市政污水處理廠節能粗評估方法研究
【谷騰環保網訊】構(gou)(gou)建節(jie)(jie)(jie)能粗評(ping)估方(fang)法(fa)，在眾多運行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理廠(chang)中(zhong)找到節(jie)(jie)(jie)能空(kong)間(jian)(jian)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)，集中(zhong)力量和資源減低其電(dian)費(fei)成(cheng)本(ben)，通過逐漸(jian)降低有(you)節(jie)(jie)(jie)能空(kong)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理廠(chang)電(dian)費(fei)。構(gou)(gou)建的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)(jie)(jie)能粗評(ping)估方(fang)法(fa)主要針對進(jin)水(shui)(shui)(shui)提(ti)升單元和生(sheng)物處理單元，從運行(xing)調控和設備配置兩方(fang)面進(jin)行(xing)計算(suan)(suan)，考慮了運行(xing)水(shui)(shui)(shui)位、污(wu)泥濃度、設備效率(lv)等影響因素，通過計算(suan)(suan)優(you)化條件下的(de)(de)(de)(de)(de)功率(lv)與實際(ji)功率(lv)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)值，找到節(jie)(jie)(jie)能空(kong)間(jian)(jian)較大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理廠(chang)。為驗證該(gai)方(fang)法(fa)有(you)效，從100多座污(wu)水(shui)(shui)(shui)處理廠(chang)中(zhong)篩選出4座采用該(gai)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)計算(suan)(suan)，結果顯(xian)示B廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)(jie)(jie)能空(kong)間(jian)(jian)最大(da)(da)，對B廠(chang)進(jin)行(xing)詳(xiang)細(xi)分(fen)析后，通過調整水(shui)(shui)(shui)泵運行(xing)水(shui)(shui)(shui)位、優(you)化排泥等方(fang)法(fa)將該(gai)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)耗降低了15%，證明了構(gou)(gou)建的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)(jie)(jie)能粗評(ping)估方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效性(xing)。
前言
隨著(zhu)城(cheng)鎮(zhen)水(shui)(shui)(shui)務市場化(hua)發展，集(ji)中(zhong)運行(xing)多座污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)集(ji)團型水(shui)(shui)(shui)務公司數量(liang)不(bu)斷增(zeng)(zeng)加，管理(li)(li)難度逐(zhu)年增(zeng)(zeng)大(da)。為使(shi)各個水(shui)(shui)(shui)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)運營(ying)維持有(you)質量(liang)可(ke)持續發展，需保證成(cheng)(cheng)本(ben)支(zhi)出(chu)科學合(he)理(li)(li)，其中(zhong)電(dian)(dian)(dian)費(fei)成(cheng)(cheng)本(ben)在(zai)市政污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)成(cheng)(cheng)本(ben)中(zhong)占(zhan)比較(jiao)大(da)，需要(yao)重點解(jie)決。