城镇污水处理厂优化运行经验

城镇污水处理厂优化运行经验摘要：通过不同工艺的污水处理厂在生产运行过程中的实例分析，提出污水厂在节能降耗方面的优化运行方案及措施，在保证污水处理厂正常生产，出水达标排放的条件下，进一步降低生产成本，增加经济效益。关键词：污水处理厂能耗节能优化运行用电设备污水处理是能源密集型的综合技术。长期以来,能耗大、运行费用高在一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建设。能否解决污水厂的能耗问题，合理进行能源分配，已经成为决定污水处理厂运行效益好坏的关键因素。一般情况下，电耗约占污水厂车间生产成本的80％，因此污水厂在保证出水达标的前提下要节能降耗，减少成本的支出，降本增效应重点着眼于优化工艺运行和大型用电设备能耗的较低。1污水厂工艺流程城市生活污水处理厂处理的污水主要是收集住宅和公共建筑的污水。一般采用活性污泥法进行处理，其工艺流程如下[1]：图1工艺流程图2污水厂主要构筑物污水处理厂是为了处理和利用污水，污泥所建造的一系列处理构筑物及设施的综合体。其主要构筑物有粗格栅、污水泵房、细格栅、初沉池、生物反应池、沉淀池、污泥回流泵房、接触消毒池、污泥浓缩池、储泥池、污泥脱水机房等。3优化运行实例佛山市新之源污水处理有限公司属下现有7家污水处理厂分别是镇安厂、东鄱厂、沙岗厂、城北厂、大沥厂、西樵厂、驿岗厂，污水处理总量8.15×105吨/天，污水处理工艺包括A/O、A/A/O、CASS、UNITANK、氧化沟工艺等。下面是在生产过程中总结的优化运行和节能降耗措施，对于相类似工艺污水处理厂在生产运行中有一定的借鉴作用。原水提升泵提升泵是污水处理厂的大型耗电设备之一，它的节能降耗方法有许多种且都容易执行，包括：3.1.1合理使用设备台数，避免频繁开、停提升泵提升泵的启动电流是额定运行电流的数倍，频繁开启不但导致能耗上升，还将降低设备的运行寿命，因此应尽量避免频繁切换提升泵。开启泵应根据提升泵房水位，决定大泵或小泵开启的台数，有变频泵的厂要还要适当调节提升泵频率，避免频繁开停水泵造成电能损耗。3.1.2切换水泵减少切换提升泵的次数固然可以节能。但在实际操作中，切换水泵是必不避免的工作。当某台水泵长时间工作后，由于水泵叶轮的磨损或被毛线、塑料袋等杂物缠绕，泵的效率会下降，水泵瞬时流量减少，其单位处理水量对应的电耗将上升。此时要切换另一台水泵工作，保证处理水量，降低单位能耗。3.1.3注意观察提升泵房水位许多污水厂因市政管道未完善或旱季污水量减少而不能满负荷运行，因此泵池的水位不高。当泵池的水位升到最高时，水泵的瞬时流量较大；水位较低时，水泵的瞬时流量较小。因此，为了降低电耗，尽量使潜水泵在允许的高水位(80%～90%的水位)下运行，这样就降低了泵坑水位与出水池水位的高差，增大了泵的出水量，在节能的同时也消除了气蚀影响；部分厂提升泵房前有抓斗格栅，如果提升泵房水位低，也有可能是因为抓斗格栅前垃圾过多导致，水量不畅导致。此时应对抓斗格栅进行检查，及时清理垃圾。3.2粗细格栅的节能粗格栅位于进水闸门的后面，是污水处理的第一道工序，主要去除污水中的塑料袋、木块等较大的杂物，以保护水泵、搅拌器等设备。细格栅则是去除小布块和塑料袋等较小杂物的主要设备。格栅的运行控制方式有“水位差、时间继电器和现场手动”三种操作模式。现时各厂的粗细格栅启停均设置为自动，运行间隔时间一般设置为20～30分钟，运行时间为30s～2min。由于进水水质不稳定，垃圾时多时少，格栅根据时间运行，就有可能会出现垃圾较少，设备空载运行的现象。对此，我们可以通过现场巡检、摄像头观察，或者观察控制电脑中格栅前后液位差，了解到格栅垃圾是否堆积。如果观察到进水垃圾较少，格栅前后的液位相差不大，可以适当延长格栅运行间隔时间和减少运行时间，避免设备空转。3.3曝气沉砂池污水的砂粒，对活性污泥的培养无作用，反而会积聚在生化池，占用空间，降低MLVSS,因此应去除。曝气沉砂池的作用就是去除比重较大的砂粒，兼有撇油功能。