04/2012
0 概述
污水處理廠的運行費用，主要由電耗費、維修費、藥
劑費、污泥處置費、水費等組成。其中電費通常能占到整
個運行費用的30%～40%。當然在不同污水處理廠的運行
中，實際電耗占比與污水處理廠規(guī)模、污水的水質(zhì)特征、
處理程度、處理工藝、運行模式等因素有關。
在能保障污水處理量和尾水達標排放的前提下，對
污水處理廠運行進行優(yōu)化管理，節(jié)約能源費用，降低處理
成本是保障污水處理廠正常運行的重要手段。近幾年以電
費為主的能耗費用不斷上漲，電耗基本占總能耗的70%以
上，所以節(jié)能重心通常放在節(jié)電方面。
關于污水處理廠節(jié)能降耗的措施很多，主要可以從優(yōu)
化工藝設計及管路設計、設備選型，加強日常運行管理等
方面入手。本文僅從設計角度，以典型的城市污水處理廠
工藝單元為例，提出一些節(jié)能降耗的設計措施供交流。
1 污水處理廠的工藝選擇
污水處理工藝的選擇是污水處理廠設計的核心，也是
決定污水處理廠能耗高低的關鍵因素。
對于城市污水處理廠，因為廢水可生化性通常比較
好，基于運行費用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針
對不同的進水水質(zhì)和處理程度要求，以及處理廠可用地的
限制，除了傳統(tǒng)的曝氣池工藝外，可供選擇的工藝很多。
如氧化溝工藝：設備簡單、易管理，無需二沉池，20世紀
90年代中后期比較流行，但曝氣設備能耗較傳統(tǒng)曝氣池工
藝高；SBR工藝：節(jié)省占地，自控程度高，易于模塊式擴
建，但設備閑置率高；隨著污水回用要求的提出，MBR工
藝逐漸得到推廣，出水水質(zhì)優(yōu)于一級A標準，但設備維護
費用及能耗較高。在老污水處理廠的升級改造中，懸浮填
料工藝也常有應用。不同的處理工藝對污水處理廠的運行
與節(jié)能尤為關鍵。
生物脫氮除磷活性污泥法的處理流程（見圖1）。從
城市管網(wǎng)收集的污水重力送入污水處理廠進水井，經(jīng)粗格
城市污水處理廠設計中的節(jié)能考慮
溫 瑛
（普拉克環(huán)保系統(tǒng)（北京）有限公司，北京 100005）
柵攔截大雜物后，經(jīng)提升泵提升，經(jīng)過細格柵、沉砂池等
預處理后，進入初沉池完成一級處理，再經(jīng)過曝氣池、二
沉池等二級處理設施，達標后排放到自然水體。二沉池的
混合液由泵提升回流到曝氣池，二沉池剩余污泥和初沉池
的污泥經(jīng)過污泥濃縮脫水處理后，由運輸工具運往垃圾處
理場進行最終處置。
污水處理廠能耗最大的地方在污水提升、生化處理階段
的曝氣以及污泥脫水（若采用離心脫水設備）。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)
據(jù)，這幾部分的能耗總和占到全廠總電耗的80%～90%。因此
設計中節(jié)能考慮的重點主要集中在這幾個部分。
2 污水處理廠設計流程中的節(jié)能考慮
2.1 總圖
污水處理廠進水管高程和最終尾水排放水體的水位通
常是由規(guī)劃給定的，在污水處理廠設計過程中不能更改。
為降低污水提升高程，應在進行水力高程設計時，考慮盡
量將污水處理構筑物布置在地勢較低和鄰近排放水體處，
設計時以排放點水位高程為基準，最終排放構筑物內(nèi)的水
面高程只要能滿足尾水排放需要即可。同時應設法減少工
藝線內(nèi)的水頭損失，總圖布置應緊湊、順暢，盡量縮短管
道輸送長度，減少管道的轉折、迂回。構筑物間盡量采用
渠道連接。同時盡量減少跌水。在進行水頭損失計算時應
準確，根據(jù)經(jīng)驗選擇合理的安全余量。
城市污水處理廠的日處理規(guī)�；径荚谌fm
3
/d以上，如果
污水 進水井 粗格柵
好氧池
污泥泵房
儲泥池 污泥濃縮脫水機房 泥餅外運處置
二沉池
排入水體
缺氧池 厭氧池 初沉池
提升泵
出水井/細格柵 沉砂池
圖1 生物脫氮除磷活性污泥法流程WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點聚焦
能減少1m提升高度，每天可以節(jié)電幾萬kW·h，是相當可觀的。
2.2 進水提升泵房
城市污水處理廠的污水來源通常比較復雜，不同時段
的水量變化比較大。設計前應盡量做好調(diào)研工作，掌握水
量變化規(guī)律，選擇適當?shù)奶嵘脭?shù)量及流量組合�，F(xiàn)在污
水處理廠的設計中變頻技術已經(jīng)得到普遍采用，配合正確
的調(diào)控方式，可以避免提升泵的頻繁啟停，節(jié)省相當比例
的電耗。目前在建的北京清河污水處理廠15萬t/d擴建工