因此急(ji)需構(gou)建(jian)城(cheng)市污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)節(jie)能(neng)(neng)粗評估方法，以(yi)便在(zai)眾多污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)中(zhong)找(zhao)到(dao)(dao)節(jie)能(neng)(neng)空(kong)間(jian)相對較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)，集(ji)中(zhong)力量(liang)和資源降(jiang)低其電(dian)(dian)(dian)耗，通過(guo)逐(zhu)漸(jian)改(gai)善有(you)空(kong)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)電(dian)(dian)(dian)耗，從(cong)而降(jiang)低公司整(zheng)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)費(fei)成(cheng)(cheng)本(ben)支(zhi)出(chu)，提高整(zheng)體(ti)運行(xing)管理(li)(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)。但由于影響城(cheng)市污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)電(dian)(dian)(dian)耗的(de)(de)(de)(de)(de)因素(su)(su)很多，例如處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)規模、產(chan)能(neng)(neng)負荷率、進水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質、出(chu)水(shui)(shui)(shui)標(biao)準、處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝、設備(bei)配置等，單從(cong)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)耗指標(biao)數值無法判斷是否有(you)節(jie)能(neng)(neng)空(kong)間(jian)，因此需要(yao)在(zai)眾多因素(su)(su)中(zhong)找(zhao)到(dao)(dao)可(ke)優(you)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵因素(su)(su)，確定可(ke)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)分析方法，從(cong)而構(gou)建(jian)體(ti)系化(hua)且有(you)效的(de)(de)(de)(de)(de)市政污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠(chang)(chang)節(jie)能(neng)(neng)粗評估方法。
1 目的、原則和評估對象
1.1 構建目的
主要目的(de)(de)是建立剔除各(ge)污水(shui)處(chu)理(li)廠不能改(gai)變的(de)(de)設計因素(su)和環境(jing)因素(su)，僅對能夠(gou)通過工作改(gai)善以獲得(de)節能效果的(de)(de)重要因素(su)進行分析,構建可(ke)普適應用的(de)(de)節能粗評(ping)估方法和原則(ze)，以便在(zai)眾(zhong)多的(de)(de)市政污水(shui)處(chu)理(li)廠中(zhong)篩選(xuan)出節能空間較大的(de)(de)污水(shui)處(chu)理(li)廠，集(ji)中(zhong)資源解決問(wen)題。
1.2 構建原則
客觀性原則: 盡(jin)量(liang)剔除不可控的(de)影響因(yin)素(su)，找(zhao)到能通過管理提升(sheng)和技術更(geng)新解(jie)決的(de)節能空(kong)間(jian)，并且(qie)僅(jin)關注項(xiang)目自身，不關注橫向對比。
重要性原則(ze)：采(cai)用抓大放小的原則(ze)，首先關注節(jie)能節(jie)費(fei)空間較大的生產環(huan)節(jie)和影(ying)響因素，可(ke)隨(sui)著管理水平不斷提高再逐漸完善。
可(ke)操作性原則: 要求該體系的指標(biao)精煉(lian)，計(ji)算簡便，能夠在(zai)各污水處理廠均能提供的數據(ju)基礎上進行計(ji)算。
信息溝通原則(ze):該(gai)體系的評估結果能夠反饋有(you)價(jia)值(zhi)的信息，能夠指導(dao)并確定下一步(bu)工作方向。