由于管网原因，污水厂进水砂量受一定的季节性影响，在雨季时候由于雨水冲刷，含砂量较高。在非雨季进水悬浮物较低，含砂量较少，若含工业废水较少，水面没有漂油的情况下，可以考虑间歇开启曝气沉砂系统，延长抽砂机开启时间间隔，达到节能的目的。对于鼓风机风量过大的部分厂，如沙岗厂，通过技术改造，可以将鼓风机风量输送到曝气沉砂池，同样也能实现节电。3.4搅拌器搅拌器主要作用是使沉于池底的活性污泥呈翻滚状态，充分与污水接触反应，便于降解有机物和脱氮除磷。A/O、A/A/O及氧化沟工艺生化池段的搅拌器除了搅拌作用外，还兼有推流的作用。对于这些工艺的搅拌器，一般不能随便关掉节电，否则有可能引起污泥沉积。东鄱厂二期、城北厂、西樵厂的厌氧段体积较小，每个厌氧池均有两台搅拌器。该池的污泥浓度不高，可以考虑只开一台搅拌器或者采用间歇开启的办法，达到节能目的。储泥池的搅拌器不应常开，根据脱水机房的工作时间适当开停。3.5曝气系统的节能曝气系统耗电情况分别如下：表1曝气系统耗电情况备注：实际运行过程中，鼓风机和表曝机不是全功率运行。曝气系统月耗电量按鼓风机或表曝机额定功率×系数0.8估算。由表1可知，曝气系统占全厂用电比例相当大，是全厂节能的关键。在风机转速一定的情况下，鼓风机的功率随着鼓风气量的增加而上升。因此曝气系统节能最根本的节能措施是控制DO，减小风量。国内许多污水厂都安装在线溶解氧探测设备和变频器来自动控制曝气机的运行。3.5.1A/O、A/A/O工艺DO的调节：对于连续鼓风曝气的工艺，在水量以及水质浓度变化不大的情况下，DO常稳定在变化较小的区间，DO调节操作相对容易。一般控制方式是直接根据DO数值调节，当DO较高，将鼓风机或阀门开度增大调低，DO数值较低，则调高。通过定时观察中控系统中的DO曲线(DO曲线是一条类似正弦波的曲线)，精细化地控制DO，如图2。当DO处于曲线的下降趋势，即使还没到临界低点，也可以稍微调大鼓风机开度或阀门开度；反之处于上升趋势时，可以减少开度。图2溶解氧时间分布图3.5.2氧化沟工艺DO的调节：以西樵厂表曝机的曝气方式为例，该厂共有两条生产线，每条线各有两台表曝机，其中一台是变频，非变频的表曝机额度功率为55KW，变频的表曝机在不同的频率下，耗电量如下表：表2表曝机在不同的频率下的耗电量注：①功率计算公式：功率=1.732*380*电流②表曝机设计50HZ满负载时每小时的耗电量应为55度，但由于西樵厂的表曝机并非满负载工作，所以当50HZ时每小时耗电量为40度。从表2可知，表曝机最高频率时的耗电量是最低频率的耗电量10倍多。变频节能原理是：为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负载下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。因此在DO调节中，在保证DO符合工艺运行参数指标下，应尽可能使表曝机在低频状态运行。3.5.3UNITANK工艺和CASS工艺DO的调节UNITANK工艺的DO调节相对较复杂，因为它必须考虑矩阵运行状态。以东鄱厂二期为例，共有4条生产线，工艺分两组矩阵，两组矩阵的状态虽然错开，但由于共用了鼓风机和空气总管，当矩阵状态切换时，鼓风机压力和管道压力均有所波动，4条线的生化池溶解氧也会发生变化：（1）当边池停曝气或中池转入厌氧状态时，总曝气池数减少，总风量不变，风压有可能瞬时上升过高导致鼓风机喘振停机，复位风机将产生巨大的启动电流，造成电能损失；即使风机在高压下不停机，其他生产线的生化池的DO也会骤然上升，造成风量即电能的白白浪费。（2）当曝气池数增多时，又有可能会压力过低，曝气效果下降，导致出水水质变坏。要避免上述两种情况的出现，调节DO必须关注矩阵状态变化，涉及曝气池数增减的，操作要在变换前1～2分钟进行。调节压力的方法有两种，分别是调整鼓风机开度和曝气管阀门开度。从节能方面考虑，应尽量从调节鼓风机开度着手，因为只调节曝气管阀门开度，强行降低出口风量来降低生化池溶解氧DO，只会造成出口风压阻力大，鼓风机电流上升，有可能还加剧了电能的损耗。