摘要：本文对当前国内污水处理设施的节能情况进行了分析，提出应该在设计时将节能放在重要地位，综合运用多方面的节能技术来降低污水处理设施能耗。

关键词：污水处理 节能

污水处理厂消耗的能源主要包括电、燃料等，其中电耗占总能耗的60％-90％。这些能耗中污水处理电耗占全厂总电耗的50％-80％，因此污水处理的节能是处理厂节能的根本，其中又以泵、风机为节能重点。
与美、日两国同类型的污水处理厂相比，我国污水处理厂的能耗问题十分突出，节能潜力巨大。本文从污水处理工艺、曝气方式、电机节能以及最新节能技术四个方面对国内污水处理厂的节能加以探讨。

1 污水处理工艺与节能
不同的处理工艺的能耗是有差别的，但处理工艺的选择必须综合考虑多个方面的因素，节能应该作为一个重要因素来加以考虑。
1.1 奥贝尔氧化沟工艺节能分析
根据文献和当前实践来看，氧化沟处理工艺的节能有明显的优势，而其中又以奥贝尔氧化沟工艺的表现更加突出。国外最早发现奥贝尔氧化沟的节能特征是在污水处理厂运行中观测到的：实际供氧量大大少于按常规方法设计的氧化沟系统，或是有机负荷高出三分之一以上时不增加供氧量出水仍能达标，这一潜能现已被人们认识并充分发掘出来加以广泛利用。
与只有硝化的处理系统相比，奥贝尔氧化沟所需供氧量与供氧能耗约节省38％；与有硝化／反硝化的处理系统比，奥贝尔氧化沟所需供氧量与供氧能耗约节省20％。
奥贝尔氧化沟为多反应器系统。通常由三个同心的沟渠串联组成，在三个沟道内均设有爆气转碟以供氧并起推动混合液的作用。奥贝尔氧化沟外、中、内三个沟道的容积占总容积的百分比分别为50％-60％、30％-35％、15％-20％、多采用50％：33％：17％。除沟形上的特征外，奥贝尔氧化沟的一个最显著特征是三个沟的溶解氧呈0-l-2mg／L（外-中-内）的梯度分布。典型的设计是将碳源氧化、反硝化及大部分硝化设定在第一沟（外沟）内进行。控制其DO在0-0.5mg／L；第二沟的DO控制在0.5-1.5mg／L，可进一步去除剩余的BOD或继续完成硝化；第三沟（内沟）的DO为2-2.5mg／L、以保证出水中有足够的DO带入二沉池。
在一般的脱氮工艺（如A／O工艺）中，好氧池中较高的溶解氧浓度并不利于氧的传递。奥贝尔氧化沟特有的DO梯度分布很好地解决了这一矛盾。约占一半总池容的外沟道DO接近于零，不仅节省了能耗还提高了氧传递速率；内沟的DO维持2mg／L可保证有足够的氧带入二沉池。
1.2 内循环USAB法回收CH4
废水中的有机物隐含有大量的能量，回收利用这部分能量也是节能的重要手段。内循环USAB（升流式厌氧污泥床）法是一种高效的厌氧处理工艺，能对高COD、高SS的有机废水进行有效处理，并对所产生的CH4 气体进行回收利用，从而达到节能目的。
内循环UASB反应器主体部分可分为3个区域，即内循环区、反应区和气、液、固三相分离区。内循环UASB反应器通过水力作用将3个区联系成集调节、厌氧反应与气、液、固三相分离为一体的高效厌氧处理系统。处理高COD、高SS的工业废水，内循环USAB法作为一级处理工序是一种较好的选择，不仅能使废水得到高效处理，而且能回收大量的CH4。

2 曝气方式与节能
鼓风曝气系统电耗一般占污水处理系统电耗的40％-50％，是污水处理节能的关键。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装置效率，降低污泥对氧的需求。
2.1改进布置方式
传统的曝气池，曝气管是单边布置形成旋流，过去认为这种方式有利于保持真正推流，另外还可以减小风量，但经过多年实践与研究发现，这种方式不如全面曝气效果好。全面曝气可使整个池内均匀产生小旋涡，形成局部混合，同时可将小气饱吸至1／3到2／3深处，提高充氧效率。
2.2 采用微孔曝气器
微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，节约风量。在一般情况下用穿孔管带状布置曝气，其充氧效率只有1.0kg O2／(kw·h)，采用盘状微孔曝气头面状布置时充氧效率为1.4kg O2／(kw·h)，采用板状微孔曝气装置面状布置充氧效率更可达1.8kg O2／(kw·h)。

