污水处理厂能耗特征分析与能耗指标的建立

污水处理厂能耗特征分析与能耗指标的建立∗

金昌权 汪诚文

（清华大学 环境科学与工程系，北京 100084）

摘 要：通过分析污水厂能耗特征，将污水处理厂能耗分成预处理、生化处理、污泥处理三个单元进行统计和分析，实现能耗分析单元化便于工艺间比较。并通过分析各单元能耗的影响因素和特点，设计出预处理单元的能耗利用效率、生化单元曝气系统的污染物去除比能耗、污泥处理单元的吨泥比能耗等能反映能耗水平的指标。新的指标便于进行能耗评估、比较和分析，为进一步的能耗管理和节能工作提供支持。

关键词：污水处理 节能 能耗指标

前言

全国污水量巨大，而能耗涉及污水处理厂的运行成本，近年来备受关注。根据建设部统计数据[1]，2005年全国城市污水排放总量360亿m 3，城市污水处理量186亿m 3，污水处理率51.7%。城市污水集中处理厂792座，设计能力5725万m 3/d，其中二级以上694座，设计能力4791m 3/d。以一级污水处理厂[2]0.072kW·h/ m 3，二级污水处理厂0.338 kW·h/ m 3

推算，2005年全国城市污水处理厂应消耗电能为61.56亿kW·h。

根据《全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，到2010年底，年污水处理量达到297亿m 3。据此推算，到2010年，全国城镇污水处理厂将消耗电能100亿kW·h。而运行费用高，能量消耗大，处理污染物的巨大费用已经给相关的市政部门、生产部门带来了沉重的经济负担。如何使污染处理设施在最佳状态下运行，在满足处理要求的同时，使建设费用和运行费用最低，一直是人们关注的问题。

1 国内外能耗分析研究现状

国内外对污水处理过程中的能量消耗以及优化运行的研究很有限，大大滞后

于与水质特性相关的机理和应用研究。Wesner [3]

对美国污水处理单元过程进行了直接和间接能耗调查，并预计能耗在污水处理设施运行费用中所占的比例将越来

越大。W.F.Owen [4]

以直接能耗和间接能耗的概念，阐述和比较了各种污水处理与

污泥处理工艺。Karlsson [5]

提出潜在耗氧势（Oxygen Consumption Potential, OCP）的概念，不仅考虑有机碳和氨氮在污水处理过程的耗氧，还考虑氮磷排放导致藻类生长在环境中分解所需耗氧的二级需氧要求。这一概念考虑了污水工艺出水对生态造成的影响从而拓宽了能耗分析的概念，但是，这种方式不便作为污水厂的运行过程中能耗的衡量手段和能耗管理的依据。

在国内，羊寿生[2]对我国典型一级、二级污水处理厂各单元进行过能耗估算，给出了估算值，但是研究并没有揭示各部分的能耗的影响因素，没有根据各部分能耗的特点给出估算值（统一使用吨水单耗来表示），没能揭示不同单元能耗的特点，不利于进行进一步的节能潜力和途径的分析研究，不便于作为能耗管理的依据。高旭，龙腾锐等人进行了污水处理工艺单元能量平衡分析研究[6]，提出用

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课题来源：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（2006BAC19B06）

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Exergy（能量中可以无损耗地转化为功的部分,即能流中的有用部分）的概念分析污水处理单元能效。但是这种方法不便对实际运行中的污水处理厂进行能耗分析和评价。

综合以上研究现状不难发现，在能耗分析研究中，没有明确的边界界定、统一的能耗审计和评估的指标，各种工艺间的横向比较难以进行。现有指标不能反映污水处理厂不同单元的能耗特点，不能有针对性的进行能耗评估，不便于作为能耗管理和节能潜力分析的依据。

因此，有必要根据能耗管理的需要界定污水处理厂能耗分析的边界，并根据实际运行中污水处理厂各部分能耗的特点，建立统一的能耗指标评估污水厂的能耗水平。新的指标应能反映各部分的能耗水平，便于进行工艺间的横向比较、深入的能耗分析、节能潜力的识别以及能耗管理水平的提升。

2 方法

以A 2O，氧化沟和SBR 三种我国采用的典型污水处理工艺为重点（根据建设部统计，这三种工艺在数量和处理能力方面都占到全国80%左右），在全国范围内选择了10座污水处理厂作为重点研究对象，进行了针对污水处理厂实际能耗情况的调查研究。

调研以污水处理厂的能耗计量状况、实际能耗情况、水量水质信息为关注点，收集资料和数据，包括污水处理厂的设计手册和相关资料（含设计图纸），用能计量数据记录，每日的水量记录，进出水水质记录以及与能耗物耗相关的其他记录（污泥相关数据）等，具体内容见表1。

表 1 污水处理厂实际能耗特点调研内容

项目 内容 概况 污水处理厂的设计参数、设计手册和相关资料（含设计图纸）计量设备 能耗计量设备的布置、能耗计量状况 设备清单 设备种类、台数、功率、配置的位置 运行时间 设备每天开启的时间记录

水量

每日的处理水量数据（部分有条件污水处理厂的水量的时变化数

据）

水质 BOD、COD、SS、TN、NH3-N、TP 等6项 其他 泥饼量、泥饼含水率、部分在线监测设备记录

根据设计说明书、设计图纸以及相关资料，确定用能计量设备的结构和能耗的发生点，根据实际计量状况为基础，结合相应时间段内用能设备的运行时间，确定每一部分的能耗，将能耗分解到发生能好的每台设备和装置上。

在此基础上，将全厂能耗按能耗特点分成三个单元来整合处理，即预处理单元、生化处理单元和污泥处理单元，并分析影响各单元能耗的因素和特征。并针对每一部分的能耗特点，设计能反映单元能耗水平的的评估指标。部分污水处理厂有深度处理、中水处理、除臭、污泥消化等设施和单元，但这些都不是典型污水处理厂的组成单元，所以在本文中不予分析。

此外办公用电占到整个污水处理厂能耗的比例很小，所以本文没有单独分析这部分能耗。

3 预处理单元

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