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城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)在提質(zhì)增效過程中如何節(jié)能減排,?
來源:給水排水 | 作者:趙曄等 | 發(fā)布時(shí)間: 2019-01-19 | 2515 次瀏覽 | 分享到:
污水處理廠電費(fèi)約占日常運(yùn)行費(fèi)的40%,近年來,,許多地方大力推進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造,,進(jìn)一步增加了電耗,,提高日常運(yùn)行費(fèi)用,。分析了近10年城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行數(shù)據(jù),基于產(chǎn)污系數(shù)法測算了城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)到地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)和改善污水收集管網(wǎng)兩種情形下削減BOD及新增能耗,。結(jié)果顯示,,若將全國城鎮(zhèn)污水處理廠全部提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類,可新增BOD削減7.75萬t/年,同時(shí)新增能耗202 100萬kW·h/年,;若將全國污水管網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)改善,可新增BOD削減量306萬t/年,,同時(shí)新增能耗245 170萬kW·h/年,,通過提高進(jìn)水濃度新增的BOD削減量,其單位能耗僅為目前單位BOD消減所需能耗的約1/2,,節(jié)能效果顯著,。
1、研究背景

截至2010年底我國污水污泥處理產(chǎn)生的能耗已達(dá)到全國總能耗的1%,。近年來,,隨著人民群眾對美好生活環(huán)境的需求增加,我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模不斷增加,,目前處理能力已由2010年的1.2億m3/d提升到2億m3/d,,《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確要求要因地制宜對現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施進(jìn)行改造,2020年底前達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利用要求,,現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)也啟動(dòng)了修訂計(jì)劃,,擬在一級A標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對部分指標(biāo)再做提升。北京市是較早一批提出污水處理廠提標(biāo)改造的城市,,2013年北京市制定了加快污水處理和再生水利用設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)方案(2013~2015),,2016年又提出了第二個(gè)三年行動(dòng)方案,提出結(jié)合管網(wǎng)建設(shè),,開展污水處理提標(biāo)改造,,推進(jìn)河道黑臭水體整治。污水處理廠出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的提升等一系列工作將直接提高污水處理能耗,。污水處理廠能耗的90%主要用于曝氣,、污水推流等生化處理,污水提升和污泥處理等,。此前,,也有較多關(guān)于污水處理廠節(jié)能降耗方面的研究,但大都側(cè)重于污水處理廠內(nèi),,本文從城鎮(zhèn)生活污水收集管網(wǎng)提質(zhì)增效出發(fā),,從污水收集處理系統(tǒng)分析其對電耗的影響,并由此探討污水處理費(fèi)制定標(biāo)準(zhǔn)。

2,、研究對象和方法

結(jié)合全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)及公開發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn),,對近10年城市(不含縣城)城鎮(zhèn)污水處理廠能耗進(jìn)行分析,估算不同工藝,、排放標(biāo)準(zhǔn),、處理規(guī)模,進(jìn)水濃度對處理能耗的影響,,進(jìn)而提出在以綠色,、可持續(xù)發(fā)展為理念的城市水環(huán)境提升過程中,污水收集處理所需要關(guān)注的內(nèi)容,。

2.1 影響污水處理廠能耗分析

根據(jù)全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù),,剔除沒有標(biāo)明處理工藝、進(jìn)水量不穩(wěn)定以及規(guī)模小于1萬m3/d的污水處理廠進(jìn)行了梳理(以下簡稱“規(guī)模以上”),。經(jīng)分析,,從2008~2017年,不同生物處理工藝,、規(guī)模的污水處理廠數(shù)量情況如表1所示,。

