抚顺城市污水处理厂工艺优化与节能降耗研究

　　随着我国城市化进程的加快，城市污水排放量持续增长，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，其运行能耗问题日益突出。据统计，污水处理行业能耗约占城市总能耗的1%～3%，其中曝气系统、提升泵站和污泥处理环节是主要耗能单元。本文以典型城市污水处理厂为研究对象，结合A²/O、改良A²/O等主流工艺，分析其运行过程中的能耗构成与存在问题，提出从工艺优化、设备升级、智能控制和能源回收四个方面实施节能降耗的技术路径。通过实际工程案例验证，优化后系统能耗降低15%以上，出水水质稳定达标，具有良好的环境与经济效益，为城市污水处理厂的绿色低碳运行提供技术参考。

　　关键词：污水处理厂;工艺优化;节能降耗;A²/O工艺;智能控制;能源回收

　　1. 引言

　　近年来，我国城镇污水处理能力显著提升，截至2024年，全国城镇污水处理厂已超过6000座，日处理能力超2.8亿吨。然而，在实现“双碳”目标背景下，污水处理厂的高能耗问题成为制约其可持续发展的关键因素。据住建部统计，污水处理厂单位电耗普遍在0.3～0.5 kWh/m³之间，部分老旧设施甚至更高。

　　因此，如何在保障出水水质稳定达标的前提下，实现污水处理过程的节能降耗，已成为当前水务行业亟需解决的重要课题。本文从工艺选择、运行管理、设备能效和系统集成等角度，探讨城市污水处理厂节能降耗的优化路径，并结合工程实践验证其可行性。

　　2. 污水处理厂能耗构成分析

　　以典型A²/O工艺为例，污水处理厂的能耗主要分布在以下几个环节：

　　耗能环节 占总能耗比例(%) 主要设备

　　污水提升 10%～15% 提升泵、潜水泵

　　生物处理 40%～60% 曝气系统(鼓风机、曝气器)

　　污泥处理 20%～30% 污泥脱水机、消化池加热系统

　　加药与回流 5%～10% 内回流泵、加药泵

　　其他辅助系统 5%～10% 照明、通风、控制系统

　　其中，曝气系统是能耗最高的环节，主要由于传统控制方式粗放，存在“过度曝气”现象，导致氧气利用率低、电能浪费严重。

　　3. 工艺优化策略

　　3.1 优化生物处理工艺参数

　　针对A²/O系统，通过调整污泥回流比(R)、混合液回流比(Rr)和污泥龄(SRT)，可显著提升脱氮除磷效率并降低能耗。研究表明：

　　将污泥回流比由100%优化至60%～80%，可减少内回流泵能耗10%以上;

　　采用分段进水或多点进水方式，提高碳源利用率，减少外加碳源需求;

　　优化溶解氧(DO)控制策略，将好氧区DO由2.5 mg/L降至1.5～2.0 mg/L，在保证硝化效果的同时降低曝气量。

　　3.2 推广低能耗高效工艺

　　在新建或改扩建项目中，优先选用节能型工艺，如：

　　MBR(膜生物反应器)：污泥浓度高、占地小、出水水质优，虽膜清洗能耗较高，但整体运行稳定;

　　MBBR(移动床生物膜反应器)：生物膜法传氧效率高，抗冲击负荷强，适合提标改造;

　　SBR及其变型工艺：时间序列控制灵活，节省回流系统能耗。

　　4. 节能降耗关键技术措施

　　4.1 高效曝气系统改造

　　采用高效微孔曝气器，提高氧转移效率(SOTE)，降低单位供氧电耗;

　　配置变频鼓风机，根据实际DO需求动态调节风量，避免恒定供气;

　　引入DO在线监测+PLC反馈控制系统，实现精准曝气，减少过度供氧。

　　4.2 提升泵站节能优化

　　采用变频调速水泵，根据来水量自动调节运行频率;

　　优化泵组配置，避免“大马拉小车”现象;

　　实施智能液位控制，减少无效启停。

　　4.3 污泥处理环节节能

　　推广高效浓缩脱水一体化设备(如叠螺机、高压板框机)，降低脱水能耗;

　　对具备条件的厂站建设厌氧消化系统，实现污泥产沼气并用于发电或供热，形成能源自给。

　　4.4 智能化运行管理

　　构建智慧水务平台，集成SCADA系统、大数据分析与AI算法，实现：

　　关键参数(DO、MLSS、ORP等)实时监控与预警;

　　运行工况自动优化建议;

　　能耗数据可视化分析，辅助决策。

　　5. 工程应用案例

　　以某城市污水处理厂二期工程(设计规模10万m³/d，采用改良A²/O工艺)为例，实施节能改造前后对比：

　　指标 改造前 改造后 降幅

　　单位电耗(kWh/m³) 0.42 0.35 ↓16.7%

　　出水COD(mg/L) <50 <40 更稳定

　　DO控制精度 ±0.8 mg/L ±0.3 mg/L 显著提升

　　年节电量 — 约252万kWh 减排CO₂约2100吨

　　改造措施包括：更换高效曝气器、加装变频鼓风机、实施DO反馈控制、升级智能监控系统等，总投资约1200万元，投资回收期约4.8年。

　　6. 结论与展望

　　城市污水处理厂的节能降耗是一项系统工程，需从工艺优化、设备升级、智能控制和能源回收多维度协同推进。本文研究表明：

　　通过优化A²/O等主流工艺运行参数，可显著提升处理效率并降低能耗;

　　高效曝气、变频控制、智能管理等技术的应用，是实现节能的关键;

　　　未来，随着低碳技术、人工智能和能源回收技术的发展，污水处理厂将逐步向“能源自给型”“资源回收型”转变。建议在政策引导、标准制定和技术创新方面加大支持力度，推动污水处理行业绿色高质量发展。