城鎮(zhèn)污水處理能耗計算方案

城鎮(zhèn)污水處理能耗

計

算

方

法

編制：XXX

單位：XXX

時間：XXX

目錄

一、工藝能耗..................................................3

1、污水處理工藝..........................................3

2、能耗分布..............................................4

二、能耗計算方法和公式.......................................5

1、預(yù)處理單元............................................5

2、生化處理單元..........................................6

3、污泥處理單元.........................................10

三、按照以上公式計算的實際案例..............................12

1、預(yù)處理單元單泵參數(shù)如下：............................13

2、生化處理單元鼓風機設(shè)計參數(shù)如下：....................13

3、污泥處理單元.........................................13

一、工藝能耗

1、污水處理工藝

污水處理的主要工藝有A/0工藝、A2/0工藝、氧化溝工

藝、SBR工藝及由此引發(fā)出來的其他改進工藝。

城鎮(zhèn)污水處理廠的一般流程是：進水一粗格柵一污水提升

泵站一細格柵一沉砂池一初次沉淀池一好氧活性污泥處理一二

次沉淀池一消毒池f出水。

污水處理通常可分為預(yù)處理、生化處理和污泥處理三個單

元，見圖2。

預(yù)處理單元

生化處理單元

污泥處理單元

圖2城鎮(zhèn)污水處理流程圖

預(yù)處理單元包括格柵、提升泵、沉砂池等，主要用于污水

的提升及渣、沙等的去除，為生化處理創(chuàng)造條件。生化處理單

元主要包括曝氣系統(tǒng)、回流系統(tǒng)和二次沉淀池，用于有機物、

氨氮等的去除。污泥處理單元包括濃縮機、脫水機、出泥泵等,

將剩余污泥脫水外運。

不同處理單元的構(gòu)造和運行模式不同，因而其能耗計算就

需要根據(jù)能耗分布特點選擇合適的方法。

2、能耗分布

城鎮(zhèn)污水處理廠消耗的能源主要包括電能、燃料及藥劑等

潛在能源。其中，電耗占總能耗的60%?90%o

電能的消耗主要用在污水和污泥的提升、生物處理的供氧

和回流、污泥的穩(wěn)定和處理等方面。不同地區(qū)、不同規(guī)模污水

處理廠處理單元的能耗分布見表lo

表1污水處理廠處理單元能耗分布,％

Tab.lEnergydistributiontableofsewagetreatmentplants,%

丁.藝工藝氮化溝工藝工藝

處理單元A2A/OUNITANK

（沙崗廠10萬m'/d）（喀左廠1.5萬m'/d）（西樵廠5萬nf/d）（東鄱廠5萬m'/d）

福冰期提升泵1923.921.421

段處理格柵、沉砂、初沉

11.5

曝氣30.445.942.957

生化處理攪拌器23.512.62

回流泵6.86.83.5

污泥處理及其他41.88.419.611

注:表中沙崗廠、西樵廠.東鄱廠數(shù)據(jù)見文獻〔6

由表1可知，生化處理是污水廠能量消耗的主要部分。其

中，鼓風曝氣能耗最大，一般約占到50%；污水提升過程也是

能量消耗的重要環(huán)節(jié)，其能耗約占全廠能耗的20%。

因此，污水提升和鼓風曝氣是需要重點關(guān)注的節(jié)能環(huán)節(jié)。

有效降低污水處理能耗，首先要對耗能分布、耗能量進行調(diào)查

分析，并根據(jù)不同的處理階段選取相應(yīng)的能耗計量方法進行評

估；最終，結(jié)合不同階段的能耗特點給出行之有效的調(diào)整方案。

因而，污水廠的節(jié)能應(yīng)該從各處理單元與設(shè)備中挖掘并進行優(yōu)

化配置。

二、能耗計算方法和公式

污水處理工藝通常分為預(yù)處理、生化處理、污泥處理這三

個單元，每個處理單元的耗能情況不盡相同，需要針對每個單

元的工藝運行特點選擇相應(yīng)的能耗計算方法對其能耗進行評估

和預(yù)算。

1、預(yù)處理單元

污水提升泵是污水處理廠預(yù)處理單元耗能最大的部分，其

電耗約占全廠電耗的20%。該部分的能耗計算公式較少，形式

也大同小異。

1）污水提升泵電耗的計算式：

1r_(1)

102砧小

式中：W表示電機實際電耗，kWh；

P為污水的密度，取1.0X103kg/m3；

g為重力加速度，取9.81m/s2；

Q為污水泵的實際流量，m3/s；

H為污水泵的實際工作揚程，m；

nl為水泵的效率，取0.65?0.85；

n2為電機的效率，取0.95。

2）提升泵能量估算公式:

