污水处理厂运行能耗优化分析

污水处理厂运行能耗优化分析

1现有污水处理系统节能的必要性石油、天然气和石油能源的过程是复杂的，是水的密集过程。化工企业的废水复杂多样，化学需氧量高，烃类、衍生物等难分解物质多。为了满足越来越严格的废物排放要求，许多现有的废水处理厂能够显著提高能耗、药物和劳动力的成本。因此，降低成本是许多公司预测的有效选择。2回用水处理系统某石化公司原油加工量为1300×10污水处理系统采用了“罐中罐+DCI隔油池+中和池+均质池+混凝絮凝池+气浮池+A/0生化池+二沉池+高密度沉淀池+后混凝池+V型滤池”的工艺技术路线，出水进入到回用水处理系统进行深度处理。回用水处理系统采用“臭氧接触池+生物滤池+V型滤池+超滤+反渗透”的工艺技术路线，系统出水进到除盐水站，经除盐水站处理后达到二级除盐水水质标准。浓水处理系统采用“前接触氧化池+反硝化滤池+生物滤池+GreenDAF气浮+砂滤罐+后接触氧化池+活性炭滤池”的工艺技术路线，对回用水处理系统反渗透浓水进行处理，处理后的浓水进行排放，排放标准按GB31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》一般限值执行。3污水回用技术该污水处理厂工艺流程完善、工艺单元多、自动化程度高，采用了DCI隔油池、气浮池、高密度沉淀池、生物滤池、反硝化滤池等多项专利技术，主要技术特点如下：(1)采用罐中罐进行污水存储，罐中罐具有调节水量和去除污水可浮油的两种作用，含油污水进入罐中罐内的水力旋流分配器，在水力旋流管内产生旋转层流，利用油和水的不同密度差，产生不同的离心力力场，实现油水分离。(2)采用DCI隔油池进行深度除油，DCI隔油池利用重力分离的原理实现油水分离，浮油自流排入DCI污油储池，底泥通过污泥排放泵进到污泥浓缩罐。(3)采用溶气气浮实现泥水分离，通过在溶气罐溶解压缩空气，水中溶解的过饱和空气以微气泡形式存在，气泡在上升过程中与水中的乳化油及小颗粒悬浮物等相黏附，形成密度小于水的气浮体，在浮力作用下，上浮至水面，达到分离目的。(4)采用A/O生化池进行COD等污染物的去除，通过在生化池内培养活性污泥，利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，分解去除污水中的有机污染物。(5)采用高密度沉淀池对二沉池出水进行深度物化沉淀，高密度沉淀池集合了混凝絮凝、沉淀、污泥浓缩功能，有效去除水中悬浮物保证出水浊度。(6)采用V型滤池进行过滤，V型滤池是快滤池的一种形式，通过细孔型填料层截留水中悬浮物从而使水澄清。(7)污水回用采用臭氧接触氧化技术。臭氧具有强氧化性，使中难生物降解的长链、大分子有机物转化为较小且可生物降解的有机物，从而通过生物滤池去除。(8)采用BIOFOR曝气生物滤池进一步去除COD。BIOFOR曝气生物滤池具备生物净化和截留悬浮物两种作用，使污水中的悬浮物和CDO得以去除。(9)采用7合1多孔纤维超滤膜进行反渗透预处理，出水浊度小于0.5NTU，有效保证了反渗透进水水质。(10)采用一级三段式反渗透膜组合，回收率不低于81.7%，产水电导率小于50μS/cm，有效保证了回用水水质。⒒采用前臭氧和后臭氧两级臭氧化工艺去除反渗透浓水COD，臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂，使臭氧分子结合在有机分子的双键上，生成臭氧化物，使水中污染物进行有效的氧化。⒓采用反硝化生物滤池对反渗透浓水进行去除，通过硝化菌将硝态氮分解为氮气，确保了外排污水总氮合格。4主要措施4.1碱渣处理系统按照污水处理厂设计，上游装置排放的碱渣需排放至碱渣处理系统进行预处理，碱渣处理系统设计处理量为1.0m通过化验监测，装置排放碱渣COD约为20000～30000mg/L，碱渣实际排放量约0.8～1.0m4.2减少运行负荷污水处理厂工艺流程长、转动设备多，共有转动设备1200多台，电耗是污水主要运行费用，针对该情况，结合污水运行，积极采取节能降耗措施，降低污水电耗，具体措施如下：(1)利用罐中罐、事故水罐和均质池对装置排放污水进行缓存。