1.1 AO及AAO污水處理工藝單元組成

典型的污水處理工藝單元一般由格柵、提升泵站、沉砂池、初沉池、二沉池、污泥處理處置單元、污泥泵組成。

1.2主要能耗點(diǎn)

1.2.1實(shí)例概括

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了某地采用AAO污水處理工藝的S污水處理廠作為研究對(duì)象，該污水處理廠的總處理量為10×104m3/d，為滿足當(dāng)?shù)匚鬯�處理需要，污水處理廠采用的AAO污水處理工藝增設(shè)了轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾系統(tǒng)(深度處理單元)，并在好氧區(qū)中段新建了按照50%填充率投加的人工填料區(qū)，好氧區(qū)的活性污泥濃度、硝化速率、低溫條件下的硝化效果均得到較好保證。

1.2.2能耗點(diǎn)分析

表1 改造前后的各單元能耗比例(%)

表1為S污水處理廠改造前后的各單元能耗比例，由此可直觀發(fā)現(xiàn)S污水處理廠AAO污水處理工藝單元的能耗點(diǎn)，即進(jìn)水泵房、曝氣系統(tǒng)、污泥處置，因此節(jié)能運(yùn)行改造必須重點(diǎn)圍繞進(jìn)水泵房、曝氣系統(tǒng)、污泥處置環(huán)節(jié)展開(kāi)。

2.1基本策略

2.1.1充分利用新設(shè)備、新技術(shù)

(1)變頻節(jié)能的污水提升泵。AO及AAO污水處理工藝單元的污水提升泵的耗能較高，這是由于污水提升泵的設(shè)計(jì)往往僅考慮最大流量、揚(yáng)程等最不利因素，水泵揚(yáng)程偏高、偏離設(shè)計(jì)揚(yáng)程等問(wèn)題往往因此出現(xiàn)，這不僅會(huì)大量浪費(fèi)電能，電機(jī)過(guò)熱還會(huì)直接影響污水提升泵的使用壽命。

因此，本文建議采用變頻節(jié)能的污水提升泵，由此根據(jù)集水池水位、流量變化合理控制泵機(jī)轉(zhuǎn)速，即可保證污水提升泵始終處于高效區(qū)。適當(dāng)提高泵前水位也能夠較好降低污水泵送過(guò)程能耗，這一目的可通過(guò)提高污水處理廠前端管網(wǎng)蓄水水位實(shí)現(xiàn)，在前端管網(wǎng)的蓄水能力支持下，污水泵送過(guò)程能耗可實(shí)現(xiàn)20%左右的降低。

(2)高效率新型曝氣設(shè)備。曝氣池的能耗在AO及AAO污水處理工藝單元占比較大，因此本文建議引入高效率新型曝氣設(shè)備，如新型曝氣頭、混合曝氣方式等，新型曝氣頭包括淹沒(méi)式的多孔擴(kuò)散頭或空氣噴嘴、可精確控制曝氣量的微孔曝氣頭，配合基于月份、季節(jié)、實(shí)際的污水處理廠曝氣量動(dòng)態(tài)調(diào)整，即可有效降低曝氣設(shè)備能耗;混合曝氣方式指的是微孔曝氣與機(jī)械曝氣的結(jié)合，這種結(jié)合需要將曝氣池分為三個(gè)部分，依次為入口缺氧區(qū)、表面曝氣完全混合區(qū)、推流式漸減微孔曝氣區(qū)。

(3)自動(dòng)控制技術(shù)。基于自動(dòng)控制技術(shù)的曝氣池供氧系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)同樣可較好服務(wù)于AO及AAO污水處理工藝單元的節(jié)能運(yùn)行，在現(xiàn)場(chǎng)PLC及相關(guān)算法的支持下，自動(dòng)控制技術(shù)可根據(jù)曝氣池溶解氧濃度自動(dòng)進(jìn)行供氣量的調(diào)整，污水處理的“因變而變”目標(biāo)也能夠由此實(shí)現(xiàn)，污水處理廠不僅能夠有效降低AO及AAO污水處理工藝單元能耗，其出水水質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益也能夠得到較好保障。

2.1.2探索、應(yīng)用低碳處理工藝

低碳處理工藝同樣可較好服務(wù)于AO及AAO污水處理工藝單元的節(jié)能運(yùn)行，反硝化除磷工藝、自養(yǎng)脫氮工藝、碳源循環(huán)利用工藝均屬于其中代表，以其中的反硝化除磷工藝為例，該工藝可實(shí)現(xiàn)生物脫氮與除磷的合二為一，且多余的COD能夠在該工藝支持下轉(zhuǎn)化為CH4能源，在DPB細(xì)菌的支持下，反硝化除磷也能夠由此同步實(shí)現(xiàn)，AO及AAO污水處理工藝的污泥回流量、硝化液回流量均可實(shí)現(xiàn)有效降低，低碳處理工藝的節(jié)能效果可見(jiàn)一斑。