程，進水提升泵房中設置了4臺2 800m
3
/h的提升泵（3用1
備，配1臺變頻器），1臺1 400m
3
/h的提升泵，就是研究來
水量變化狀況后，經(jīng)綜合比較確定的方案。
通常進水提升泵房與出水井布置得比較近，可以考慮為
每臺提升泵分別設置出水管，與出水井一一對應。這樣可以
取消出水管路上的止回閥及隔離閥門，一方面節(jié)省投資，更
重要的是可以減少沿程水頭損失，降低污水提升揚程。提升
泵一般不推薦共管出水方式，離心泵并聯(lián)后效率會下降。
提升泵選型時，應仔細研究泵的性能曲線，所選擇泵
的工況點應落在高效區(qū)內(nèi)。自動運行時，一般用液位進行
控制。在進水泵房設計時，工藝人員對控制液位就應該有
所預期。
2.3 細格柵
細格柵的作用在于攔截污水中的雜質(zhì)，改善后續(xù)主工
藝的工作條件。由于柵條及其上累積的柵渣阻擋，進行水
力高程設計時需要考慮格柵前后合理的液位差。細格柵的
類型比較多，比較常見的是機械回轉式格柵，隨著MBR工
藝的應用，網(wǎng)板式格柵、轉鼓式格柵等也經(jīng)常有應用。應
該根據(jù)后續(xù)工藝要求，選擇適當?shù)母駯判褪?規(guī)格、柵條間
隙以及清污方式，減少通過格柵的水頭損失。另外網(wǎng)板格
柵、轉鼓格柵需要沖洗水，可以考慮利用處理后的出水，
節(jié)約自來水。
2.4 曝氣池
曝氣過程是活性污泥法的核心，是污水處理過程中能
耗最大的工序，同時也是污水處理廠最能體現(xiàn)節(jié)能效果的
部分。設計中建議注意以下幾個方面。
2.4.1 合理選擇曝氣設備
曝氣系統(tǒng)總體上可分為鼓風曝氣和機械曝氣。機械曝
氣與傳統(tǒng)工藝的鼓風曝氣形式相比，曝氣系統(tǒng)非常簡單。
機械曝氣最為人熟悉的場合就是在氧化溝工藝中的應用，
例如邯鄲西污水處理廠采用的就是曝氣轉盤，武漢沙湖污
水處理廠一期采用的則是倒傘型葉輪曝氣機。但總體而
言，機械曝氣的傳氧效率比鼓風曝氣低，也就意味著能耗
高。鼓風曝氣的擴散設備也有多種形式，常見的如微孔曝
氣盤、微孔曝氣管，還有在造紙行業(yè)用得較多的射流曝氣
器等。射流曝氣器更不易堵塞，維護簡單，但能耗要高于
微孔擴散器，在大型城市污水處理廠中很少采用�？傊�，
在進行設備選擇時，需要根據(jù)處理工藝、處理規(guī)模、水質(zhì)
情況等進行比選。目前應用最廣泛的還是微孔曝氣盤，設
計過程中同時應考慮到，冷凝水需要定期排放，防止空氣
管線內(nèi)積水，增大空氣管路的阻力，增加能耗，冷凝水排
放管的布置應方便工人操作。
2.4.2 準確計算曝氣量
計算曝氣量時應依據(jù)處理工藝、進水水量和水質(zhì)、處
理要求、需要控制的溶解氧水平以及所選設備的傳氧效率
等因素，而不是簡單地用汽水比進行估算。有人習慣用汽水
比12
：1這個經(jīng)驗數(shù)據(jù)來計算曝氣量，但現(xiàn)在曝氣設備的傳氧
效率普遍提高了，對于典型的市政污水這個比值似乎偏高。
如果計算的曝氣量不能滿足曝氣池混合需求，建議通過優(yōu)化
池型及設置推流器來解決。某污水處理廠采用生物曝氣擴
散系統(tǒng)（見圖2）。曝氣池被設計成氧化溝的池型，曝氣
盤分段布置，中間的過度段設置有推流攪拌器。從實際運
行情況看，整個曝氣池形成了很好的循環(huán)流動。
2.4.3 應用風量調(diào)節(jié)技術
曝氣過程節(jié)能的重要措施在于風量調(diào)節(jié)技術的應用。
鼓風曝氣系統(tǒng)的控制參數(shù)是混合液的溶解氧濃度。傳
統(tǒng)活性污泥工藝的DO值一般控制在２mg/L左右，與混合
液的污泥濃度有關。MBR工藝的曝氣池混合液濃度可以達
到10g/L，建議控制DO值在3mg/L左右。懸浮填料工藝的
DO值一般控制在5mg/L左右。過高的DO值需要消耗更多
的空氣，從而使曝氣效率降低，浪費能源。
可以采用計算機控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)風機供氣量，保持
DO值穩(wěn)定在設定的控制值附近。從工藝設計方面，需要為
實現(xiàn)此控制設置空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計、壓力傳感器，
以及鼓風機的風量調(diào)節(jié)設施。需要提醒的是，選擇空氣調(diào)
節(jié)閥時需要向供貨商索要性能曲線，閥板開度與氣量之間
的關系曲線以近似線性為好。注意蝶閥不能用作調(diào)節(jié)閥。
