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青岛首创瑞海有限公司刘浩牟润芝2012年06月 精细化管理实现节能降耗目标 概要当前水处理行业在大力发展的同时 也逐渐成为能源密集型行业之一 虽然中国的城镇污水处理厂数量已进入世界前列 但是污水处理厂运行水平还较低 绩效管理相对粗放 节能降耗手段缺乏系统性 而在各地区行业监管和考核中 水质和能效是主要和重要评价指标 截止2011年底 全国已建成投运的城镇污水处理厂3135座 数量是十五末的3 3倍 污水处理能力达到1 36亿立方米 日 仅日耗电量达到2800万千瓦时 年耗电量超100亿千瓦时 高电耗也产生较高的污水处理运行成本 因此 现阶段污水处理厂节能降耗的主线就是增水量 保水质 节电能 降药耗 在以上背景条件下 介绍一种全流程节能降耗优化运行策略 供大家参考借鉴 同时也需要各污水处理厂根据能耗水平 水质状况及设备支持程度合理编制适合本厂实际的优化运行实施方案 污水处理厂全流程能耗组成 1 污水处理厂全流程能耗组成 污泥消化加热所消耗的热能 厂区使用的自来水 运输用油等其他能耗 占5 以下 正常能耗显著性 依据能耗对污水处理厂的影响大小和可控程度 显著性如下 1 电力能耗2 药剂能耗3 其他能耗因此在节能降耗过程中应着重考虑前2项显著性影响大的因素 全流程正常能耗组成 药剂能耗 随着水质提标 化学除磷 消毒 脱水絮凝 外加碳源等药剂能耗在污水处理厂能耗比例逐步提高 占45 其他能耗 为消除潜在不合格因素进行纠正预防措施 如消除污泥膨胀 避免低温氨氮超标所耗费电能药剂 非正常能耗具有突发性 潜伏性 整体性 动态性特点 一旦发生往往比正常能耗成倍数增加 通常应急处置能耗会低于前2项能耗 并且可控性更强 因此在污水处理厂运营管理中应避免前2项能耗 关注应急处置能耗 全流程非正常能耗组成 质量意外能耗 工艺指标波动 质量控制不到位而造成水质不达标 消除不合格品需要额外增加的电能 药剂等意外能耗 安全事故能耗 因停送电 雷击 外部管网中断 造成污水处理系统暂时中止 维持和恢复系统运行所要耗费的电能药耗 应急处置能耗 非正常能耗显著性 生化处理单元 预处理单元 总体节能优化 污泥处理单元 水质保障 能耗均衡 模型构建 智能监控 跟踪验证 1 水质水量保障 是污水处理厂节能降耗的基础 也是最优先约束条件 往往节能降耗的同时也是工艺指标优化的过程 节能降耗与水质水量关联性密切 2 节能降耗并不是追求某一单项成本降低 而是实现全局最优和系统均衡策略 3 经济运行模型构建有赖于历史数据积累和正交试验评价 4 智能监控不仅可以实时验证正常能耗水平 同时对预防非正常能耗至关重要 5 任何节能降耗措施必须通过跟踪验证形成闭环控制 从而加强纠偏纠扭 总体节能优化是建立在污水处理厂内能平衡基础 预处理单元 随着城市基础设施建设加快 大量无机物质和泥浆易进入污水收集系统 严重影响后续生化处理和污泥处理工艺 有必要调整适当汽水比 使不同粒径沙砾和浮渣在该工段得到去除 不同季节条件 不同工况下 把好进水关是污水厂节能第一要务 水量合理调配 恶性水质的监测杜绝 进水工况的预判 中间提升量的估算 均会使单位处理成本产生明显差异 避免水泵在低效区运行 通过改变性能曲线来克服 使泵效率根据泵坑水位高低变化 设置多层次水位启动控制方式 不同变频泵 工频泵在高效水位区启动关停 运行平稳水量恒定 一方面需要做好无机物质的截留 避免无机物质在生物池的富集 活性污泥活性变差 另一方面要计算好水力停留时间 使碳源利用能够得到加强初沉池出水C N比业已成为关键指标 生化处理单元 图2精确曝气系统原理图 图1污水处理工艺能耗分布 