04/2012
0 概述
污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用，主要由電耗費(fèi)、維修費(fèi)、藥
劑費(fèi)、污泥處置費(fèi)、水費(fèi)等組成。其中電費(fèi)通常能占到整
個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的30%～40%。當(dāng)然在不同污水處理廠的運(yùn)行
中，實(shí)際電耗占比與污水處理廠規(guī)模、污水的水質(zhì)特征、
處理程度、處理工藝、運(yùn)行模式等因素有關(guān)。
在能保障污水處理量和尾水達(dá)標(biāo)排放的前提下，對(duì)
污水處理廠運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化管理，節(jié)約能源費(fèi)用，降低處理
成本是保障污水處理廠正常運(yùn)行的重要手段。近幾年以電
費(fèi)為主的能耗費(fèi)用不斷上漲，電耗基本占總能耗的70%以
上，所以節(jié)能重心通常放在節(jié)電方面。
關(guān)于污水處理廠節(jié)能降耗的措施很多，主要可以從優(yōu)
化工藝設(shè)計(jì)及管路設(shè)計(jì)、設(shè)備選型，加強(qiáng)日常運(yùn)行管理等
方面入手。本文僅從設(shè)計(jì)角度，以典型的城市污水處理廠
工藝單元為例，提出一些節(jié)能降耗的設(shè)計(jì)措施供交流。
1 污水處理廠的工藝選擇
污水處理工藝的選擇是污水處理廠設(shè)計(jì)的核心，也是
決定污水處理廠能耗高低的關(guān)鍵因素。
對(duì)于城市污水處理廠，因?yàn)閺U水可生化性通常比較
好，基于運(yùn)行費(fèi)用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針
對(duì)不同的進(jìn)水水質(zhì)和處理程度要求，以及處理廠可用地的
限制，除了傳統(tǒng)的曝氣池工藝外，可供選擇的工藝很多。
如氧化溝工藝：設(shè)備簡(jiǎn)單、易管理，無需二沉池，20世紀(jì)
90年代中后期比較流行，但曝氣設(shè)備能耗較傳統(tǒng)曝氣池工
藝高；SBR工藝：節(jié)省占地，自控程度高，易于模塊式擴(kuò)
建，但設(shè)備閑置率高；隨著污水回用要求的提出，MBR工
藝逐漸得到推廣，出水水質(zhì)優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但設(shè)備維護(hù)
費(fèi)用及能耗較高。在老污水處理廠的升級(jí)改造中，懸浮填
料工藝也常有應(yīng)用。不同的處理工藝對(duì)污水處理廠的運(yùn)行
與節(jié)能尤為關(guān)鍵。
生物脫氮除磷活性污泥法的處理流程（見圖1）。從
城市管網(wǎng)收集的污水重力送入污水處理廠進(jìn)水井，經(jīng)粗格
城市污水處理廠設(shè)計(jì)中的節(jié)能考慮
溫 瑛
（普拉克環(huán)保系統(tǒng)（北京）有限公司，北京 100005）
柵攔截大雜物后，經(jīng)提升泵提升，經(jīng)過細(xì)格柵、沉砂池等
預(yù)處理后，進(jìn)入初沉池完成一級(jí)處理，再經(jīng)過曝氣池、二
沉池等二級(jí)處理設(shè)施，達(dá)標(biāo)后排放到自然水體。二沉池的
混合液由泵提升回流到曝氣池，二沉池剩余污泥和初沉池
的污泥經(jīng)過污泥濃縮脫水處理后，由運(yùn)輸工具運(yùn)往垃圾處
理場(chǎng)進(jìn)行最終處置。
污水處理廠能耗最大的地方在污水提升、生化處理階段
的曝氣以及污泥脫水（若采用離心脫水設(shè)備）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)
據(jù)，這幾部分的能耗總和占到全廠總電耗的80%～90%。因此
設(shè)計(jì)中節(jié)能考慮的重點(diǎn)主要集中在這幾個(gè)部分。
2 污水處理廠設(shè)計(jì)流程中的節(jié)能考慮
2.1 總圖
污水處理廠進(jìn)水管高程和最終尾水排放水體的水位通
常是由規(guī)劃給定的，在污水處理廠設(shè)計(jì)過程中不能更改。
為降低污水提升高程，應(yīng)在進(jìn)行水力高程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮盡
量將污水處理構(gòu)筑物布置在地勢(shì)較低和鄰近排放水體處，
設(shè)計(jì)時(shí)以排放點(diǎn)水位高程為基準(zhǔn)，最終排放構(gòu)筑物內(nèi)的水
面高程只要能滿足尾水排放需要即可。同時(shí)應(yīng)設(shè)法減少工
藝線內(nèi)的水頭損失，總圖布置應(yīng)緊湊、順暢，盡量縮短管
