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城市污水处理厂节能水平评估标准探讨

 老狗布鲁丁 2012-03-22
给水排水 Vol.37 No.3 2011 45  
城市污水处理厂节能水平评估标准探讨
梅小乐1 周 燕2
(1内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特 010018;2内蒙古自治区环境保护科学研究院,呼和浩特 010010)
  摘要 以我国现行典型城市污水处理厂实际运行情况为依托,结合国内外经验成果,在筛选影
响城市污水处理厂节能水平重要因子的前提下,初步提出采用打分形式对城市污水处理厂节能水平
进行评估的设想,从而建立城市污水处理厂节能水平等级划分标准。
关键词 城市污水处理厂 节能降耗 节能因子 评估
Discussion on municipal wastewater treatment plant energy?saving evaluation standards
Mei Xiaole1,Zhou Yan2
(1.Water Conservancy and Civil Engineering College,Inner Mongolia Agricultural University,Huhhot
010018,China;2.Inner Mongolia Environmental Science Academy,Huhhot 010010,China)
Abstract:Based on current typical municipal wastewater treatment plants operation in China
and both home and abroad operation experience,and the selection of municipal wastewater treatment
 plant energy-saving efficiency impact factors,the primary plan for municipal wastewater
treatment plant energy-saving level evaluation by credits was proposed,and then the standards
for grade classification of municipal wastewater treatment plant energy-saving levels were also set
up.
Keywords:Municipal wastewater treatment plant;Energy-saving;Energy-saving impact factor;
Evaluation
0 前言
随着我国人口增长、经济发展以及城镇化规模
的扩大,污水排放量急剧增加,为减轻环境负担,削
减污染物排放,必然要新(改、扩)建大量城市污水处
理厂。能耗大、运行费用高已成为约束污水处理厂
正常运行的瓶颈。在当前能源紧张情况下,寻求能
量优化策略、减少能耗是污水处理可持续发展的必
由之路。
现阶段,由于能耗分析研究中没有明确的边界
界定,也设有统一的能源审计和评估指标,各种工艺
间的横向比较难以进行。新工艺、新设备的应用也
只能反映特定环境条件的能耗水平,不能有针对性
地进行能耗评估,更不能反映城市污水处理厂的节
能水平。同时,由于城市污水处理厂节能水平的评
判不像污水排放水质那样,有相应的标准可以执行,
从而导致污水处理厂的建设与运行缺乏节能等级认
知,相关部门对其节能管理缺少评判依据。
因此,城市污水处理厂节能水平评估标准的研
究与制定对污水处理厂的能耗管理及节能潜力分析
有着重大的现实意义,具有很好的研究价值与应用
前景。
1 城市污水处理厂运行现状和能耗分析
1.1 运行现状分析
城市污水处理是高能耗行业之一,其能耗支出
通常包括电能、燃料及药剂等方面,其中电耗占总能
耗的60%~90%。因此,污水处理厂能耗水平常以
电耗指标来表示。电能的消耗也主要集中用于污水
污泥的提升、生物处理的供氧和推动混合、污泥的处
理处置等方面。
我国城市污水处理厂大多为采用活性污泥法的
46  给水排水 Vol.37 No.3 2011
二级处理厂,处理工艺主要为普通活性污泥法、A/O、
氧化沟、A2/O、SBR 及其变形等,其能量消耗为
0.2~0.3kW·h/m3。能耗主要集中在提升污水
的进水泵房和为二级处理供氧的鼓风机房,二者约
占全厂能耗的70%。而绝大部分污水处理厂污泥
经脱水后直接外运,未对污泥进行稳定处理或处理
工艺的配套设施不完善,另一方面建有完善污泥处
理设施的污水处理厂常因其运行费用较高很多都停
用,污泥厌氧消化回收能量较低[1]。
而欧洲城市污水处理厂主要处理工艺有:曝气
氧化塘、生物转盘、生物滤池、污泥稳定活性污泥法、
活性污泥法、活性污泥加生物滤池以及其他类型。
在电能消耗中,用于污水生物处理过程的电耗大约
占全厂用电的70%,污泥处理电耗占20%,厂区照明
及办公电占10%。污水处理厂电能的主要来源为外
部电网及厂内沼气发电。污水处理厂热能的消耗主
要用于污泥加热及厂区供热,一般用于污泥加热的热
耗占全厂热耗的60%,消化池加热占30%,厂内供热
占10%。污水处理厂热能的来源为外部供热管网,厂
内利用外来燃料或厂内沼气产生的热量[2]。
