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摘要：城镇污水处理厂是我国水污染防治的主要途径，但在其改善水环境的同时，一直伴随着运行能耗高的问题，电耗成本约占污水处理厂运营维护成本的60%~90%。资料表明，城镇污水处理厂已处于我国高能耗行业的前十位，污水处理能耗大约占全社会电能耗的0.3%。高能耗直接导致污水处理成本升高，造成一些中小型污水处理厂的运行难以为继，很大程度上影响了水污染治理的成效。
关键词：城镇污水处理厂；氧化沟；工艺节能技术
1氧化沟工艺
文章就国内广泛应用的氧化沟处理工艺作节
能技术措施探讨。氧化沟属活性污泥法中的延时曝气法，具有工艺流程简单、管理方便、出水水质稳定、耐冲击负荷、曝气设备充氧效率高、搅拌力强等优点。根据杨凌波等对我国559座运行污水厂的调研结果，按数量排序，居前三位的处理工艺依次为氧化沟、SBR和A2/O工艺，分别占二级污水处理厂的32.1%、20.2%和14.7%；按处理能力排序,前三位依次为氧化沟、A2/O及A/O工艺，分别占二级处理的26.2%、19.1%和17.1%，充分表明氧化沟已成为国内最具代表性的污水处理工艺。但氧化沟低污泥负荷和长污泥龄的特点，导致其在运行能耗上并不具优势，吨水平均能耗为0.302kWh/m3，高于A2/O（0.267kWh/m3）和A/O（0.283kWh/m3）工艺，也高于我国污水处理行业平均能耗0.290kWh/m3,反之也说明氧化沟工艺具有较大的节能潜力。
2工程调研及能耗分析
2.1调研情况
为探讨氧化沟工艺的能耗特征及节能措施，笔者选择了安徽省内6座采用氧化沟工艺的污水处理厂（其中有3座笔者主持设计）进行实地调研，通过实测各厂运行过程中能耗的组成及比例，分析研究各处理单元中具有节能潜力的环节及存在问题，针对性采取相应的节能实施方案，结合试验运行数据进行对比分析，提出污水处理厂氧化沟工艺节能降耗各项适用措施。
2.3能耗分析
调研结果显示，氧化沟工艺各单元能耗占总能耗的比例符合以下特征：生化段耗能最大，占总能耗的比例基本在65%~80%之间；污水提升段次之，约占总能耗的10%~25%；回流段约占5%~8%；污泥处置段能耗相对较小，基本在1%~3%之间。上述氧化沟工艺的能耗构成符合一般特征，周鑫、向阳等在相关研究中也有类似结论。
2.4.3设备工况
污水处理设备未处于最佳运行工况也是造成能耗增加的原因之一，特别是曝气转碟或倒伞、提升泵、风机等，是否在高效区运行需要通过调试确定。例如调研中Ⅱ厂曝气转碟的能耗（电流）较高，分析原因与转碟浸没深度有关，就此进行试验判断。该厂转碟直径1400mm，设备资料推荐浸没深度范围为400~530mm，现场运行采用510mm。在进水水质及水量基本稳定条件下，调整浸没深度，随着转碟浸没深度增加，溶解氧浓度逐渐增加，表明转碟设备充氧能力随浸没深度增加而提高，同时设备运行电流也逐渐增大，当浸没深度超过500mm时，出现运行阻力突增导致电流增加过快的现象，结合现场试验数据，最终将转碟的最佳浸没深度调整为480mm。
3节能技术措施
3.1曝气方式的选择
节能措施首先要考虑曝气方式，氧化沟曝气方式有鼓风曝气和机械曝气两种，其中鼓风曝气系统氧利用率较高，具有明显的节能效果。Ⅰ厂就是一个例子，该厂采用微孔曝气方式，生化段的吨水电耗值仅0.17Kwh/m3，显著低于其它各厂。目前使用的微孔曝气器，可以实现大面积的细小气泡曝气作业，产生的气泡细小且密集，气泡上升速度减小，延长了与水接触的时间；另一方面，气泡粒径减小，增大了气泡与水的接触面积，有利于增加氧的传递效率；此外，细小气泡更易于附着在活性污泥上，加速微生物对气泡中氧气的直接利用，大大提高了曝气系统动力效率，可达到4kgO2/Kwh或更高，氧的利用率（EA）可高达35%～60%[6]。鼓风曝气系统节能优势明显，但在应用上却不如机械曝气普遍，主要原因是曝气孔易堵塞、维护管理不便，因此鼓风曝气更在于提高微孔曝气系统的可靠性及适应性。机械曝气因不需另建鼓风机房、设备数量少、易于控制调节、维护管理方便等优点，使用相对较多，调研的6家污水厂中有5家采用机械曝气。