道輸送長(zhǎng)度，減少管道的轉(zhuǎn)折、迂回。構(gòu)筑物間盡量采用
渠道連接。同時(shí)盡量減少跌水。在進(jìn)行水頭損失計(jì)算時(shí)應(yīng)
準(zhǔn)確，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇合理的安全余量。
城市污水處理廠的日處理規(guī)模基本都在萬m
3
/d以上，如果
污水 進(jìn)水井 粗格柵
好氧池
污泥泵房
儲(chǔ)泥池 污泥濃縮脫水機(jī)房 泥餅外運(yùn)處置
二沉池
排入水體
缺氧池 厭氧池 初沉池
提升泵
出水井/細(xì)格柵 沉砂池
圖1 生物脫氮除磷活性污泥法流程WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點(diǎn)聚焦
能減少1m提升高度，每天可以節(jié)電幾萬kW·h，是相當(dāng)可觀的。
2.2 進(jìn)水提升泵房
城市污水處理廠的污水來源通常比較復(fù)雜，不同時(shí)段
的水量變化比較大。設(shè)計(jì)前應(yīng)盡量做好調(diào)研工作，掌握水
量變化規(guī)律，選擇適當(dāng)?shù)奶嵘脭?shù)量及流量組合�，F(xiàn)在污
水處理廠的設(shè)計(jì)中變頻技術(shù)已經(jīng)得到普遍采用，配合正確
的調(diào)控方式，可以避免提升泵的頻繁啟停，節(jié)省相當(dāng)比例
的電耗。目前在建的北京清河污水處理廠15萬t/d擴(kuò)建工
程，進(jìn)水提升泵房中設(shè)置了4臺(tái)2 800m
3
/h的提升泵（3用1
備，配1臺(tái)變頻器），1臺(tái)1 400m
3
/h的提升泵，就是研究來
水量變化狀況后，經(jīng)綜合比較確定的方案。
通常進(jìn)水提升泵房與出水井布置得比較近，可以考慮為
每臺(tái)提升泵分別設(shè)置出水管，與出水井一一對(duì)應(yīng)。這樣可以
取消出水管路上的止回閥及隔離閥門，一方面節(jié)省投資，更
重要的是可以減少沿程水頭損失，降低污水提升揚(yáng)程。提升
泵一般不推薦共管出水方式，離心泵并聯(lián)后效率會(huì)下降。
提升泵選型時(shí)，應(yīng)仔細(xì)研究泵的性能曲線，所選擇泵
的工況點(diǎn)應(yīng)落在高效區(qū)內(nèi)。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，一般用液位進(jìn)行
控制。在進(jìn)水泵房設(shè)計(jì)時(shí)，工藝人員對(duì)控制液位就應(yīng)該有
所預(yù)期。
2.3 細(xì)格柵
細(xì)格柵的作用在于攔截污水中的雜質(zhì)，改善后續(xù)主工
藝的工作條件。由于柵條及其上累積的柵渣阻擋，進(jìn)行水
力高程設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮格柵前后合理的液位差。細(xì)格柵的
類型比較多，比較常見的是機(jī)械回轉(zhuǎn)式格柵，隨著MBR工
藝的應(yīng)用，網(wǎng)板式格柵、轉(zhuǎn)鼓式格柵等也經(jīng)常有應(yīng)用。應(yīng)
該根據(jù)后續(xù)工藝要求，選擇適當(dāng)?shù)母駯判褪?規(guī)格、柵條間
隙以及清污方式，減少通過格柵的水頭損失。另外網(wǎng)板格
柵、轉(zhuǎn)鼓格柵需要沖洗水，可以考慮利用處理后的出水，
節(jié)約自來水。
2.4 曝氣池
曝氣過程是活性污泥法的核心，是污水處理過程中能
耗最大的工序，同時(shí)也是污水處理廠最能體現(xiàn)節(jié)能效果的
部分。設(shè)計(jì)中建議注意以下幾個(gè)方面。
2.4.1 合理選擇曝氣設(shè)備
曝氣系統(tǒng)總體上可分為鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣。機(jī)械曝
氣與傳統(tǒng)工藝的鼓風(fēng)曝氣形式相比，曝氣系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單。
機(jī)械曝氣最為人熟悉的場(chǎng)合就是在氧化溝工藝中的應(yīng)用，
例如邯鄲西污水處理廠采用的就是曝氣轉(zhuǎn)盤，武漢沙湖污
水處理廠一期采用的則是倒傘型葉輪曝氣機(jī)。但總體而
言，機(jī)械曝氣的傳氧效率比鼓風(fēng)曝氣低，也就意味著能耗
高。鼓風(fēng)曝氣的擴(kuò)散設(shè)備也有多種形式，常見的如微孔曝
氣盤、微孔曝氣管，還有在造紙行業(yè)用得較多的射流曝氣
器等。射流曝氣器更不易堵塞，維護(hù)簡(jiǎn)單，但能耗要高于
微孔擴(kuò)散器，在大型城市污水處理廠中很少采用�？傊�，
在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，需要根據(jù)處理工藝、處理規(guī)模、水質(zhì)
