设计过程中运用的节能措施，为地下式污水处理厂设计提供借鉴。
关键词：地下式污水处理厂;节能;设计
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）20-0073-03
Analysis of Energy-saving Design of an Underground
Sewage Treatment Plant
CHEN Jing ZHANG Bingxue WANG Weiwei ZHANG Aiping
（Henan Low-carbon Energy Saving Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450000）
Abstract： Underground sewage treatment plants are becoming more and more popular in China， but high energy consumption and high cost have become important factors restricting their development. This paper introduced the energy-saving measures used in the design process of a sewage treatment plant in central China， and provided reference for the design of underground sewage treatment plants.
Keywords： underground wastewater;treatment plant;energy-saving;design
近年来，随着我国生态文明建设和城市化进程快速推进，城市环境对污水厂的要求也越来越高，地下式污水处理厂因其具有节省土地资源，节省管网投资，视觉、噪聲和臭气污染小等特点逐渐被人们重视[1]。我国从2010年起修建了多座地下式污水处理厂，虽然取得了较好的社会环境效益，但是投资与成本高、运行维护困难、安全风险大等问题也是现阶段限制其广泛应用的关键因素[2]。由于出水提升、除臭通风等因素，地下式污水处理厂运行期间耗电量比较大，运行费用较高，严重影响污水处理厂的正常运转，在污水处理厂设计中需要引起足够的重视。
1 工程实例
为满足城市发展的需要，我国中部地区某城市拟新建一座污水处理厂。考虑到人口入住规模，近期污水处理厂处理规模定为10万m3/d，项目设计进水水质参照收水范围较为相近的另一家污水处理站。为满足国家对水环境质量越来越高的要求，出水水质设计为地表Ⅲ类水水质（氨氮除外）。设计进出水水质指标具体情况如表1所示。
根据本工程进出水水质要求和处理规模，经多种污水处理工艺分析，从技术、经济、节能等角度比较，最终确定新建污水厂生物处理采用“五段式巴颠甫工艺（加填料）”，深度处理采用“加砂高效沉淀池+中间提升泵房+活性焦吸附池+V型滤池”工艺，消毒用次氯酸钠消毒工艺。污泥处理采用离心浓缩+板框脱水工艺，污泥经板框脱水后运送至污泥处理厂进行堆肥干化处理。
本工程为地下式污水处理厂，地下共两层。粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、精细格栅、生物池、二沉池及污泥回流泵站、高效沉淀池、V型滤池、接触消毒池、出水泵站、变配电间、回用水泵站和消防水泵站布置于地下二层，鼓风机房、生物除臭间、通风间、加药间等布置于地下一层，活性焦吸附池及活性焦房布置于地下一层和二层，综合楼、污泥脱水机房等布置于地上。项目平面布置图如图1所示。
该项目主要消耗的能源为电力、柴油、汽油、自来水、液化气，经核算，项目年综合能源消费量当量折标为2 707.23tce，等价折标6 696.31tce，其中年消耗电力2 120.73万kW·h。
该项目用能工序分为污水一级处理、污水二级处理、污水深度处理、污泥处理、辅助及附属生产系统、变压器及电路损耗。其中，污水一级处理部分耗电230.48万kW·h，污水二级处理部分耗电842.11万kW·h，污水深度处理部分耗电695.27万kW·h，污泥处理部分耗电274.43万kW·h，辅助及附属系统部分耗电36.85万kW·h，变压器及电路损耗部分耗电41.58kW·h。各工序电力消耗情况如表2所示。
项目二级处理单位电耗为0.231kW·h/m3，处理每千克BOD5电耗为1.499kW·h/kg，均符合《城市污水处理厂工程项目建设标准》（2001年修订）中的能耗限额标准。项目单位污水处理电耗为0.484kW·h/m3，与同类工程相比，能耗在合理范围。
2 项目主要采用的节能措施
2.1 合理选择建厂地点
该污水处理厂拟选地址临近市内某河流，便于处理后的污水就近排入水体。选址地点距变电站较近，供电方便可靠。污泥脱水机房旁的厂区出入口靠近主路，交通方便，便于污泥的运输和处置。选址地势较低，部分收水区域污水可自流至污水厂。选址距居住区较远，对环境影响较小。
2.2 平面布置设计良好