提升污水處理廠進(jìn)水BOD濃度,在同等曝氣強(qiáng)度下BOD負(fù)荷將提高,,在保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下,,處理單位BOD能耗會(huì)有所下降。本文對2017年地級城市的1 548座污水處理廠運(yùn)行情況進(jìn)行比較,,按照出水水質(zhì)情況,,結(jié)合網(wǎng)上公開的信息,對污水處理廠出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正,,分析不同出水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),、進(jìn)水濃度對能耗的影響。由于BOD更能反映生活污水實(shí)際情況,,因此本文以BOD濃度作為主要水質(zhì)參數(shù),,計(jì)算出不同進(jìn)水BOD濃度(每10 mg/L為一檔)噸水能耗,分析進(jìn)水濃度和噸水能耗的關(guān)系,,以此計(jì)算每座城鎮(zhèn)污水處理廠(對應(yīng)城市理論污水BOD濃度)能耗增加量,,見表2、圖1,。
2.2 城鎮(zhèn)污水處理廠體標(biāo)改造能耗分析

新增BOD消減能力理論值=(目前排放濃度-改造后排放濃度)×城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模(1)


新增能耗估算=(改造后預(yù)估噸水能耗-目前噸水能耗)×城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模(2)


2.3 以管網(wǎng)為核心的污水處理系統(tǒng)提質(zhì)增效對能耗的影響

參照《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》,,計(jì)算出每個(gè)城市產(chǎn)生的生活污水BOD濃度,并考慮在污水管網(wǎng)輸送過程中10%的降解,,以此為基礎(chǔ),,將每座污水處理廠按照實(shí)際處理水量加權(quán)平均后,作為該省份的理論進(jìn)水濃度。

 

按照進(jìn)水BOD濃度與噸水能耗的關(guān)系方程,,推算出每座污水處理廠進(jìn)水新增能耗,,對于進(jìn)水BOD不小于理論值的,不計(jì)算新增能耗,。計(jì)算見式(3):


城鎮(zhèn)污水處理廠新增能耗估算=0.000 8×(理論進(jìn)水BOD濃度-目前進(jìn)水BOD濃度)(3)


3,、結(jié)果分析

3.1 城鎮(zhèn)污水處理廠能耗分析

近幾年污水處理廠出水水質(zhì)要求越來越高,從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,,2008年到2017年污水處理廠年均噸水耗電量從0.24 kW·h/m3上升到了2017年的近0.3 kW·h/m3,,且主要是從2013年開始出現(xiàn)較為明顯的上漲趨勢。從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來看,,隨著噸水耗能的提升,,噸水COD的削減未能提高,反而有不斷下降的趨勢,,從2008年的0.28 kg/m3下降到2017年的0.26 kg/m3。這些新增的能耗一方面用于AAO新增的消毒,、污泥消化等耗能環(huán)節(jié),,另一方面用于城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造后,出水水質(zhì)提升,。而噸水COD削減量降低,,主要是由于近年來地方環(huán)境督查壓力大,很多地方沿河截污等措施把河水等一起截進(jìn)污水處理廠,,另一方面管網(wǎng)質(zhì)量差,,特別是地下水位高的地區(qū),地下水?dāng)D占管網(wǎng),,導(dǎo)致污水處理廠清湯寡水,,同時(shí),近年來部分地區(qū)將工業(yè)廢水逐漸從城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)中撥離出來,,部分城鎮(zhèn)污水處理廠的進(jìn)水COD濃度會(huì)減少,。

 

經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn),處理量小于5萬m3/d的小規(guī)模污水處理廠,,其噸水能耗明顯高于5萬m3/d的中,、大規(guī)模污水處理廠,這與此前的研究結(jié)果基本一致,。但是,,小型污水處理廠與中大型污水處理廠的噸水能耗差是在逐漸縮小,特別是在2012~2015年中大型城鎮(zhèn)污水處理廠能耗增加量要明顯快于小型污水處理廠,。對于中大型城鎮(zhèn)污水處理廠是監(jiān)管的重點(diǎn),,也是最先進(jìn)行提標(biāo)改造的對象,出水水質(zhì)都有更高的要求,單位污水處理能耗也會(huì)隨之提高,。同時(shí)隨著城鎮(zhèn)污水處理廠相關(guān)技術(shù)的成熟,,小型污水處理廠單位能耗基數(shù)大,節(jié)能效果會(huì)比較明顯,,見圖2,。