情況等進(jìn)行比選。目前應(yīng)用最廣泛的還是微孔曝氣盤，設(shè)
計(jì)過程中同時(shí)應(yīng)考慮到，冷凝水需要定期排放，防止空氣
管線內(nèi)積水，增大空氣管路的阻力，增加能耗，冷凝水排
放管的布置應(yīng)方便工人操作。
2.4.2 準(zhǔn)確計(jì)算曝氣量
計(jì)算曝氣量時(shí)應(yīng)依據(jù)處理工藝、進(jìn)水水量和水質(zhì)、處
理要求、需要控制的溶解氧水平以及所選設(shè)備的傳氧效率
等因素，而不是簡(jiǎn)單地用汽水比進(jìn)行估算。有人習(xí)慣用汽水
比12
：1這個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算曝氣量，但現(xiàn)在曝氣設(shè)備的傳氧
效率普遍提高了，對(duì)于典型的市政污水這個(gè)比值似乎偏高。
如果計(jì)算的曝氣量不能滿足曝氣池混合需求，建議通過優(yōu)化
池型及設(shè)置推流器來解決。某污水處理廠采用生物曝氣擴(kuò)
散系統(tǒng)（見圖2）。曝氣池被設(shè)計(jì)成氧化溝的池型，曝氣
盤分段布置，中間的過度段設(shè)置有推流攪拌器。從實(shí)際運(yùn)
行情況看，整個(gè)曝氣池形成了很好的循環(huán)流動(dòng)。
2.4.3 應(yīng)用風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)
曝氣過程節(jié)能的重要措施在于風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用。
鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的控制參數(shù)是混合液的溶解氧濃度。傳
統(tǒng)活性污泥工藝的DO值一般控制在２mg/L左右，與混合
液的污泥濃度有關(guān)。MBR工藝的曝氣池混合液濃度可以達(dá)
到10g/L，建議控制DO值在3mg/L左右。懸浮填料工藝的
DO值一般控制在5mg/L左右。過高的DO值需要消耗更多
的空氣，從而使曝氣效率降低，浪費(fèi)能源。
可以采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)供氣量，保持
DO值穩(wěn)定在設(shè)定的控制值附近。從工藝設(shè)計(jì)方面，需要為
實(shí)現(xiàn)此控制設(shè)置空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計(jì)、壓力傳感器，
以及鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)施。需要提醒的是，選擇空氣調(diào)
節(jié)閥時(shí)需要向供貨商索要性能曲線，閥板開度與氣量之間
的關(guān)系曲線以近似線性為好。注意蝶閥不能用作調(diào)節(jié)閥。
圖2 某污水處理廠的生物曝氣擴(kuò)散系統(tǒng)WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點(diǎn)聚焦
城鎮(zhèn)污水處理廠是重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，也是水污
染控制的最關(guān)鍵單元，在人類社會(huì)活動(dòng)中發(fā)揮著重要作
用。完成城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施大規(guī)模建設(shè)之后，提升改造
（Upgrading）將是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)。通過不斷提升改造
可使城鎮(zhèn)污水處理廠更加高效地滿足日益嚴(yán)格的環(huán)境質(zhì)
量要求，并在改造過程中使新技術(shù)、新材料和新設(shè)備得
以應(yīng)用。
城 鎮(zhèn) 污 水 處 理 廠 的 提 升 改 造 可 分 為 提 標(biāo) 改
造（Upgrading Effluent）和提效改造（Upgrading
Performance)兩個(gè)方面：提標(biāo)改造是指以進(jìn)一步提高出水
水質(zhì)為目標(biāo)而進(jìn)行的改造；提效改造是指在保證一定出水
水質(zhì)的前提下以降低能量及物料消耗為目標(biāo)而進(jìn)行的改
造。目前，我國(guó)正在對(duì)已建污水處理設(shè)施進(jìn)行不同程度的
提標(biāo)改造，而提效改造尚未得到重視。西方國(guó)家一直將
提效改造作為污水處理領(lǐng)域的一個(gè)重要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)高效
地進(jìn)行污水處理。