生化处理占59 二级处理占59 预处理占17 污泥处理占23 其他处理1 回流系统 供氧系统 碳源利用 除磷药剂 预判处置 合理设置碳源利用点 避免DO MLSS NO3 N值过高带来的碳源利用影响 开发污水处理厂内碳源 摸清反硝化速率的曲线关系和显著性影响排序 加强生物镜检 实时监测污泥有机负荷变化 防止污泥膨胀 在冬春季低温条件来临前控制适宜的污泥浓度 DO 减少水量冲击 及时清理浮泥 定期评价生化反应段的协同除磷效果 注意二沉池固液分离 避免SS超标带来除磷负荷增加 尽量选用在二沉池后端投加化学除磷药剂 在保证处理效果情况下 简化回流方式 即减小回流比或回流量 通常外回流比基本固定 但内回流比可以根据不同的脱氮除磷要求进行适时调节 分析DO与MLSS 污泥负荷率间的关系 前馈控制和反馈控制相结合 DO仪 NO3 N仪 NH3 N仪组合模型 使供气量维持好氧生化环境 同时也避免出现过度氧化导致细胞内碳源不足 生化处理单元 污泥处理单元 提高污泥含固率增强浓缩池 消化池的运行质量使进入脱水机的污泥含固率得到提高 在同等工况下 实现降低干泥药耗目的 提高消化池污泥分解率 实时监测污泥HAC和CaCO3变化 防止污泥膨胀 产生沼气 消化池自身加热 沼气鼓风机 发电机 供暖等能源利用 精心比对选定絮凝药剂 定期开展药剂供方评价工作 利用变频加药系统在不同的进泥量 含固率 设备工况下科学配药 采用低转速 扭矩 差速稳定 进泥含固率适宜设备工况条件 提高上清液固体回收率 必要时可以将上清液回流以促进沉淀 污泥含固率 污泥消化 加药系统 设备工况 全流程节能降耗优化控制策略改进建议 节能降耗改进建议 通过各种优化方案的比对 制定适合于本厂实际情况的节能降耗优化运行方案 在方案实施过程中 统筹安排 分步实施 在实施方案中要充分评估优化运行过程中可能对系统运行稳定性产生哪些影响 并做好应急预案 以免影响安全生产与稳定运行 国内外发展现状调查借鉴 企业设备仪表和技术储备调查 节能专业评价 核算筛选出节能优化运行的重点和盲点 高校科研院所联合 进行生化模拟和商业财务预测 完善其他范围节能降耗策略 编制科学的能耗水质关联性指标 职责明晰 专业培训 提高员工精细操作水平 前期准备 节能识别 激励机制 点源示范 影响因素 改 进建议 设备 设备仪表的完好状态和精确程度是节能降耗的基础 不能出现因节能降耗而采取频繁开启设备或增加负荷加剧设备磨损的手段来进行节能降耗的短期行为 即便是要对部分设备进行改造 如变频 叶轮改造 自控调整 也要取得设备厂家和工艺设计人员的许可 操作 规范节能降耗的培训 操作和规范 如雨雪天进水量的控制 夏冬季节DO的控制 分段进水碳源利用控制 化学除磷加药处理 脱水污泥干泥单耗控制等 评估 除在前期进行节能降耗关键点的识别评估外 还要进行工艺控制优化和设备优化的评估 通过优化现有硬软件因素来进行合理节能 不建议大范围技改 保持污水处理厂水质和稳定十分重要 策略 根据工艺现状 设备自控支持程度 运行人员操作方便与否等综合考虑 简单易行流程策略来协助运行人员合理调控运行模式 是一种良好节能降耗措施 变频调速 精确曝气 精确加药 内碳源开发 污水提升泵 回流污泥泵 鼓风机等高能耗设备采用变频调速 滤波电容技术 使设备性能曲线始终处于高效区 不仅保障设备运行稳定 还避免谐振 水锤等不良情况发生 根据化学除磷去除要求和消毒余氯含量设定 采集水量水质信号 综合考虑PH DO MLSS等干扰因素影响 高精度投加药剂 减少生化反应影响 构建适宜污水处理厂内碳源开发体系 着重关注污泥上清液 回流污泥液中内碳源的利用与开发 以进水和生物池进水C N比为共同碳源利用标准 深度处理技术研究开发 主动与高校 环保厂