平(ping)衡性原則: 要求該體(ti)系的(de)短(duan)期(qi)戰略目(mu)標(biao)與污水處理廠的(de)長期(qi)目(mu)標(biao)相一致(zhi)，避免追求眼前(qian)利(li)益(yi)損(sun)害(hai)長期(qi)利(li)益(yi)的(de)情(qing)況(kuang)出現。
1.3 評估對象
基本(ben)實現(xian)穩定(ding)達標的(de)污(wu)水(shui)處理廠(chang)，出(chu)水(shui)水(shui)質達標率達到90%以上。
城(cheng)鎮污(wu)水處理廠，工業廢水比例小于(yu)40%。
2 指標體系
2.1 各處理單元的電耗分析
某座典(dian)型城市二級污水處理廠的電耗分布(bu)如表(biao)1所示(shi)。
表(biao)1 某典型城市二級(ji)處理污水處理廠電耗(hao)分布
各主(zhu)要工藝(yi)單元(yuan)的(de)(de)電耗占比(bi)顯示(shi)進水提(ti)(ti)升(sheng)和生物(wu)處理單元(yuan)的(de)(de)電耗是污(wu)水處理廠電耗占比(bi)最高的(de)(de)兩個處理單元(yuan)，因此將進水提(ti)(ti)升(sheng)和生物(wu)處理作為(wei)節能粗評估重點關注的(de)(de)兩個處理單元(yuan)。
2.2 影響因素的分析
城鎮污水(shui)(shui)(shui)處理廠電耗的影(ying)響(xiang)因(yin)素(su)(su)(su)(su)，分別為環(huan)(huan)境(jing)因(yin)素(su)(su)(su)(su)、設(she)(she)計(ji)因(yin)素(su)(su)(su)(su)、運行調控因(yin)素(su)(su)(su)(su)和(he)設(she)(she)備(bei)(bei)配置因(yin)素(su)(su)(su)(su)。其中進水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質和(he)進水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)量等屬(shu)于環(huan)(huan)境(jing)因(yin)素(su)(su)(su)(su)，處理工(gong)藝(yi)、設(she)(she)計(ji)規模和(he)排(pai)放(fang)標準等屬(shu)于設(she)(she)計(ji)因(yin)素(su)(su)(su)(su)，在一(yi)座穩定(ding)運行的污水(shui)(shui)(shui)處理廠中環(huan)(huan)境(jing)因(yin)素(su)(su)(su)(su)和(he)設(she)(she)計(ji)因(yin)素(su)(su)(su)(su)是不(bu)可優化因(yin)素(su)(su)(su)(su)，不(bu)會隨著(zhu)運行調控水(shui)(shui)(shui)平的提升和(he)設(she)(she)備(bei)(bei)配置的改善而(er)有所改變(bian)，因(yin)此節能粗評估中不(bu)考慮此類不(bu)可優化因(yin)素(su)(su)(su)(su)。
運(yun)行(xing)調控(kong)(kong)和設(she)(she)(she)備配置(zhi)為(wei)可優化因(yin)素(su)，可通過提高(gao)運(yun)行(xing)調控(kong)(kong)水平或改善設(she)(she)(she)備配制而降低電(dian)耗(hao)。通過各處(chu)理單元(yuan)的電(dian)耗(hao)占(zhan)比分析，運(yun)行(xing)調控(kong)(kong)和設(she)(she)(she)備配置(zhi)鎖定進水提升(sheng)和生物處(chu)理兩個主(zhu)要耗(hao)電(dian)單元(yuan)。其中(zhong)這兩個單元(yuan)在運(yun)行(xing)調控(kong)(kong)過程中(zhong)影響電(dian)耗(hao)的主(zhu)要因(yin)素(su)為(wei)水泵(beng)的運(yun)行(xing)水位、溶解氧控(kong)(kong)制、污泥濃度控(kong)(kong)制等，設(she)(she)(she)備配置(zhi)相關的影響電(dian)耗(hao)的主(zhu)要因(yin)素(su)為(wei)進水泵(beng)、曝(pu)氣(qi)風機(ji)和曝(pu)氣(qi)頭等設(she)(she)(she)備的型(xing)號，設(she)(she)(she)備參(can)數與實際(ji)工況的符(fu)合(he)度、設(she)(she)(she)備本身(shen)的效率等。