而對于不同工藝來看(圖3、圖4),,從2009~2017年,,SBR工藝的噸水能耗相對較低,但是規(guī)模多為中小型,;其次為AAO工藝,,占現(xiàn)運(yùn)行城鎮(zhèn)污水處理廠的近1/3,也是很多大型污水處理廠較為常用的工藝,,不同規(guī)模單位能耗差異也較大,。對比2009年及2013年的數(shù)來看,AAO,、氧化溝,、SBR等傳統(tǒng)工藝,不同規(guī)模污水處理廠之間噸水能耗也明顯縮減?,F(xiàn)階段,,很多污水處理廠提標(biāo)改造,原有的工藝經(jīng)過提標(biāo)改造后很多都結(jié)合了MBR等新工藝,,如北京的肖家河污水處理廠,,由原來的AAO工藝,轉(zhuǎn)變?yōu)锳AO+MBR的模式,,出水水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類,。

3.2 不同出水標(biāo)準(zhǔn)對能耗的影響分析
依據(jù)表3估算結(jié)果,若污水處理廠全面提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類,,新增能耗需20.1億kW·h/年,,較現(xiàn)用電量增加24%,而BOD削減量僅增加1%,。

如表4所示,,改造污水管網(wǎng)提高進(jìn)水濃度,污水處理廠新增BOD消減量306萬t/年,,較現(xiàn)有處理量提升60%,;新增能耗約24.5億kW·h/年,較現(xiàn)用電量增加29%,,其單位BOD消減量所用能耗約為現(xiàn)在的1/2,。從表4數(shù)據(jù)來看,,南方城市,進(jìn)行管網(wǎng)進(jìn)行改造后,,對BOD進(jìn)水濃度的提升效果更因?yàn)轱@著,。而北京、內(nèi)蒙,、甘肅,、新疆等省市,平均BOD進(jìn)水濃度基本接近理論值,,僅個(gè)別污水處理廠進(jìn)水濃度還需進(jìn)一步提升,。


4、討論

4.1 廠網(wǎng)一體的運(yùn)營模式對污水收集處理的能效分析
2010年以來,,北京實(shí)行廠網(wǎng)一體化運(yùn)營管理模式,,通過實(shí)行廠網(wǎng)一體的模式,激發(fā)運(yùn)營單位做好管網(wǎng)的日常維護(hù),,從而有效控制污水外滲,,清水滲入管內(nèi),從而提升污水收集處理效能,。選取了北京市5座從2008~2017年數(shù)據(jù)相對完整,,且已實(shí)行廠網(wǎng)一體運(yùn)行的污水處理廠進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)這些污水處理廠的進(jìn)水濃度相較為實(shí)現(xiàn)廠網(wǎng)一體運(yùn)營的污水處理廠,,其進(jìn)水水質(zhì)及水量相對更為穩(wěn)定,且BOD濃度也與理論值基本相符(見圖5),。同時(shí),,這種廠網(wǎng)一體的運(yùn)營模式,在雨天通過合理調(diào)度,,還能有效應(yīng)對汛期因排水不暢而形成城市內(nèi)澇等問題,。實(shí)現(xiàn)“水質(zhì)保障、水量均衡,、水位預(yù)調(diào)”的系統(tǒng)化運(yùn)營,,從而進(jìn)一步有效利用管網(wǎng),還能減少雨天對污水處理廠的沖擊,。


