国外在运行节能方面的差距 根据有关资料介绍，日本每年消耗于排水系统的电耗为20亿千瓦小时、重油46万千升，约占全国总能耗的10%，其中泵站每年耗电约2亿千瓦小时、重油2万千升，污水处理厂每年耗电18.39亿千瓦小时、重油44.34万千升，电耗为排水泵站的9倍，重油为22倍，所以污水处理厂的节能是非常必要的。日本污水处理设施电耗比为:鼓风占61.8%，污水提升占12.9%，脱水机占8.1%，污泥处理占4.4%，其他占12.8%。我国鼓风占污水厂总电耗的比例更大，约占70%。第10页，共31页，2023年，2月20日，星期六我国与国外在运行节能方面的差距 污水处理厂的能耗费用在污水处理的营运费用中一般占30%左右。据有关统计资料显示,我国污水处理厂处理1m3污水的耗电量一般为0.14～0.28,如果包括污泥处理在内,1m3污水的耗电量为0.19～0.36,远远高于美国、日本等国家。其中曝气设备动力消耗量约占总能耗的40%～50%,是污水厂的用能第一大户,污水、污泥提升泵的电耗可达10%～20%。中小型污水处理厂一般建厂时间较长,工艺相对落后,能耗水平更高。但中小型污水处理设备具有造价低、投资见效快、维护简单、应用灵活等优势,如果能降低曝气设备及提升泵的能耗,中小型污水厂可达到降低成本的目的。发达国家在污水处理节能降耗方面进行了很多研究和实践,而国内污水处理行业目前侧重在设施建设,对于污水处理的节能降耗及优化运营尚未进行系统地研究。第11页，共31页，2023年，2月20日，星期六我国与国外在运行节能方面的差距 由于老一套的经济运转模式，污水处理厂存在严重的污染和浪费。综观当前国内水工业市场，绝大多数是老企业，设备陈旧，工艺及供电设备老化，自动化水平低下，水耗药耗材耗严重，先进控制技术极少采用。就是近几年来新建扩建改建的水处理工程，花了不少投资组建的FCS、DCS及PLC监控系统也不是名符其实的，不能进行网络化监控，造成许多资源白白浪费。更有许多处理厂站，存在先天性的不足，工艺设计不合理，工艺流程布局混乱，变电站远离负荷中心，使得电力电缆和控制电缆大多太长。特别是水泵机组的配置不够科学，使得给排水系统的电耗居高不下。吨水的单位电耗远远超过欧美、日本等国家。水工业的节能降耗到了刻不容缓的地步。第12页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策第13页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——工艺设计选择

在工艺设计中选择新工艺。应用如厌氧一好氧工艺、H/0工艺、流化床和曝气生物滤池等工艺。其中厌氧工艺以其能耗低受到关注，第三代厌氧反应器如EGSB，ASBR，ABR等。以下几条工艺设计选择技术路线：对传统活性污泥法进行改造或予以替代的技术路线自然生物净化与人工生物净化相结合的技术路线以深水扩散排放为主，处理为辅的技术路线以回用为目标的污水人工深度处理技术路线第14页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——工艺设计选择污水提升泵房：污水提升泵房节能消耗，主要考虑污水提升泵如何进行电能节约，正确科学选泵，减少污水提升高度，减少摩擦沉砂池：采用重力排砂，避免使用机械排砂初次沉淀池：初沉池的能耗是比较低的生物处理构筑物：生物膜法处理和活性污泥法相比能耗低二次沉淀池：二次沉淀池能耗比较低污泥处理：能量消耗相当大，污泥节能研究主要集中于能量回收：一是污泥厌氧消化气利用，一是污泥焚烧热的利用。

第15页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——工艺设计选择

提升泵的电耗一般占全厂电耗的10%~20%，它的节能首先应从设计入手,对于已投产仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。对于轴流泵和导叶式混流泵,可采用变角调节;对于离心泵和蜗壳式混流泵,则可采用变速调节对于运行时间较长的厂,可采用变频调速技术,选用新型节能泵,合理选择水泵运行台数等第16页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——工艺设计选择变频调速技术的应用。使用变频调速设备可使水泵平均转速比工频转速降低20%以上。与采用档板、阀门调节流量相比,可节能40%～60%。选用新型节能泵替代老式水泵，选用流量与扬程尽量达到设计要求的提升泵,尽量减少水泵台数,选用高效率的污水泵。当采用水泵调速时,应该选用大机组和台数少的调速水泵。第17页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——新型节能设备应用采用节能技术、设备、自动化的控制手段来节能降耗，变频器、瞬流抑制技术、D0控制、优化工艺参数的研究和实践不断被总结和推广纯氧曝气工艺氧转移速率高，电耗低，敞开式纯氧曝气法基建费与普通空气法相差不多，但可节能30-40%对于具有脱氮功能的较大型活性污泥反应池,也可以通过控制曝气池出水的NH4-N含量(NH4-N<5mg/L)来调节供气量第18页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——新型节能设备应用 精确曝气可利用D0控制有效减少氧的过量供给。D0控制和曝气池供氧转向模糊逻辑控制策略，以精确控制曝气池内的氧浓度，收到显著节能效果。精确曝气控制理念：曝气过程的就地控制和鼓风机动态压力控制根据实际负荷，精确动态调节曝气菱形控制阀的精确气量控制，阀位合理动作气体流态的同步校正，连续监测，实时调整第19页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——新型节能设备应用第20页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——新型节能设备应用第21页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——污泥系统改进增加厌氧消化预处理工艺太阳能用于污泥消化与干燥污泥浓缩脱水一体化污泥减量化技术应用，如：代谢解偶联、增加维持能量消耗、强化隐性生长、微型动物捕食、高溶解氧工艺和膜生物反应器等污泥减量技术。第22页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——污泥系统改进第23页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——物料循环降低物料消耗，如新型PAM、混凝剂的使用中水回用污泥的填埋、农用、焚烧、制造建材等从污水中回收有价值的物料如磷。第24页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——能量循环利用 能量回收可从污水和污泥中进行：污水含有较多的低位热值，所谓“热泵”。污泥中回收热量:一是污泥厌氧消化气利用，二是热解处理炼油;三是污泥焚烧热的利用。鼓风机的余热利用。对高浓度污水，由于其耗电量大，鼓风机供出的热风温度高达150℃，含有较多的尚未利用的余热。

第25页，共31页，2023年，2月20日，星期六污水处理厂运行节能的对策——电气设备改进变压器配置：针对污水厂超前建设，有时采用一大一小两台变压器的搭配,更方便根据负荷切换运行低压配电：无功补偿的分散就地补偿减少电能线路传输，选用电导率较小材质的电缆，增大电缆的截面电机配置及控制的优化，避免电机“大马拉小车”，合理选择电机容量。第26页，共31页，2023年，2月20日，星期六对未来技术发展的展望 对于运行时间较长的中小型污水处理厂,大都存在工艺落后、设备老化、能耗较高等问题,但在节能方面也存在较大的节能潜力。 今后对污水处理厂的主要研究方向有：对关键工艺段的节能降耗研究污泥焚烧及焚烧后残渣的资源化利用研究第27页，共31页，2023年，2月20日，星期六对未来技术发展的展望 未来技术路线分解如下：以节能、降耗、减