3.2曝气量的控制
控制曝气量的方法是控制氧化沟内的溶解氧（DO）浓度，常用的方式是通过DO检测仪反映的数据判断曝气量是否过量，再适时调整风机或曝气设备的输出功率，使溶解氧始终处于合适的浓度范围内，达到自动控制和节能运行的目的，能耗一般可降低10%~30%。目前实际应用中还存在不尽人意的地方，如能在运行中加强DO检测仪的校正以及仪表数值和实验室数值之间的修正，利用溶解氧来精确控制曝气量还是非常实用的节能途径。曝气设备可设计为定速与变频相结合的方式，且设备台数宜设置为多台，进水水质稳定时采用定速运行，水质有波动时辅以变频，较大波动时通过增加或减少运转台数来控制曝气量。Ⅱ厂在调研期间进行了技术改造，针对进水负荷低溶解氧偏大能耗浪费的情况，在奥贝尔氧化沟的外沟增设了潜水推流器，低负荷时关闭其中1台转碟，替代为潜水推流器，在保证沟内流速及处理效果的前提下，外沟的运行功率由66Kw降为49.5Kw。
3.3低溶氧技术
低溶氧技术的节能效果明显，调研中Ⅰ厂采用该技术，其生化段的吨水电耗值仅为0.17Kwh/m3，在6家污水厂中最低。按理论分析，生物池内的DO值达到0.3mg/L即可以维持微生物的生理需要，低溶氧技术就是通过减少供氧量和需氧量之间的富余值来避免能耗的浪费。Ⅰ厂氧化沟中的DO浓度始终控制在0.1mg/L～0.3mg/L之间，低溶氧环境下（奥贝尔氧化沟的外沟也属于低溶氧环境）驯化形成的活性污泥絮体中主要是兼性厌氧微生物，生长速度较慢，吸附COD后不会在菌群团表面形成水化膜，污泥絮体通过接触微小气泡可以直接摄取氧气进行代谢，微生物获得氧的效率大大提高，比传统好氧工艺专性好氧菌种对氧浓度的需求要低得多。另一方面，在低溶氧环境下，氧的传递作用是在氧亏条件下进行的，氧传递效率也会提高。此外，低溶氧环境的短程同时硝化/反硝化特征明显，氨氮硝化主要生成亚硝酸盐（NO2-N），反硝化菌群可直接利用NO2-N进行反硝化脱氮，几乎没有NO2-N的积累及NO3-N的产生，去除一个分子的氨氮，短程硝化/反硝化要比全程硝化/反硝化少消耗0.5个氧分子，减少25%的需氧量，且短程硝化/反硝化可直接利用NO2-N还原为N2，具备更高的反硝化速率。
4结论
我国氧化沟污水处理工艺平均单位水量能耗为0.302Kwh/m3，高于污水处理行业平均能耗0.290kWh/m3,由于规模效应的存在，中小型氧化沟类污水处理厂高能耗问题更为突出。氧化沟工艺各单元能耗占总能耗的比例符合以下特征：生化段耗能最大，占总能耗的比例基本在65%~80%之间；污水提升段次之，约占总能耗的10%~25%；回流段约占5%~8%；污泥处置段能耗相对较小，基本在1%~3%之间。因此节能技术措施的应用集中在氧化沟生化处理单元，其次是污水提升、污泥回流及污泥处置。
参考文献：
[1]解彪.陕北地区小城镇污水处理工艺及资源化利用研究[D].西安建筑科技大学,2017.
[2]许志欣.污水处理厂节能分析与优化运行研究[D].河北工程大学,2017.
[3]王志国.华北XX污水处理厂能耗分析与节能措施研究[D].河北工程大学,2017.
[4]郭会平.我国城市污水处理现状及污水处理厂提标改造路径分析[D].辽宁大学,2017.