1.2 能耗研究现状
国内外对污水处理过程中的能量消耗以及优化
运行的研究很有限,且大多致力于低能耗工艺、设备
的研究,大大滞后于水质特性相关的机理和应用研
究。Wesner[3]对美国污水处理单元过程进行了直
接和间接能耗调查,并预计能耗在污水处理设施运
行费用中所占的比例,阐述和比较了各种污水处理
与污泥处理工艺。Karlsson[4]提出潜在耗氧势的概
念,不仅考虑有机碳和氨氮在污水处理过程的耗氧,
还考虑氮磷排放导致藻类生长在环境中分解的二级
需氧要求。这一概念考虑了污水工艺出水对生态造
成的影响从而拓宽了能耗分析的概念,但是,这种方
式不便作为污水处理厂运行过程中能耗的衡算手段
和能耗管理的依据。
在国内,羊寿生[5]对我国典型一级、二级污水处
理厂各单元进行过能耗估算,给出了估算值,但是研
究并没有提示各部分能耗的影响因素,没有根据各
部分能耗的特点给出估算值(统一使用吨水单耗来
表示),没能揭示不同单元能耗的特点,不利于进行
进一步的节能潜力和途径的分析研究,不便于作为
能耗管理依据。高旭等人[6]进行污水处理工艺单元
能量平衡分析研究,提出用Exergy(能量中可以无
损耗地转化为功的部分,即能量中的有用部分)的概
念分析污水处理单元能效。但是这种方法不便对实
际运行中的污水处理厂进行能耗分析和评价。
综合以上研究现状不难发现,在能耗分析研
究中,各种工艺间的横向比较难以进行。现有指
标无法作为能耗管理和节能潜力分析的依据。因
此,有必要根据能耗管理的需要界定污水处理厂
能耗分析的边界,并根据实际运行中污水处理厂各
部分能耗的特点,建立统一的能耗指标评估污水处
理厂的能耗水平。新的指标应能反映各部分的能耗
水平,以便于进行工艺间的横向比较和深入的能耗
分析。
2 城市污水处理厂能耗影响因子分析
2.1 处理工艺
由于我国现行城市污水处理厂以SBR及其变
形、氧化沟、A2/O 及变形等处理工艺为主,因此可
从上述三种处理工艺分析能耗影响。根据已有的研
究,对全国103座SBR、170座氧化沟、87座A2/O
污水处理厂调研数据的分析结果[1],污水处理厂不
同处理工艺平均能耗水平见表1。
表1 不同处理工艺条件下污水处理厂能耗指标
序号处理工艺能耗指标/kW·h/m3
1 SBR 0.336
2 氧化沟0.302
3 A2/O 0.267
 注:数据来自《中国城镇污水处理厂汇编》(2006年)。
表1数据显示,A2/O 工艺的能耗水平略低于
其他处理工艺,这也是其成为我国污水处理主导工
艺的重要原因之一,但这只是一个平均水平,此项分
析结果中并没有考虑同一处理工艺中不同处理规
模、不同原水水质对能耗水平的影响。
2.2 处理规模
根据对德国斯图加特大学污染控制与垃圾处理
研究所提供的欧洲1 097座污水处理厂调研结果的
分析[2],以及清华大学对我国560座污水处理厂调
研数据的分析[1],污水处理厂不同处理规模情况下
的平均能耗水平见表2。
表2数据表明,国内外污水处理厂随着处理规
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表2 不同处理规模条件下污水处理厂能耗指标
序号处理规模
/m3/d
欧洲能耗指标我国能耗指标
/kW·h
/m3
/kW·h
/去除
kgCOD
/kW·h
/m3
/kW·h
/去除
kgCOD
1 <140 0.52 1.81 0.80 4 
2 140~700 0.35 1.11 0.62 3.1
3 700~1 400 0.32 0.92 0.55 2.75
4 1 400~14 000 0.30 0.99 0.36 1.8
5   >14 000 0.28 0.89 0.30 1.5
模的增大,其单位污水处理平均能耗水平降低,存在
规模效应,而欧洲单位污染物去除量能耗低于国内
污水处理厂,在一定程度上反映出国内污水处理厂
污染物去除效率较低的问题。同时,在高处理规模
条件下,国内外污水处理厂能耗水平相当,但在低处
理规模条件下,欧洲能耗水平低于国内,这可能是由
于设计规模与实际处理规模的差距以及相关能耗设
备型式等原因所造成的结果。
2.3 水泵运行方式
污水提升泵站是污水处理厂的能耗大户之一,
其电耗约占全厂电耗的37%~39%,因此泵站的节
能对降低污水处理厂的能耗具有重要意义。提升泵
节能应首先从设计入手,进行节能设计;对于已投产
的污水处理厂,提升泵节能的关键在于运行方式。
目前较为常用且效果较好的节能运行技术有:流量
调节技术(变频调速技术等)、水泵优化组合技术等。
现行污水处理厂运行中则以水泵优化组合技术配合
变频调速技术为主流运行方式。表3为污水处理厂
水泵不同运行方式的节能效果。
表3 不同运行方式下污水处理厂节能效果
序号运行方式节能效果
1 多台水泵对位控制不节能
2 变频调速技术比传统节能约40%
3 水泵优化组合技术比传统节能约30%
  表3节能效果显示,采用节能技术的水泵运行
方式其节能效果显著,但采用何种运行方式还需根
据污水处理厂实际情况而定。
2.4 曝气方式
对于活性污泥法污水处理厂,曝气系统电耗为
全厂电耗的40%~50%,是节能重点。鼓风曝气系统
最根本的节能措施就是减小风量,而减小风量必须提
高扩散装置的效率,降低污泥对氧的需求。表4为污
水处理厂采用不同曝气方式的节能效果[7]。
表4 不同曝气方式下污水处理厂节能效果
序号
项目形式
充氧效率
/kgO2
/(kW·h)
备注
1 曝气方式
机械曝气0.7~1.4 表面曝气
鼓风曝气0.3~1.4 水下曝气