CASS工艺DO的调节与UNITANK类似，同样也要考虑矩阵状态时DO的波动。3.5.4曝气量分布对能耗的影响曝气量的分布是否均衡和稳定也是影响处理效果和能耗的一个重要原因。在曝气系统运行时，由于种种干扰，曝气量的分布会发生变化，比如，一个地方曝气头堵塞，气体流量会减少，同时，也会造成其它地方流量增大，相反，曝气头破损，气体流量会大增，同时会造成其它地方流量锐减。这些都会使生物反应不平衡，处理质量下降。为达到处理效果，不得不调整曝气与溶解氧量，而此时某一点的溶解氧的变化亦不能准确反映生物池的处理状态，使得指标的控制变得不稳定，能耗增加。因此在生产过程中要注意观察曝气效果，看是否有堵塞或破损，情况严重的应及时检修。3.5.5AVS（AerationVolumecontrolSystem）精确曝气系统AVS精确曝气系统是一个集成控制系统，旨在为生物处理过程提供精确曝气。AVS可以使各种复杂的供气方案得以实现，间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等。帮助用户实现工艺的精细调节，适应各种工艺，并能够随着工艺变化而调整。AVS还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控进行风量调节，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。通过该曝气系统技术改造，可以实现曝气系统耗电量比DO手动控制和恒定曝气量(即恒定频率)控制节省约10%以上，降低污水处理厂运行成本6%。精准曝气技术超越了单体设备节能的范畴，以污水厂生化池处理系统作为研究对象，所涉及的领域包括生化工艺、自动控制、流体理学、机械原理等方面。精细控制不仅可以实现节能，更可以为工艺运行提供更加丰富的调节手段，代表了当今水处理行业的技术发展方向，具有重大的社会和经济效益。3.6污泥浓度对能耗的影响一般地说，生化池的污泥浓度越高，水压越大，曝气需要克服的阻力越大；另外，由于参与污水活性污泥处理的是以好氧呼吸的好氧菌为主体的微生物种群，即MLSS越高，意味着维持生物菌种生存所需的溶解氧也相对增多，能耗将会上升。因此在工艺调节允许的范围内，适当降低MLSS，可以达到节能的目的。3.7污泥回流对于A/O、A/A/O及氧化沟工艺，外回流系统中均设有变频的回流泵。在满足生产，而且不影响出水水质的情况下，宜通过变频采用较小的回流比来节能。但必须指出，采用降低MLSS节能和采用较小回流比节能存在一定的矛盾，因为降低MLSS后，回流系统的MLSS也相应降低，此时是必须增加污泥回流量的。污水厂可以根据水量和污泥浓度，归纳总结选择合适的回流比。3.8脱水系统(1)提高脱水机进泥浓度，能使污泥脱水机高效运行。提高污泥浓度方法有：加强污泥储泥池浓缩、提高二沉池的提拔阀。(2)污水厂的脱水系统均有储泥池，储泥池的污泥通过剩余污泥泵抽取。若不注意剩余污泥泵的开启时间，长时间地开，当储泥池的水位已满，剩余污泥将通过溢流管溢流，重新返回进水口或生化池，这样就造成了电能的白白浪费。(3)脱水机冲洗时，设备仍处于空转状态，应尽可能缩短冲洗时间，节省电能和自来水。(4)根据具体的污泥处理任务配制脱水絮凝剂，隔夜放置的剩余絮凝剂第二天药效降低，而且容易凝结成块状，脱水效果变差，造成浪费。另外，絮凝剂溶解时药和水的配比要合适，避免出现絮凝剂未完全溶解而进管的现象。3.9消毒系统消毒剂：污水厂可以针对各自的水质特点，通过实验对比分析找出较经济的合格投加量。平时在保证出水粪大肠菌群达标的前提下，尽量减少投加量。4结语通过对新之源公司各污水处理厂在生产运行过程中的实例分析，提出污水厂在节能降耗方面的优化运行方案及措施：根据进水水质和垃圾多少，合理控制格栅运行时间，避免设备空转；避免频繁开、停提升泵，适时切换水泵，尽量使潜水泵在允许的高水位(80%～90%的水位)下运行；间歇开启曝气沉砂系统，延长抽砂机开启时间间隔；在控制工艺参数时尽量减少使用搅拌器台数或者采用间歇开启的办法；工艺调节允许的范