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污水处理是能耗密集型技术,为了能对污水处理过程进行合理的能耗评估和降低污水处理能耗,各国研究学者在此方面都做了大量的研究工作。文章从污水处理厂能耗现状入手,对能耗评估指标、能耗基准线的划定方法、能源效率提高办法、能源监管等几个方面进行了综述。通过分析发现,污水处理厂的能源效率通过评估和管理是可以大幅度提升的,将来还有很多值得研究的空间。

污水处理厂承担水环境改善的重要任务,但也是能耗密集型企业。其能耗范围较广,污水处理厂电耗一般占总能耗的70%~90%,因此污水处理厂的能耗一般多指电耗。据统计,我国2014年污水处理厂电耗占全国总电耗的0.26%,算上工业废水处理和污泥处理,所占比例将超过2%。如何合理评估污水处理能耗和降低能源消耗是目前污水处理领域关注的热点。

1污水处理电耗评估指标

目前以处理水量和污染物的去除量为电耗评估指标。

1以处理水量为电耗评估指标

我国基本是以处理水量为电耗评估指标的,且污水处理收费也是按水量为单位进行收费。据报道,我国目前城市污水处理电耗平均水平为0.29~0.40 kW•h/m3。以处理水量为电耗评估指标有比较大的缺陷,这一评估指标使用的前提是污水处理厂的进水水量、水质(COD、氨氮、SS、总氮和总磷等)波动比较小,各污水处理厂进水水质水量情况比较接近,差别不大。另外,我国污水管网采用雨污分流,但实际上有时雨水、污水也会混合一起进入污水处理厂,导致进水污染物被一定程度稀释,计算出的电耗偏低。

2以污染物的去除量为电耗评估指标

污染物的去除量为电耗评估指标又可细分为:以年服务人口当量为电耗评估指标、以COD去除量为电耗评估指标、以总悬浮固体去除量为电耗评估指标、以总氮去除量为电耗评估指标。

德国、澳大利亚等国家采用的是以年服务人口当量为电耗评估指标。每1人口当量可以按COD或者BOD进行折算,一般是每天1人口当量60 g BOD或者120 g COD。北美地方的污水厂一般每天1人口当量80 g BOD或160 g COD,或每天1人口当量产生400 L污水来进行折算。

几种常用电耗评价指标的适用性对比见表 1。

表1 几种主要评价指标的适用性对比

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由表1可知,以污染物的去除量为电耗评估指标更准确一些,但是依然存在不足。首先,污水中污染物评价指标比较多,包括SS、COD、BOD、TN、TP、NH3-N等。选取单一种类的污染物去除量为电耗评价指标不全面。其次,每个污水厂进出水水质不一样,处理标准也不一样。随着对水环境质量改善要求的提高,污水处理厂的处理排放标准逐渐提高,要求越来越严,所以需要考虑采用全面覆盖所有污染物去除效果的一个综合指标来进行电耗评估。

3能量流分析

能量流分析是将进出污水处理系统的各种污染物按照能量的方式统一计量,将污水处理厂的运行效果从物质角度的多指标评价转化成从能量角度的单一指标评价。能量流的定义如式(1)所示。

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应用能量流评估方法需要计算污水中的能量,这里用化学潜能来代表。化学潜能指的是废水中的有机物完全氧化成CO2和H2O时释放出的热能。污水中常见的有机物与化学潜能的对应关系:每1 g COD相当于14 kJ化学潜能,每1 g VSS相当于22.15 kJ化学潜能。

林涛等应用比能耗和能量流两种评价指标分析A2/O污水处理工艺的能耗情况,发现能量流评价指标相当于多个比能耗组成的分析系统,是一个更综合、更全面的评价方法。就整体而言,能量流评价是一个新方法,应用很少,目前还不太完善,今后需要考虑纳入反硝化过程和除磷反应。

2能耗基准

由于污水处理能耗较高,对污水处理划定能耗基准有助于帮助污水处理厂建立合适的能耗评价体系,进一步降低能源消耗。确定能耗基准的方法比较多,大致可以分为归一化方法、统计学方法、编程技术三类。

1 归一化方法

使用归一化方法划定能耗基准应用特别多,主要是因为该方法比较简单,结果通俗易懂,但其依赖于大量污水处理厂的样本分析。为了在不同的污水处理厂划定能耗基准,需要一定的评价指标,比如以服务人口量为标准、以处理单位水量为指标或以污染物的去除量为指标等。

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