根据上游装置污水排放量，及时调整污水运行负荷，当污水量小于300t/h时，污水处理系统按照单系列运行，减少运行设备，每月约有40%的时间处于单系列运行状态，每月节约电量15×10(2)根据生化池溶解氧情况，及时调整生化鼓风机运行，在确保生化池溶解氧不低于2mg/L的情况下，将生化鼓风机由两用一备调整为一用两备，每月减少生化鼓风机电量52×10(3)根据污水V型滤池出水COD情况，及时调整回用臭氧投加量，在污水V型滤池出水COD小于15mg/L时，降低回用单元臭氧接触池臭氧投加量，将臭氧投加量由设计的80kg/h调整至20kg/h，每月减少臭氧发生器用电量35×10(4)通过对回用生物滤池曝气方式进行调整，在确保回用生物滤池溶解氧不低于8mg/L的情况下，将回用生物滤池由连续曝气改为间断曝气，每月减少回用生物滤池风机用电量1.1×104.3气浮池及反渗透膜运行监控污水处理厂主要目的是实现污水净化，确保污水达标排放。在污水处理过程中，为了实现污水净化，需投加多种药剂，污水处理厂共有水处理药剂10多种，药剂种类多、用量较大。为了降低药剂消耗，根据现场情况，及时调整运行，采取如下措施：(1)对污水总入口硫化物进行监控，当总入口硫化物小于50mg/L时，停止中和池三氯化铁投加，减少三氯化铁用量。(2)根据污水总入口COD情况，及时调整气浮池运行，在污水总入口COD小于300mg/L时，停止气浮池PAM和三氯化铁投加。(3)监控气浮池出水和二沉池出水水质，及时调整碳酸钠投加，当二沉池出水碱度大于100mg/L时，停止碳酸钠投加，减少碳酸钠用量。(4)对超滤出水余氯进行监控，确保超滤出水余氯在0.1～0.5mg/L的范围，根据监控化验结果，及时调整次氯酸钠投加量。(5)加强中间水池ORP的监控，确保中间水池ORP在-300～300mV的范围，根据ORP监控数据及时调整亚硫酸氢钠投加量。(6)对反渗透进行监控，确保反渗透进水pH值在6.0～6.5，及时调整盐酸投加量。(7)优化反渗透杀菌方式，将反渗透连续投加杀菌剂的运行方式改为间断投加杀菌剂，减少杀菌剂用量。(8)对反渗透进水硬度、碱度、含盐量等进行化验，对反渗透膜运行压差进行监控，在确保反渗透运行的情况下，将阻垢剂投加浓度由设计值5mg/L降至3mg/L，减少阻垢剂用量。(9)监控反硝化进水总氮情况，根据总氮化验数据及时调整乙酸投加量，在确保污水外排总氮合格的情况下，将乙酸投加浓度由设计值320mg/L降至250mg/L，减少乙酸用量。通过以上措施，污水处理厂三氯化铁、PAM、次氯酸钠、盐酸、亚硫酸氢钠、杀菌剂、阻垢剂、乙酸等药剂用量大幅度下降，具体见表1。4.4滤池阻塞值管理过滤池和生物滤池是污水常用处理手段，该污水处理厂共有V型滤池9台、生物滤池7台，其中污水V型滤池5台、回用V型滤池4台、回用生物滤池4台、浓水生物滤池3台。V型滤池和生物滤池在运行过程中，需定期进行反洗，将滤料表面悬浮物和杂质冲洗干净，以确保过滤水量。反洗水进入废水池，通过提升泵回流至系统前端进行处理。V型滤池和生物滤池频繁反洗将增加污水处理负荷和药剂消耗，不利于污水处理厂经济运行。运行表明，滤池阻塞值控制在120cm以下可有效确保运行，通过对V型滤池和生物滤池进行反洗试验，确定V型滤池和生物滤池反洗时间，具体反洗时间对比如图3所示。通过V型滤池和生物滤池反洗试验，污水V型滤池反洗周期为60h，回用生物滤池反洗周期为72h，回用V型滤池反洗周期为80h，浓水生物滤池为60h，较设计反洗时间大幅延长，减少了反洗用水和系统运行负荷。