2.1.3 優(yōu)化AO及AAO工藝控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)AO及AAO污水處理工藝單元節(jié)能運(yùn)行，AO及AAO工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)化同樣不容忽視，這一優(yōu)化需圍繞控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、算法等方面展開(kāi)。該典型結(jié)構(gòu)下控制系統(tǒng)的優(yōu)化需重點(diǎn)關(guān)注曝氣池的溶解氧設(shè)定值、內(nèi)外回流量、外加碳源投加量、化學(xué)除磷藥劑投加量，而為了將這種關(guān)注轉(zhuǎn)化為合理高效的控制，遺傳算法的應(yīng)用必須得到重視。

2.2 實(shí)例分析

2.2.1 進(jìn)水泵房

S污水處理廠進(jìn)水泵房的能耗控制可通過(guò)充分利用前端管網(wǎng)蓄水能力實(shí)現(xiàn)，由此減少泵的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，進(jìn)水泵房的能耗自然可實(shí)現(xiàn)有效降低，AAO污水處理工藝的穩(wěn)定性與處理效果也能夠得到較好保障。

S污水處理廠進(jìn)水泵房由2臺(tái)115kW(1用1備)、5臺(tái)130kW(3用2備)的潛水排污泵組成，采用交替運(yùn)行發(fā)那個(gè)是，無(wú)無(wú)變頻控制系統(tǒng)，泵吸水揚(yáng)程為120kPa。污水處理廠前端管網(wǎng)存在主提升泵站4座，流量總和為19×104m3/d，泵站到污水處理廠最短管道的管徑、長(zhǎng)度分別為1.5~2m、5km，污水管網(wǎng)坡度為0.05%，因此可確定污水處理廠到4座泵站管道的蓄水能力至少為15×104m3。

表2 S污水處理廠2016年進(jìn)水泵房能耗

表2為S污水處理廠2016年進(jìn)水泵房能耗，1、2、9、10、11、12月S污水處理廠進(jìn)水泵房均開(kāi)啟3臺(tái)130kW的潛水排污泵，其余月份則開(kāi)啟3臺(tái)130kW的潛水排污泵及1臺(tái)115kW的潛水排污泵。而通過(guò)前端管網(wǎng)蓄水能力利用，可少運(yùn)行3、4、5、6、7、8月的1臺(tái)115kW的潛水排污泵，由此即可實(shí)現(xiàn)20%的進(jìn)水泵噸水耗電量，20%的節(jié)能效果證明了提高泵前水位策略的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

2.2.2 曝氣系統(tǒng)

S污水處理廠曝氣系統(tǒng)存在鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟完全基于運(yùn)行管理人員經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題，進(jìn)、出水水質(zhì)變化未得到關(guān)注，這種情況屬于我國(guó)各地污水處理廠出現(xiàn)的普遍性問(wèn)題，因此本文建議通過(guò)變頻改造降低曝氣系統(tǒng)能耗，這一改造需通過(guò)進(jìn)水水質(zhì)和水量實(shí)現(xiàn)季節(jié)性的曝氣系統(tǒng)控制。結(jié)合S污水廠的進(jìn)、出水水質(zhì)核算生物池曝氣系統(tǒng)需氧量，即可得出生物池曝氣系統(tǒng)節(jié)能結(jié)果。

2.2.3 污泥處置環(huán)節(jié)

對(duì)于正常運(yùn)行的AAO污水處理工藝系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水水量、溶解氧、污泥濃度則屬于其污水處置環(huán)節(jié)的主要工藝參數(shù)�？紤]到進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水水量無(wú)法控制，S污水廠采用了控制污泥濃度的節(jié)能運(yùn)行策略，污泥負(fù)荷率為污泥濃度的調(diào)控依據(jù)，S污水廠的污泥負(fù)荷率曾長(zhǎng)期控制在0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)以下，但由于BOD5的檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，這就使得污泥濃度的指導(dǎo)調(diào)控較為滯后，AAO污水處理工藝單元的能耗因此受到了較為負(fù)面影響。最終，S污水處理廠選擇了污泥的COD負(fù)荷率作為曝氣池內(nèi)污泥濃度的控制指標(biāo)，由此控制剩余污泥排放量、回流污泥比，污泥負(fù)荷率因此被控制在0.07~0.1kgCOD/(kgMLSS.d)區(qū)間，曝氣池氧氣供應(yīng)量在表4的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步降低，降低幅度在10%~20%區(qū)間，由此降低的鼓風(fēng)機(jī)能耗必須得到重視。

AO及AAO污水處理工藝單元的節(jié)能運(yùn)行具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的變頻節(jié)能的污水提升泵、高效率新型曝氣設(shè)備、自動(dòng)控制技術(shù)、反硝化除磷工藝等內(nèi)容，則提供了可行性較高的節(jié)能運(yùn)行路徑。而為了更好推動(dòng)我國(guó)污水處理事業(yè)發(fā)展，需要對(duì)進(jìn)水預(yù)測(cè)模型的建設(shè)、工藝沿程測(cè)量探頭的增設(shè)同樣更加重視。