因此(ci)根據抓大放小、不(bu)斷完善的(de)(de)原(yuan)則，節能粗評估(gu)主要考慮進水提(ti)(ti)升和(he)生物(wu)處理兩個處理環(huan)節中(zhong)能通過運(yun)行(xing)(xing)調控改善和(he)設(she)備(bei)配(pei)置改善能夠提(ti)(ti)高的(de)(de)影響因素(su)，即(ji)進水提(ti)(ti)升單元(yuan)(yuan)中(zhong)的(de)(de)運(yun)行(xing)(xing)水位、生物(wu)處理單元(yuan)(yuan)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解氧控制和(he)污泥濃(nong)度(du)控制等運(yun)行(xing)(xing)優化(hua)因素(su)，以及提(ti)(ti)升泵效(xiao)率(lv)、曝氣設(she)備(bei)效(xiao)率(lv)等設(she)備(bei)配(pei)置因素(su)。
2.3 評估指標的確定
通過以上分析，初步構建了節能(neng)粗評估指標體(ti)系，具體(ti)如表2所示。
表2 粗評估(gu)指(zhi)標體系
3 評估方法
3.1 工藝運行電耗空間的評估方法
（1）進(jin)水(shui)(shui)(shui)提升電耗空間的評估(gu)方法。在水(shui)(shui)(shui)泵沒有更換的前提下，將運行(xing)狀態(tai)由低水(shui)(shui)(shui)位運行(xing)改變(bian)(bian)為(wei)高(gao)水(shui)(shui)(shui)位運行(xing)會降低電耗。改變(bian)(bian)運行(xing)水(shui)(shui)(shui)位引起的電耗變(bian)(bian)化可(ke)根據式（1）計(ji)算：
式(shi)中 P提升變(bian)化——提升功率變(bian)化，kW·h；
Q——提升水量，m³/h；
H變化(hua)——提升(sheng)水(shui)位變化(hua)，m
η——水泵(beng)效率，%。
（2）生(sheng)物處理電(dian)耗空間的評估(gu)方法。生(sheng)物池中(zhong)MLSS和MLVSS反映了污泥(ni)(ni)的有效性，MLSS過(guo)(guo)高，并且MLVSS/MLSS比(bi)值較低，說明(ming)池中(zhong)有效污泥(ni)(ni)過(guo)(guo)少，惰性污泥(ni)(ni)會(hui)影響氧傳質效率，需(xu)要增大曝氣量(liang)來維持運行(xing)，從而增加電(dian)耗。理論污泥(ni)(ni)濃度可(ke)通(tong)過(guo)(guo)式（2）計(ji)算：
式中 Q——進水量，m³/h;
X——反(fan)應(ying)池混合液濃度(du)，mg/L；
Si——進水(shui)BOD5濃度，mg/L；
Se——出水(shui)BOD5濃度，mg/L；
θd——污(wu)泥齡，d；
Yt——污泥產率，kgSS/kgBOD5；
Vo——好氧(yang)池容積，m³。
將實際(ji)污(wu)泥濃度(du)與理(li)論污(wu)泥濃度(du)進行(xing)對比，若(ruo)超過50%，則(ze)認為污(wu)泥濃度(du)控制(zhi)的過高(gao)。測試并計算MLVSS/MLSS比值，若(ruo)該比值小于0.5，則(ze)認為該廠需要排泥，減(jian)小惰性污(wu)泥的占(zhan)比。
惰性(xing)污(wu)泥在(zai)超過(guo)3 000 mg/L，每增(zeng)(zeng)加1 000 mg/L影響(xiang)氧轉移效率降低20% (3)，假定影響(xiang)電耗增(zeng)(zeng)加10%，可(ke)(ke)按照(zhao)理(li)論MLSS和(he)MLVSS/MLSS為0.5核算理(li)論MLVSS。由MLVSS引起(qi)的電耗變(bian)化可(ke)(ke)通過(guo)式（3）計算：
式中 P曝氣變化(hua)——曝氣功率變化(hua)，kW·;h；
MLVSS變化——實際MLVSS與理論(lun)MLVSS的差(cha)值；
P曝(pu)氣——曝(pu)氣功(gong)率，kW·h。
3.2 設備配置電耗空間的評估方法
（1）進水(shui)(shui)提(ti)升(sheng)泵(beng)電(dian)耗空間的(de)評估方(fang)法。關注運(yun)行年限較長(chang)，提(ti)升(sheng)水(shui)(shui)量(liang)和提(ti)升(sheng)高(gao)度(du)已(yi)經下降比較明顯的(de)水(shui)(shui)泵(beng)，根據(ju)實(shi)際運(yun)行的(de)水(shui)(shui)量(liang)和揚(yang)程(cheng)，選擇符合實(shi)際要求的(de)高(gao)效水(shui)(shui)泵(beng)，并確定其效率(lv)。更換水(shui)(shui)泵(beng)前后的(de)電(dian)耗變化可按式（4）計算：
式中 P水泵變(bian)化(hua)——水泵更換的功率變(bian)化(hua)，kW·h；
Q——提升(sheng)水量，m³/h；
H——提升水位(wei)，m；
η新(xin)水泵/舊水泵——新(xin)舊水泵效率，%。