4.5反渗透膜的清洗处理污水处理厂采用反渗透工艺进行含盐量的去除，反渗透膜在分离过程中，由于水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理化学相互作用或机械作用，导致膜表面或膜孔内发生吸附、沉积的现象，会造成膜孔径变小或堵塞，使膜形成污堵，膜系统一旦形成污堵将严重影响系统的生产运行。为了确保反渗透膜长周期运行，对反渗透内部污染物进行分析，制定了“碱洗-酸洗-杀菌”的清洗步骤，并结合反渗透一级三段的处理工艺，采取“一段清洗，其他两段浸泡”的措施。通过对反渗透清洗方案的优化，反渗透运行周期由2个月延长至4个月，每年可增加反渗透产水约8×104.6改善反硝化运行条件反硝化滤池是污水处理厂浓水处理系统核心单元，反硝化滤池运行好坏直接影响到污水外排。反硝化是通过在填料内培养特定的异氧菌，通过异氧菌将硝态氮分解为氮气，从而实现总氮的去除。由于烟脱废水进入反硝化滤池，导致反硝化污染物负荷增加，影响反硝化滤池运行，针对该情况，对反硝化滤池采取如下措施：(1)优化反硝化内循环泵控制，由流量控制模式调整为恒滤速控制，避免反硝化低运行滤速导致滤床底部堵塞。(2)增加滤池氮气排放措施，反硝化长时间会导致内部聚集大量氮气，从而造成运行过程跑填料，通过增加氮气排放措施，定期对反硝化产生的氮气进行释放，有效确保了反硝化运行。(3)增加气水混和冲洗步骤，通过原有的冲洗步骤增加气水混洗，使反硝化填料反洗更加彻底，有效保证反硝化反洗效果。(4)优化反硝化运行流量控制，避免反硝化运行负荷波动，有效保证了反硝化稳定运行。通过采取以上措施，实现了反硝化稳定运行，使反硝化滤池运行时间由初期8h提高至14h，有效确保了污水外排水质。5运营效率5.1减少污水处理厂运行费用(1)通过对碱渣处理系统进行优化，每年减少硫酸用量360t、液碱用量840t，节约生产费用117万元/a。(2)通过开展节能措施，大幅度降低污水处理厂电耗，每年可减少用电量1248×10(3)通过药剂投加量优化调整，三氯化铁、PAM、次氯酸钠、乙酸等用量大幅度下降，与设计相比较每年节约费用335万元/a。(4)通过V型滤池、生物滤池、反硝化滤池反洗优化，每年减少滤池反洗废水14.64×10(5)通过对反渗透化学清洗进行优化，反渗透运行周期由2个月延长至4个月，每年可增加反渗透产水约8×105.2污水处理厂运行成本对比污水处理厂设计运行成本为6.22元/t污水，通过采取节能降耗措施，污水处理厂实际运行成本为2.94元/t污水，与设计相比较减少了3.28元/t污水，污水处理厂运行成本对比见表2。5.3污水外排监测结果该污水处理厂于2017年10月份投运，自投运以来污水外排pH值、氨氮、COD、油、悬浮物、总氮、总磷、挥发分、硫化物等指标合格率100%，实现了污水达标排放，污水外排监测数据见表3。6污水处理厂运行情况节约能源是我国发展经济的一项长远战略方针，也是我国的一项基本国策(1)在设计上优选炼油厂工艺，减少碱渣排放量。从该石化公司运行情况看，仅为双脱联合、延迟焦化、异构化和硫黄回收四套装置排放碱渣，碱渣排放量约为1t/h，碱渣COD约为20000～30000mg/L，碱渣排放量和污染物均不高，可在污水处理厂设置碱渣调节罐对上游装置碱渣进行存储，通过计量泵送至污水中和池作为液碱使用，降低运行费用和建设投资。(2)优化污水处理厂工艺用风和反洗用风，降低风机运行电量和建设费用。从该污水处理厂情况看，设置有3台高速离心风机作为均质池和生化池曝气使用，目前正常运行时1台就可满足质池和生化池用气量，并且存在生化池溶解氧高需放空的情况；V型滤池和生物滤池设有工艺风机和反洗风机共33台，反洗风机90%处于闲置状态，仅为滤池反洗时运行5～15min。建议在设计时打破成套工艺界限，按照整体用风情况考虑，设置风罐通过减压满足V型滤池和生物滤池用风需求，降低运行费用。(3)在运行过程中发现加药泵普遍存在设计加药量过大的情况，在确保处理效果的前提下，加药泵以最低冲程和最低频率运行仍出现投加量过大的现象，造成