3 电机节能
污水处理系统中的水泵、风机等大多数运转设备均是由电机来带动的，因而电机节能技术是在污水处理系统中占据重要地位。
污水厂进水量往往随时间、季节波动，如果按目前通行的以最大流量作为选泵依据，水泵全速运转时间将不超过10%，大部分时间都无法高效运转，造成能源浪费。电机节能是一个需深入研究的课题。
3.1 交流变频调速技术
降低负荷，对电机来说，就是电机调速技术，当前在生产实践中应用最广的就是变频调速技术。交流变频调速技术以改变交流电动机的电源频率来改变交流电动机的速度，是一项较成熟的高科技成果。是一种较为理想的高效调速装置和节能装置。
国内生产的变频器，50Hz以上为恒功率区，50Hz以下为恒转矩区。在恒功率范围内，电动机发挥最大使用功率，在此区间内应用变频器是不节电的。在恒转矩区范围内，电动机的转矩基本恒定，则频率越低，转速越低，机械输出功率越小，变频器输入的电功率也相应越小。在恒转矩范围内，转速越低越节电。变频器的节电原则是：必须在恒转矩区内，频率越低节电越多。应用变频器的另一个原则是：必须首先满足应用变频器的使用功能。其次是考虑节电因素。这样，变频器通过调速达到使用的功能和负载特性，同时最大限度的节省电力[7]。
3.2 其他电机调速技术
调压调频模糊节能控制技术是变频调速技术外的另一选择。在轻负载下，适当降低电动机定子电压，定子电流将随之减少，且电动机的输出功率仍可保持不变。在固定的负载下，定子电压降低到一定程度后，定子电流不但不会降低，反而会逐步增大，为了保证电动机的稳定运行，这种情况一般是不允许的。因此，随电动机定子电压的变化，通过跟踪其定子电流的变化轨迹，定子电流由缓慢降低到突然增大那一瞬间对应的定子电压正是要寻找的最佳电压值，这便是模糊节能控制器的基本原理。实验结果表明，在一般负载下，应用调压模糊节能控制器，可节电5％-10％；对风机、泵类负载，可节约有功功率20％-60％；在空载运行方式下，可节约有功功率70％左右。与同类其它节能装置相比，具有技术简单、效率较高的特点，且调压模糊控制器的成本可做得很低。
3.3 风机的其他调节
风机有一些不同于水泵的特殊调节方式，如进口导叶片调节，这也是目前普遍采用的技术。天津东都污水厂从法国引进的高速离心风机带有进口导叶片调节装置，当单池DO过高时，PLC（可编程逻辑控制器）发出指令关小该池空气管螺阀，当其他池DO都偏高时，PLC就会发出指令关小进口导叶片，采用该技术可节电10％。

4 最新电力节能技术:SVG技术
无功消耗也应在污水处理系统节能中加以考虑，这就是所谓的无功补偿节能技术。无功功率即电机空载功率，其大小与电机的设计方法、材料选用、制造工艺及电机工况直接相关。对于三相异步电动机来说，其功率因数cosφ较低，额定负载时约为0.7-0.9，在轻载时，只有0.2-0.3。如果使用无功补偿装置，则可提高功率因数cosφ达到节能的目的。
要实现静止无功发生器（SVG）的技术，方法可以有很多种，但一般实现起来成本较高，只适合大功率的中高压电力系统。而污水处理系统一般都是中低压电力系统，当前提出了一种单桥逆变电路形成的SVG技术，其主电路采用了ADMC401高速数字信号处理（DSP）芯片，通过单片机编程实现对无功补偿的自动控制，可使功率因数cosφ保持在95%以上。该技术以其经济、实用、针对中低压电机系统的特点，应用前景极为广阔，

5 小结
目前氧化沟节能工艺、微孔曝气技术、电机变频调速等技术在新建的城市污水处理厂和对老厂进行技术改造时得到大量使用，而且这些技术已经与自动控制技术相结合，从而大大提高了新建的城市污水处理厂的自动化水平和节能水平。
通过综合应用多种节能技术，从不同方面加以控制。对于新建的大型污水处理系统，最新的节能技术也应该得到充分重视，这不仅能降低污水处理成本，而且对提高整个电网电能也具有重要作用。