城市污水厂能耗分布及消化液单独处理技术初探

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1、·456·中国环境科学学会学术年会论文集(2010)城市污水厂能耗分布及消化液单独处理技术初探孟春霖1常江1张树军1，2杨岸明1’2(1．北京排水集团有限公司研发中心北京100124；2．北京工业大学北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室北京100022)摘要城市污水处理厂作为能源密集型行业，研究其全流程的节能降耗技术十分重要。本文对城市污水处理厂进行了全流程能耗分析，明确了曝气系统和污泥处理系统的能耗特点。污泥厌氧消化技术因可开发利用甲烷，成为公认的可持续的城市污泥处理技术，但厌氧消化产生的污泥消化液直接回流到主流区对污水厂节能降耗的影响常被忽视。本文主

2、要分析了单独处理污泥消化液对城市污水处理厂的作用，结果表明，单独处理污泥消化液不仅工艺稳定可行，在对整个处理系统的节能降耗方面的贡献也非常明显。关键词污泥消化液单独处理厌氧消化生物脱氮碳源目前我国政府提出到2020年，我国单位GDP的碳排放比2005年下降40％一50％，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。节能减排的艰巨任务必然涉及污水处理行业，城市污水处理是能源密集型的产业。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以及正常运行，能耗问题已经逐步成为城市污水处理的瓶颈，“十一五”期末，我国城市污水厂总数将达3000个，污水

3、处理设计规模将超过5000万m3／d，能耗总量巨大，并且随着城市污水处理厂上游产业的节能减排的快速发展，作为以减轻环境负担、削减污染物排放、改善水环境为目的的城市污水处理厂的节能减排尤为重要。对于城市污水处理厂，工艺能量密集的过程和操作主要集中于生物处理单元，特别是曝气系统和污泥处理处置系统，国内外的研究也以这两个领域为主¨J。污泥处理处置过程中产生的消化气体的有效利用对于降低能耗有着重要意义，目前国外有城市污水厂通过污泥沼气发电，可满足其自用电力的50％以上忙J，而在此过程中的污泥厌氧消化产生的消化液处理逐步成为污水处理厂节能降耗技术研究的关注点。一、城市

4、污水处理厂的能耗构成城市污水处理厂的能耗主要包括直接能耗和间接能耗，直接能耗包括污水提升泵、曝气系统、污泥回流、污泥脱水等的电耗以及污泥消化消耗热能等，间接能耗包括絮凝剂、外加碳源、加氯等一系列外加耗材，生产电耗一般占运行成本的30％以上，其中污水提升及预处理(主要为污水提升)占10％～20％，污水二级生物处理(主要用于曝气供氧)占50％一70％，污泥处理占10％～25％，三者能耗之和占总直接能耗的70％以上，图l为北京某污水处理厂能耗情况统计。其二级生物处理及污泥处理能耗占82．05％。二、城市污水处理厂水区节能优化典型城市污水处理厂可分为水区及泥区两大处

5、理单元，其中水区的主要能耗为预处理单元的进水提升泵及二级生物处理单元的曝气能耗。图2为北京某污水处理厂水区电耗情况统计，其曝。十一五”国家科技支撑计划重点项目(2006BAC191301)；北京市科委资助重大科技项目——北京城市污水处理及再生水质提高关键技术研究及工程示范(D0r7050601500000)；国家水专项——北京城市再生水水质提高关键技术研究与集成示范(2008zX07314—008)。*日幸城市#境目是应其对策气鼓风机及进水泵电耗占水区总电耗的83％将降低整个水区能耗。．f11通过有效控制进水提升泵和曝气系统的能耗，必搿址理剩余污泥泵一＼—寸

6、／二&*4圈1北京藁污水处理广能耗统计鼍≥，田2北京某厅木虬毪厂木E电耗鲢计提升泵的节能应首先从设计人手，正确科学地选泵，让承泵工柞在高教段，同时合理利用地形并合理布置各构筑物高程，减少污水的提升高度均是有效的节能措施。雎气系统能耗能效的研究一般涉及两个方面：第一方面为工艺控制节能方面：通过工艺上精确的控制曝气流量来降1氐曝气系统电耗是可行的，精确曝气可以通过自动智能控制系统实现，该系统包括溶解氧控制、出水氡氟浓度控制、鼓风机调节和空气流量分配等控制模块，为曝气系统提供自动化、精确化的曝气解决方案，可以根据不同工况实现间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布

7、控翱、好氧体积的动态控制等，并最终达到节能的目的；第二方面为曝气设备的改造和革新。曝气设备基本可划分为2类：一是采用淹投式的扩散头或空气喷嘴将氧气传递进水中的方j击，二是采用机械搅拌使大气中的氧溶于水的方法。表l为各种嚷气设备性能情况。徽孔曝气因其具有传氧效率高、可有效节约风量的特点，各国实践均已证明其可节约电耗20％以上。寰1各种■气设鲁的性能”。．1■气设备充曩能力充氧能力／动力效率／(kr／kW·h)曝气设备氧利用卓／％(咿一h)标准状态处理现场小气泡扩散系统中气泡大气泡射流曝气器低速表面曝气器转刷睡气器高速浮动曝气器三、城市污水处理厂污泥处理处置节能

8、优化在城市污水处理过程中．会产生大量的初沉污掘和剩余