圖2 某污水處理廠的生物曝氣擴散系統(tǒng)WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點聚焦
城鎮(zhèn)污水處理廠是重要的市政基礎設施，也是水污
染控制的最關鍵單元，在人類社會活動中發(fā)揮著重要作
用。完成城鎮(zhèn)污水處理設施大規(guī)模建設之后，提升改造
（Upgrading）將是一項長期的任務。通過不斷提升改造
可使城鎮(zhèn)污水處理廠更加高效地滿足日益嚴格的環(huán)境質(zhì)
量要求，并在改造過程中使新技術、新材料和新設備得
以應用。
城 鎮(zhèn) 污 水 處 理 廠 的 提 升 改 造 可 分 為 提 標 改
造（Upgrading Effluent）和提效改造（Upgrading
Performance)兩個方面：提標改造是指以進一步提高出水
水質(zhì)為目標而進行的改造；提效改造是指在保證一定出水
水質(zhì)的前提下以降低能量及物料消耗為目標而進行的改
造。目前，我國正在對已建污水處理設施進行不同程度的
提標改造，而提效改造尚未得到重視。西方國家一直將
提效改造作為污水處理領域的一個重要內(nèi)容，強調(diào)高效
地進行污水處理。
1 城鎮(zhèn)污水處理設施提效改造的重要性
城鎮(zhèn)污水處理是一個高能耗行業(yè)。美國城鎮(zhèn)污水處理
行業(yè)年總電耗超過200億kW·h，已占全社會總電耗的3%，
占城市總電耗的15%以上。我國污水處理程度雖然不高，
但2011年總電耗也已達到100億kW·h。另外，城鎮(zhèn)污水處
理還是一個高物耗行業(yè)。美國污水處理年消耗聚丙烯酰胺
等化學藥劑超過5萬t，我國則已超過3萬t。
高能耗物耗一方面增大了處理成本，更重要的是使污
水處理成為一個不可忽視的碳排放領域。美國2007年排放
王洪臣
（中國人民大學，北京 100086）
溫室氣體71.5億t碳當量，其中污水處理領域耗電導致的間
接碳排放為0.72億t，占總排放當量的1%。當然，污水處
理的直接碳排放在總排放量中也占有相當?shù)谋壤Ｔ诿绹?/div>
排放的71.5億t碳當量中，甲烷5.8億t，其中污水處理領域
的直接排放達0.25億t；一氧化二氮3.1億t，其中污水處理
直接排放0.05億t。甲烷和一氧化二氮導致的直接碳排放為
0.3億t，加上間接碳排放，污水處理直接排放與間接排放
總計1.02億t，占總排放碳當量的1.42%。
因此，對城鎮(zhèn)污水處理設施進行提效改造，已經(jīng)顯
得非常必要。首先，通過改造降低能耗物耗可以降低處
理成本，減輕污水處理費負擔。其次，“以高能耗高物耗
為基礎的優(yōu)質(zhì)出水”以及由此帶來的“減排水污染物，增
排溫室氣體”局面不利于污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，低碳
污水處理應是未來的發(fā)展方向。另外，污水處理領域碳減
排與能源交通等其他行業(yè)相比，減排成本較低，可以低
成本為國家增加碳匯。美國很多州或城市已經(jīng)系統(tǒng)地制
定了污水處理碳減排計劃，總體碳排放量在逐年降低。
2 城鎮(zhèn)污水處理設施提效改造的技術對策
城鎮(zhèn)污水處理設施提效改造是一個系統(tǒng)工程，不只是
對污水與污泥處理系統(tǒng)的節(jié)能降耗改造，也應包括對污水
收集系統(tǒng)提高收集效率的改造。同時，開發(fā)回收污水污泥
中的能量，提高污水處理設施的能源自給率，也是提效改
造的重要內(nèi)容。
2.1 污水收集系統(tǒng)的提效改造
當污水處理廠實際負荷達到設計負荷時，總體能效物
許多處理廠的生物反應池會曝氣過度，主要原因是缺
乏自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或者是因為調(diào)節(jié)閥不能正常工作，以致
處理廠放棄自動控制。
3 總結
總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設
計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注
意力放到節(jié)能的重點區(qū)域上。同時在進行控制程序的設計
時，要考慮將來運行管理人員可操控性。
總之，盡量降低污水處理廠的能耗需要污水處理廠設
計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注
意力放到節(jié)能的重點區(qū)域上。同時在進行控制程序的設計
時，要考慮將來運行管理人員可操控性。