3

2V=^-x]0（2）

7n2

式中：h為實際污水提升高度，m；

N為配用電機功率，kW；

r=Pg,取9.8X103N/m3。

式（1）和式（2）計算簡便、準確，在實際工作中應(yīng)用較

為廣泛。同時可以看出，上述提升泵的實際工作揚程對污水提

升泵能耗計算影響較大。

可以通過降低泵揚程來節(jié)能降耗的措施。另外，采用變頻

控制方式控制泵房液位，可以提高泵的工作效率，保證穩(wěn)定的

進水。

2、生化處理單元

污水處理過程中，生化處理階段能耗最大的是曝氣系統(tǒng)，

約占總能耗的50%。曝氣系統(tǒng)采用的曝氣方式主要分為兩類：

鼓風曝氣和表面曝氣。

目前，比較常用的曝氣方式是鼓風曝氣。鼓風曝氣的原理

是將壓縮空氣通過管道系統(tǒng)送入池底的空氣擴散裝置，并以氣

泡的形式擴散到混合液中，使氣泡中的氧迅速轉(zhuǎn)移到液相供微

生物需要。因而，要想確定實際運行中曝氣系統(tǒng)的能耗利用效

率，就要計算系統(tǒng)供氣量和實際需氧量之間的關(guān)系。

1）兩者之比越趨近于1越好，過大耗能較大，過小反而導(dǎo)

致出水不達標。根據(jù)曝氣池供氣量GS=R0/0.3EA,延克軍給出

了簡化的供氣量計算式：

鼓風曝氣：

=1.5(0.808-4fx

(1.045-0.01877)7?

(3)

S3&

表面曝氣：

G§=1.30磯0.3&(印)](4)

式中：a=0.8-0.85；8=0.9?0.97；

EA為氧轉(zhuǎn)化效率；

R為任意狀態(tài)下的需氧量，m3/ho

式（3）和式（4）簡化了繁瑣的計算環(huán)節(jié)。在混合液溫度

為15?3（TC時，采用上述公式比較簡單，且可使混合液溶解氧

濃度保持在1.5~2.0mg/Lo

2）然而，對于其他條件下供氣量的計算不適用。鑒于上述

公式的條件限制，綜合表面曝氣和鼓風曝氣裝置豎向位置不同

帶來的影響，《給水排水設(shè)計手冊》給出了實際傳氧速率N的

換算公式：

鼓風曝氣：

N=N"x1.0242(5)

表面曝氣：

N=aN產(chǎn)x1.024(r-20)(6)

式中：N0為標準傳氧速率，kg/h；

CO為混合液剩余DO值，一般用2mg/L；

T為混合液溫度，一般為5?3(TC；

Csm是清水平均溶解氧值，mg/L；

Csw是清水表面處飽和溶解氧，mg/L；

Csm和Csw可以相互換算：

(0p\

r-C--___—(7)

smsw(422.068J

式中：Qt為曝氣池逸出氣體中含氧量百分率；

Pb為裝曝氣裝置處的絕對壓力，kg/cm2o

該公式的精度較低，適用于準確度要求不高的工程計算。

(7)的修正公式為：

C-C(8)

采用式（7）計算時，鼓風機功率及曝氣裝置數(shù)量均大于采

用式（8）的計算值，將造成工程投資及運行費用的增加。采用

修正后的計算公式，大大降低了工程投資及運行費用。

實際工程設(shè)計中可根據(jù)供氣量和風壓值計算鼓風機功率：

尸二2.05X辱學x卷（9）

/JH匕

W=Pt（10）

式中：Qt為曝氣池逸出氣體中含氧量百分率；

Pb為裝曝氣裝置處的絕對壓力，kg/cm2；

Pa為當?shù)卮髿鈮毫?kg/cm2；

P為鼓風機計算功率，kW；

n為風機效率，一般取0.7?0.8；

P'為鼓風機出日計算升壓，kg/cm2；

W為鼓風機消耗的電能，kWh；

t為鼓風機工作的時間，ho

公式（8）對于平原地區(qū)的工程計算是通用的，應(yīng)用也較為

廣泛。

平原地區(qū)和高原地區(qū)的（標準大氣壓）供氣量計算式:

平原地區(qū)：

「_凡

%-0.3砥(11)

高原地區(qū):