鼓风曝气
扩散器
类型
穿孔管曝气1.0  气泡直径15mm
左右
微孔曝气1.4  气泡直径小于
0.1mm

曝气器布
置形式
单边曝气1.05 传统曝气形式
 全面曝气(间
距6.1m) 1.57
中心曝气1.33
 全面曝气(间
距3.05m) 1.82
  表4节能效果显示,采用微孔全面曝气系统的
污水处理厂可达到较高的充氧效率,节能效果显著,
其充氧效率最高可达3kgO2/(kW·h)。
2.5 自然条件
根据文献报道[1],污水处理厂所处行政地理分
区对节能水平的影响见表5。
表5数据显示,气温低、降水量少的地区其污水
处理能耗高,而总体能耗、电耗水平低的地区其污水
处理的能耗也较低,因此节能水平应在同一地区范
围内进行比较。
表5 不同自然条件下污水处理厂能耗指标
序号行政地
理分区
能耗指标地区修正系数
/kW·h
/m3
/kW·h
/去除kgCOD
全国平均能耗水平/
地区平均能耗水平
1 西北0.369 1.85 0.73
2 东北0.315 1.58 0.86
3 华北0.285 1.43 0.95
4 西南0.275 1.38 0.98
5 华中0.239 1.20 1.13
6 华东0.220 1.10 1.24
7 华南0.194 0.97 1.40
48  给水排水 Vol.37 No.3 2011
3 城市污水处理厂节能水平评估体系
根据上述对污水处理厂能耗影响因子的分析,
可以尝试将城市污水处理厂节能水平评估标准体系
分为六大项,即:处理工艺、处理规模、水泵运行方
式、鼓风机曝气器类型、曝气器布置形式以及处理出
水与污泥处置方式。同时按照现行我国污水处理厂
实际运行平均能耗水平,将每一项各类型按其可能
节能效果又分为三档,即一档(1分)、二档(2分)和
三档(3分),档次越高,分值越大,表征其可能具有
的节能效果越低,详见表6。
表6 城市污水处理厂节能水平评估体系
序号项目类型分值备注

 处理工艺(处
理规模相当的条
件下)
A2/O
氧化沟
SBR
123

处理规模
/万m3/d
>10
1~10
<1

1~2

“规模效应”
3 水泵运行方式
变频调速技术
水泵优化组合技术
多台水泵对位控制

1~2

电机节能技术
电机节能技术
水泵启动频繁
4 鼓风曝气器类型微孔曝气
穿孔管曝气
1~2

充氧效率高
充氧效率低
5 曝气器布置形式
全面曝气
中心曝气
单边曝气
123
均匀布置
中心布置
单边布置
6  处理出水与污
泥处置方式
 污水源热泵、沼
气发电
 处理出水外排、
污泥脱水外运
1~2