（2）風(feng)(feng)機(ji)(ji)的電(dian)耗空間的評估方法(fa)。關注運行年限較(jiao)長，且型號(hao)比較(jiao)老舊(jiu)的風(feng)(feng)機(ji)(ji)，例如(ru)多級離心、羅(luo)茨等低效風(feng)(feng)機(ji)(ji)。根(gen)據實(shi)際運行所需的水量(liang)和水質(zhi)，確定符合(he)實(shi)際要(yao)求(qiu)的高效風(feng)(feng)機(ji)(ji)的型號(hao)，確定其功率。更換風(feng)(feng)機(ji)(ji)前后的電(dian)耗變(bian)化可按式（5）計算：
式中 P風(feng)(feng)機變化——風(feng)(feng)機更換的功率變化，kW·h；
P新(xin)風(feng)機/舊風(feng)機——新(xin)舊風(feng)機功率，kW·h；
T運(yun)行時間(jian)——運(yun)行時間(jian)，h。
3.3 全廠電耗空間的評估(gu)方法
全廠節能空(kong)間主要由(you)以上4項因(yin)素組(zu)成，因(yin)此可根據(ju)式（6）進行計算：
4 結果示例和應用
在100多座污水(shui)處理(li)廠中篩選出4座污水(shui)處理(li)廠用(yong)以上評估方法進行計算。評估結果如圖1所示。
圖1 示例污水處理廠(chang)評估結果
4.1 評估結果
（1）根據(ju)評(ping)估結(jie)果，B廠的可優化電(dian)耗空間(jian)最(zui)大，可在提(ti)高提(ti)升(sheng)泵運行水位、加強排(pai)泥、提(ti)高水泵和(he)風(feng)機的設備(bei)效(xiao)率等方面進行深入分析和(he)診斷。
（2）4座污水處理(li)廠均在曝氣優(you)化方面存在較大(da)優(you)化空(kong)間，可進一(yi)步在溶解氧(yang)控制和污泥濃度控制等方面開(kai)展工作。
4.2 結果應用
（1）根據該方(fang)法(fa)確定以B廠(chang)作為重點水廠(chang)開(kai)展節能優(you)化工作。
（2）針對B廠的實際情況進行深入分析和(he)診斷，根據(ju)診斷結(jie)果(guo)確定以(yi)下(xia)(xia)(xia)調(diao)整方案，第一階段保證(zheng)進水(shui)(shui)提升泵(beng)(beng)在(zai)高水(shui)(shui)位下(xia)(xia)(xia)運行、加強排(pai)泥(ni)并同步(bu)檢測MLVSS和(he)MLSS，逐漸使(shi)MLSS和(he)MLVSS＼MLSS貼(tie)近(jin)理想值，在(zai)此基礎之(zhi)上，逐步(bu)調(diao)整曝氣量，使(shi)好(hao)氧(yang)池末端DO控制在(zai)2左右(you)。第二(er)階段由于水(shui)(shui)泵(beng)(beng)使(shi)用(yong)年限較長，效率(lv)(lv)已大幅下(xia)(xia)(xia)降，更換高效率(lv)(lv)水(shui)(shui)泵(beng)(beng)可取得較好(hao)的節能(neng)效果(guo)，且經過計算后(hou)投入回收期在(zai)2年之(zhi)內(nei)，因此確定更換水(shui)(shui)泵(beng)(beng)。在(zai)以(yi)上方案的執行下(xia)(xia)(xia)，B廠單位水(shui)(shui)量電耗(hao)下(xia)(xia)(xia)降15%，由0.4 kW·h/m³降至0.34 kW·h/m³。
5 結論
（1）構建的節能粗評估(gu)方法，可初(chu)步計算(suan)各污(wu)水處理廠的節能空間，優(you)先(xian)找到(dao)節能空間較大的污(wu)水處理廠進行詳細診斷，例(li)如文中的4座(zuo)污(wu)水處理廠經過計算(suan)后，優(you)先(xian)對B廠進行詳細診斷。
（2）構(gou)建的(de)節能粗(cu)評(ping)估方(fang)法，能夠大致指明節能優化的(de)大致方(fang)向，例(li)如文中的(de)B廠第一階(jie)段先(xian)調(diao)整(zheng)進水(shui)提(ti)升泵(beng)運行水(shui)位，保持高水(shui)位運行，加大排泥減小無效(xiao)電耗。第二階(jie)段更換高效(xiao)率(lv)的(de)水(shui)泵(beng)。取得了較好的(de)節能效(xiao)果。
（3）節能粗評(ping)估方法是(shi)依據客觀性原則(ze)、重要性原則(ze)、可操作性原則(ze)、信息(xi)溝通(tong)原則(ze)、平衡(heng)性原則(ze)構建的(de)，目前主要針對進水提升和生物處理兩個環節，可隨(sui)著管理精度的(de)提高，逐漸改善并補充(chong)內容。
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