4.2 污水處理運(yùn)營成本分析
污水管網(wǎng)改造及日常運(yùn)營費(fèi)用分析見表5,。在不新增管網(wǎng)、不新建污水廠的前提下,,若將現(xiàn)有城市污水處理廠均提標(biāo)到,,一級A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,按照平均運(yùn)營成本是1.50 元/m3計(jì)算,,加上改造已有管線折合噸水費(fèi)用為0.22元/m3(按照30年使用壽命折算)以及每年管網(wǎng)維護(hù)費(fèi)用0.15元/m3,,污水處理費(fèi)用將達(dá)到1.87元/m3,。若加上管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用,噸水運(yùn)營成本將再增加1.24~1.64元/m3,。對于一些執(zhí)行更高標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠(準(zhǔn)Ⅳ類),,提標(biāo)改造費(fèi)用折合后噸水處理費(fèi)用增加0.05元/m3(按照500元/m3改造費(fèi)用,使用壽命30年折算),,噸水能耗將增加10%,,按照1元/(kW·h)計(jì)算,同時(shí),,能耗占污水處理廠日常運(yùn)行費(fèi)用的40%,,相應(yīng)折算日常運(yùn)行費(fèi)用至少增加0.12元/m3,執(zhí)行準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠運(yùn)營費(fèi)用至少為2.04元/m3(不包含管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用),。

2015 年,,發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于制定和調(diào)整污水處理收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)問題的通知(發(fā)改委2015)》)中規(guī)定我國污水處理費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)將上調(diào)至2016年底居民價(jià)格應(yīng)不低于0.95元/m3,非居民價(jià)格應(yīng)不低于1.4 元/m3,。北京市2018年出臺(tái)了《污水處理費(fèi)征收使用管理辦法》,,明確將用于污水管網(wǎng)、污水處理設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行以及污泥處理處置,,目前北京市的污水處理費(fèi)為1.7元/m3,,遠(yuǎn)高于全國平均水平。按照現(xiàn)行污水處理費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn),,很多污水處理費(fèi)是難以覆蓋整個(gè)污水收集處理系統(tǒng)運(yùn)營費(fèi)用的,,污水處理廠的運(yùn)行仍需要依靠政府補(bǔ)貼。

5,、對策和建議

(1)從源頭削減污染物,。應(yīng)運(yùn)用海綿城市理念,對建筑小區(qū),、道路,、廣場綜合采用“滲、滯,、蓄,、凈、用,、排”等進(jìn)行改造,,從源頭上盡可能的消納地表徑流,減少污染物進(jìn)入水體造成水體水質(zhì)惡化,;進(jìn)行消峰,、錯(cuò)峰,減少排水管網(wǎng)的負(fù)荷及對污水處理廠的沖擊,。

 

(2)加快以管網(wǎng)改造,,推進(jìn)廠網(wǎng)一體化,。管網(wǎng)的收集水平對整個(gè)污水處理系統(tǒng)起著核心的作用,特別是對于南方河網(wǎng),、地下水位較高,、豐水的地區(qū),要加強(qiáng)對現(xiàn)有管網(wǎng)的改造,,防止清水進(jìn)入污水管網(wǎng),。同時(shí)可以通過推進(jìn)廠網(wǎng)一體的運(yùn)營模式,加快建立起管網(wǎng)的日常運(yùn)維機(jī)制,,保障管網(wǎng)能高效運(yùn)行,。

 

(3)合理調(diào)整污水處理費(fèi)。從本文分析來看,,若采用廠網(wǎng)一體的模式,,一方面有效提高污水處理廠進(jìn)水濃度,另一方面能較好的調(diào)度污水,、雨水,,實(shí)現(xiàn)污水處理廠效能提升,在提升水環(huán)境質(zhì)量和節(jié)能減排都能起到關(guān)鍵性作用,,而管網(wǎng)修建,、管理的費(fèi)用是整個(gè)污水體制增效的重要部分,因此,,需建立與之相適應(yīng)的污水處理費(fèi)征收體系,,逐步提高生活污水處理費(fèi),應(yīng)補(bǔ)償?shù)秸_\(yùn)營并合理盈利,,進(jìn)而推進(jìn)廠網(wǎng)一體化運(yùn)作模式,。