 厂内供热
填埋或施肥
4 城市污水处理厂节能水平评估标准
根据上述污水处理厂节能水平评估体系的描
述,可以尝试采用打分的形式,根据表6所列各项对
不同的城市污水处理厂进行打分,但由于污水处理
厂所处的地区不同以及所处的城市规模不同可能会
对节能水平评估结果产生影响,因此应在所得累加
分值上考虑地区修正系数(见表5)以及城市规模修
正系数(见表7),计算结果见表8。
从表5国内污水处理厂运行平均能耗水平可
以看出,能耗大于0.3kW·h/m3 约占5%、能耗介
于0.2~0.3kW·h/m3 的约占85%,而能耗小于
表7 我国城市规模与城市数量
序号城市规模
/万人
城市数量
/个
城市规模修正系数
(城市总数/各规模城市数量)
1  >200 36 18.19
2 100~200 83 7.89
3 50~100 118 5.55
4 20~50 151 4.34
5 <20 267 2.45
6 总计655
 注:数据来自中华人民共和国国家统计局2008年统计数据。
表8 城市污水处理厂节能效果分值计算
序号项目分值
1 节能水平单项累加值6~18
2 地区修正系数0.73~1.40 
3 城市规模修正系数2.45~18.19
4 节能效果总分值=1×2×3 10.86~458.39
0.2kW·h/m3 的约占10%。沿用上述比例对表8
节能效果总分值进行划分,可初步将城市污水处理
厂节能水平评估等级划分为:国内高耗能(5%)、国
内基本节能(85%)和国内节能(10%)三个等级,详
见表9所示。
表9 城市污水处理厂综合节能水平评估标准
节能水平国内高耗能国内基本节能国内节能
分值436.01~458.39 55.62~436.00 10.86~55.61
 注:表中数值越小,其节能效果越高。
5 结语
(1)城市污水处理厂节能水平影响因子包括:
处理工艺、处理规模、水泵运行方式、鼓风曝气器类
型、曝气器布置形式、污水及污泥处置方式等。
(2)城市污水处理厂处理规模越大、实际污水
处理量越接近设计数值、曝气采用全面微孔自控形
式,同时设置能量回收装置,其节能水平越高。
(3)根据现行我国城市污水处理厂运行情况,
初步将城市污水处理厂节能水平评估等级划分为:
国内高耗能、国内基本节能和国内节能三个等级。
(4)利用节能水平评估体系及标准,可以在一
定程度上对已建城市污水处理厂能耗水平进行评
估,分析其节能潜力与节能环节,指导其升级改造。
给水排水 Vol.37 No.3 2011 49  
工业给排水
油田废水处理技术研究与应用新进展
杜 荣 光
(中国石化胜利油田分公司开发处,东营 257000)
  摘要 从低渗透油田回注水、采油废水深度处理资源化利用、外排废水处理及海上油田废水处
理等方面,分析总结了国内外油田废水处理新技术的研究进展和应用情况。并针对现阶段油田废水
处理技术现状提出了发展方向。
关键词 油田废水 低渗透油田回注水 深度处理 海上油田废水 废水处理
0 引言
我国大部分油田已进入高含水开采期,原油综
合含水率大部分达80%以上,采出液含水率不断上
升,导致采油废水处理量增长较快。而随着国家环
保要求的提高及节能减排政策的提出,含油废水处
理技术成为影响油田可持续发展的重要因素。本文
分析总结了油田废水处理技术最新进展,并针对现
阶段废水处理现状,提出了发展方向。
1 低渗透油田回注水处理技术
低渗透油田由于孔吼半径小,渗透率低,对水质
要求严格,《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方
法》(SY/T 5329—94)规定低渗透油田注水水质要
达到A1标准[1]。目前采用常规采油废水处理流程
辅以精细过滤技术,精细过滤一般采用金属膜、陶瓷
膜为代表的无机膜过滤和管式膜、中空纤维膜、震动
膜等超滤膜[2~4]。
1.1 无机膜
无机膜具有不易变形,能承受高温、高压,抗化
学药剂能力强,机械强度高,受pH 影响小,抗污染,
寿命长等特点,应用较多的是陶瓷膜和金属膜。
胜利油田在樊41块建立了生化除油与金属膜过
滤相结合的处理流程,生化处理依靠细菌的降解作
用,可有效去除废水的油,为精细过滤器提供良好的
进水水质,避免精细过滤器的污染堵塞。进水含油量
30~120mg/L、SS 30mg/L情况下,金属膜出水含油
量<2mg/L、SS<1mg/L、腐蚀速率<0.03mm/a,
整体水质达到A1级[5]。
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
江汉石油机械厂联合抚顺石化研究院共同利用
同时,也可以为新建城市污水处理厂的建设与运营
提供参考。
(5)本文对城市污水处理厂节能水平评估体系
及标准提出了一些新的思路与想法,但节能评估体
系及标准的可行性与实用性,还有待进一步研究与
论证。
参考文献
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Treatment Facilities.Alexandin,USA,1977
  & 电话:(0471)4307939
E-mail:mxl138@163.com
收稿日期:2010-05-25
修回日期:2010-11-04

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