项目总平面布置紧凑、流程清晰，联系协作条件好。分变配电间位于鼓风机房附近，减少供电损耗。污泥脱水机房临近厂区主干道的出入口，便于污泥运输。厂前区、宿舍及食堂位于厂区另一主道出入口附近，交通便利。构筑物的总平面布置从进水到出水流程较顺，管道规划较为合理，减少了管道工程量及污水动力消耗量。鼓风机房临近生化处理池，加药间临近加砂沉淀池，减少物料损耗，有利于减少项目投资及污水电耗。地下污水处理工艺整体工艺流程顺畅，避免管线的迂回并减少水头损失。污水处理主要构筑物布置紧凑，有利于污水处理厂的生产管理，实现管理节能。
2.3 合理选择处理工艺
项目粗格栅选用回转式固液分离机，细格栅选择内进流网板格栅机，按时间顺序控制，周期运行，同时根据格栅前后液位差，由PLC自动控制。虽然选择的曝气沉砂池耗能较高，但是其沉砂效果、除油和浮渣效果更好，可以满足污水处理需求。
本污水处理厂出水水质要求较高，需采用脱氮除磷效率高的工艺。经过多方比较，项目选用五段式巴颠甫（加填料）工艺，该工艺在典型生物池基础上，增加了外加碳源缺氧段和好氧段。外加碳源缺氧段利用外加碳源在此段完成剩余硝态氮的反硝化，好氧段主要用于去除反硝化过程产生并附着于活性污泥絮体上的“氮沫”[3]，改善泥水混合液的沉降性能，这样可有效防止外加碳源过量投加造成COD和BOD5升高，以确保出水水质稳定达标，而且具有一定浓度的溶解氧，便于其再生利用。该工艺在反硝化过程中可回收硝化反应所需碱度数量的50%、所需氧量的42%[4]，吨水电耗比氧化沟工艺低15%～20%。
结合本工程用地情况、进出水水质要求，并考虑二次提升，本次工程深度处理工艺选择“加砂高效沉淀池+中间提升泵房+活性焦吸附池+V型滤池”。该污水处理厂一期工程采用全地下建设模式，出水水质严格，宜选用占地面积小、处理效率高的工艺，因此化学除磷工艺采用加砂高效沉淀池。加砂高效沉淀池不仅能去除TP，还能有效降低污水中SS、COD等含量。活性焦技术属于最经济有效的低能耗、无污染的绿色水处理技术，投资少、见效快。特别是在市政污水深度处理方面，该技术在脱色和去除COD上有非常大的优势，还不受气温影响，进水波动受影响小，抗冲击能力强。V型滤池在水处理上应用广泛，具有节省仪表和闸门、可实现恒水位等速过滤等多项优点。
本工程规模较大，臭气处理目标较高，同时，污水厂采用地下式，运营管理人员处于封闭的厂区环境，为了降低整体除臭风量，整个生化系统采用全过程除臭，即在生物池、好氧池安装微生物培养箱，并将部分污泥回流至预处理前段。
此外，粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、精细格栅及生物池厌缺氧段等区域的臭气浓度较高，因此选择生物除臭滤池;生物池好氧段臭气浓度较低，并且处理风量较大，考虑到景观效果，其选择土壤除臭滤池;脱水机房臭气浓度较高，并且位于地面上，考虑到景观效果、臭气去除效果等因素，其采用生物除臭滤池+土壤滤池串联工艺。
2.4 合理选择耗能设备
本工程选用的设备均为技术先进、高效节能的产品，能够经济运行。项目采用双回路供电，选用SCB11系列变压器，减少变配电中间环节，提高供电安全，减少电耗。项目污水排放管道采用水力条件好的管材，合理选用阀门、流量计和附件，减少水头损失，降低能耗。项目中应用的潜水排污泵耗能较大，项目通过优化设计、变频处理等多项措施优化选型。与生化池配套的鼓风机选用磁悬浮鼓风机，采用磁悬浮轴承，没有接触损失和机械损失，实现了高转速无极变转速调节[5]，使得风机运行效率较高，节约运行能耗。项目除臭选用离心鼓风机，该设备以提高转速来达到所需风压，较多级风机流道短，减少了多级间的流道损失，设备效率较高，选型合理。
2.5 采用智能化控制
項目自动控制系统采用目前国内外污水处理工程广泛应用并取得良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的集散型控制系统以及监控和数据采集（SCADA）系统。本工程供生化池曝气用的鼓风机采用离心风机，并设置变频调速装置控制来控制鼓风机的流量[6]，以达到节能效果。变频器主要以曝气池中污泥混和液的DO值作为控制参数进行调节，达到精准调节曝气量的目的。生物处理系统增加精确曝气系统，可节能约10%[7]。
2.6 附属设施节能分析
严格控制地上建筑办公楼及餐厅等公共建筑体型系数和进风侧的窗墙比，以兼顾自然通风采光和日射得热的控制，达到节能效果。综合楼、职工宿舍和食堂的朝向与布置尽量利用自然光，有利于减少照明电耗。污水厂内设置厂内回用水泵3台（2用1备），用于设备清洗、药剂配置、道路和绿化浇洒等，回用污水厂出水，节约新鲜水。
2.7 可再生能源的利用
项目所处地太阳能资源较为丰富，可以考虑利用太阳能资源。项目拟在综合楼和厂内路灯设置太阳能板，进行太阳能利用。
3 结论
随着城市化的发展，地下空间的利用越来越得到重视，地下式污水处理厂已经成为一种趋势。但是，运行高能耗成为制约地下式污水处理厂发展的重要因素，节能问题需要在地下式污水处理厂的设计中得到重视。该污水处理在设计阶段通过新工艺、新技术、新方法的运用，在保证污水处理达到要求的前提下减少各方面的能耗。本工程运用的节能措施在设计污水处理中应用普遍，对地下式污水处理厂的节能设计有一定的借鉴意义。
参考文献：
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