Gs=（12）

0.2225EA

式中：GS為供氣量，m3/h；

R0為20C條件下脫氧清水的充氧量，kg/h；

EA為氧轉(zhuǎn)移效率。

通過供氣量計算公式可以看出，供氣量的計算原理相差不

大，但在不同工程中的計算效率和準確度卻不同。在實際工程

設(shè)計和測量中，需根據(jù)實際情況選擇合適的公式。

3、污泥處理單元

污泥處理是城鎮(zhèn)污水處理過程中的最后一個單元。該階段

耗能大約占污水廠運行全部能耗的11%,其能耗主要體現(xiàn)在污

泥、藥和設(shè)備三個方面。因而，該部分的耗能不容忽視，其能

耗的大小主要由污泥產(chǎn)量的多少決定。

1）每日增長的揮發(fā)性污泥量的計算式：

（13）

式中：AX為每日增長的揮發(fā)性污泥量，kg/d；

Y為產(chǎn)率系數(shù)；

Kd為衰減系數(shù)，d-1；

Q為每日處理污水量，m3/d；Sa為進入曝氣池的污水中含

有有機污染物的濃度，kg/m3；

Se為經(jīng)生化處理后水中殘留的有機污染物的濃度，kg/m3；

V為生化池的有效容積，m3；Xv為混合液中揮發(fā)性懸浮

固體量，kg/m3o

系統(tǒng)剩余污泥量的計算式：

=

SpII-(0.9/)H1H/TH)(1/0SR++

-S而)(14)

式中：YH為異養(yǎng)微生物的增殖率，取0.5?0.6；

bH為異養(yǎng)微生物的內(nèi)源呼吸速率，bH=0.08d-l；

fTH為溫度修正系數(shù)；

YSS為不能水解的懸浮固體率；

Sin和Sout分別為反應(yīng)池進水和出水的懸浮固體濃度。

式(13)和式(14)計算詳細，準確度高。然而由于公式

中的變量較多，且中間系數(shù)不易取得，應(yīng)用范圍受到限制。

2)為了更好地計算污泥量，可以采用干污泥量計算公式:

S=(KlC0-K2D)Qx10-6(15)

式中：S為干泥量，t/h；

CO為原水濁度設(shè)計取值，NTU；

K1為原水濁度單位NTU與懸浮物SS單位mg/L的換算系

數(shù)，應(yīng)經(jīng)過實測確定；

D為藥劑投加量，mg/L；

K2為藥劑轉(zhuǎn)化成泥量的系數(shù)。

式(15)計算準確、簡便，應(yīng)用較多，尤其適用于污水廠

排泥系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用。污泥脫水作為污泥處理的關(guān)鍵技術(shù)，其

電耗計算式為：

『二屋歷3(16)

式中：W為水泵及電機節(jié)約電耗，kWh；

tds為脫水的干固體重量，t/h；t3為脫水機每天工作時間，

h;

b為比能耗，kWh/tdso

式(16)計算簡便，變量少且易于取得，應(yīng)用起來較為方

便，更適合污泥處理階段電能的估算。

三、按照以上公式計算的實際案例

以某污水處理廠數(shù)據(jù)為例，根據(jù)參數(shù)采集情況，選擇適合

的前述公式進行能耗計算。該污水處理廠一期工程2010年開始

投入使用，采用A/O工藝對污水進行生物處理后再經(jīng)人工濕地

生態(tài)處理。處理污水主要來源于綜合生活污水和部分工業(yè)廢水。

日處理規(guī)模為1.5萬m3/d。

下面結(jié)合該廠的相關(guān)運行參數(shù)，分別從預(yù)處理、生化處理、

污泥處理三個單元給出能耗計算結(jié)果。

1、預(yù)處理單元單泵參數(shù)如下：

設(shè)計流量Q=320m3/h=0.09m3/s,水泵實際揚程H=3m,取

T]1=0.7,n2=0.95。

正常運行時，平均日工作時2臺泵工作，最大日工作時3

臺泵工作，雨季4臺泵同時工作。取平均日工作時（8h）為例，

應(yīng)用式（1）計算能耗，計算結(jié)果為624.7845kWh。

2、生化處理單元鼓風機設(shè)計參數(shù)如下：

流量GS=20.8m3/min=1248m3/h,升壓P'

二60kPa=0.61kg/cm2,風機效率n=0.88。

正常運行時，通過生化池內(nèi)的溶解氧濃度控制風機的開啟

臺數(shù)，多數(shù)情況是3用1備，應(yīng)用式（9）和式（10）計算電耗,

計算結(jié)果為239L8kWh。

3、污泥處理單元

污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機（1臺）進行脫水，每

天工作6ho其脫水的污泥干重tds=7.50t/h,比能耗

b=3.07kWh/tds,脫水機每天工作時間t3=10h。

正常運行時，通過生化池內(nèi)的溶解氧濃度控制風機的開啟

臺數(shù)，多數(shù)情況是3用1備，應(yīng)用式（16