1 城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施提效改造的重要性
城鎮(zhèn)污水處理是一個(gè)高能耗行業(yè)。美國(guó)城鎮(zhèn)污水處理
行業(yè)年總電耗超過200億kW·h，已占全社會(huì)總電耗的3%，
占城市總電耗的15%以上。我國(guó)污水處理程度雖然不高，
但2011年總電耗也已達(dá)到100億kW·h。另外，城鎮(zhèn)污水處
理還是一個(gè)高物耗行業(yè)。美國(guó)污水處理年消耗聚丙烯酰胺
等化學(xué)藥劑超過5萬t，我國(guó)則已超過3萬t。
高能耗物耗一方面增大了處理成本，更重要的是使污
水處理成為一個(gè)不可忽視的碳排放領(lǐng)域。美國(guó)2007年排放
王洪臣
（中國(guó)人民大學(xué)，北京 100086）
溫室氣體71.5億t碳當(dāng)量，其中污水處理領(lǐng)域耗電導(dǎo)致的間
接碳排放為0.72億t，占總排放當(dāng)量的1%。當(dāng)然，污水處
理的直接碳排放在總排放量中也占有相當(dāng)?shù)谋壤�。在美�?guó)
排放的71.5億t碳當(dāng)量中，甲烷5.8億t，其中污水處理領(lǐng)域
的直接排放達(dá)0.25億t；一氧化二氮3.1億t，其中污水處理
直接排放0.05億t。甲烷和一氧化二氮導(dǎo)致的直接碳排放為
0.3億t，加上間接碳排放，污水處理直接排放與間接排放
總計(jì)1.02億t，占總排放碳當(dāng)量的1.42%。
因此，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施進(jìn)行提效改造，已經(jīng)顯
得非常必要。首先，通過改造降低能耗物耗可以降低處
理成本，減輕污水處理費(fèi)負(fù)擔(dān)。其次，“以高能耗高物耗
為基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)出水”以及由此帶來的“減排水污染物，增
排溫室氣體”局面不利于污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，低碳
污水處理應(yīng)是未來的發(fā)展方向。另外，污水處理領(lǐng)域碳減
排與能源交通等其他行業(yè)相比，減排成本較低，可以低
成本為國(guó)家增加碳匯。美國(guó)很多州或城市已經(jīng)系統(tǒng)地制
定了污水處理碳減排計(jì)劃，總體碳排放量在逐年降低。
2 城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施提效改造的技術(shù)對(duì)策
城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施提效改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，不只是
對(duì)污水與污泥處理系統(tǒng)的節(jié)能降耗改造，也應(yīng)包括對(duì)污水
收集系統(tǒng)提高收集效率的改造。同時(shí)，開發(fā)回收污水污泥
中的能量，提高污水處理設(shè)施的能源自給率，也是提效改
造的重要內(nèi)容。
2.1 污水收集系統(tǒng)的提效改造
當(dāng)污水處理廠實(shí)際負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，總體能效物
許多處理廠的生物反應(yīng)池會(huì)曝氣過度，主要原因是缺
乏自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或者是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥不能正常工作，以致
處理廠放棄自動(dòng)控制。
3 總結(jié)
總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設(shè)
計(jì)人員和運(yùn)行管理人員共同努力。對(duì)于設(shè)計(jì)人員，宜將注
意力放到節(jié)能的重點(diǎn)區(qū)域上。同時(shí)在進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)
時(shí)，要考慮將來運(yùn)行管理人員可操控性。
總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設(shè)
計(jì)人員和運(yùn)行管理人員共同努力。對(duì)于設(shè)計(jì)人員，宜將注
意力放到節(jié)能的重點(diǎn)區(qū)域上。同時(shí)在進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)
時(shí)，要考慮將來運(yùn)行管理人員可操控性。
