摘要：随着工业化及城镇化的发展，污水排放量规模不断扩大、污染程度不断加重，对生态环境及经济可持续发展造成了恶劣影响。污水处理厂作为基础性设施，发挥着重要作用，是调节人与自然之间矛盾的重要机制。基于2007年至2017年间我国污水处理厂运行数据，分析相关影响要素，提出效率改进建议。从企业组织角度出发，探讨如何最大程度减排、如何减少能耗。
关键词：污水处理厂；减排效率；节能环保；影响因素
引言：截至2018年6月底，全国设市城市、县（以下简称城镇，不含其它建制镇）累计建成污水处理厂3802座，污水处理能力达1.61亿立方米/日。全国设市城市建成运行污水处理厂共计2149座，形成污水处理能力1.32亿立方米/日。基于此背景，积极探索此课题，提出污水处理厂运行电气节能的方法，有着重要的意义。
1.污水处理厂节能新模式分析
从污水处理厂的产业特征来说，其为能源密集高耗能产业，能源消耗费用占据运营维护成本的30-80%，具有能源消耗大和运行成本高等特点，影响着污水处理厂的持续发展。其中，电耗费用占比比较大，解决电能消耗已经成为了企业研究的重点。若能够减少电能消耗，对企业来说能够实现降本增效，实现节能减排目标，推动企业持续化发展。从最新的研究和实践来说，探索应用的光伏+污水处理厂模式，通过推广应用清洁电能，为污水处理厂解决电耗问题，提供了有力的支持。模式的应用优势，主要是通过建设光伏电站，利用其发电，为污水处理厂提供所需的电量。目前来说，该模式的应用获得了初步成效，验证了其推广应用的价值。
2.我国污水处理厂节能环保综述
2007年至2017年间我国城镇区域内污水处理效率从34.3%提升到了93.0%。值得注意的是，我国单日污水处理量也从0.4亿t增长到1.6亿t、增长幅度高达240.4%（见图1），这表明随着我国生态文明发展，污水处理产业逐渐从“粗放增长”转型为“提质增效”。就目前技术、工艺而言，为有效分解、降低、转化污水中的有害物质，需要大量能源、材料、设备等作为支撑，因此“节能环保”是污水处理厂运营有效性的重要评价标准。回顾2007年至2017年间我国污水处理厂及处理能力的增长数据，不难判断出整个社会在污水处理方面付出的巨大代价。对比而言，发达国家在污水排放和处理过程中，形成了相对完善的监管、辅助模式，可以有效降低污水处理的成本。而我国作为全球最大的发展中国家，污水处理基本上是作为“唯一及最后一道防线”,污水排放及污水处理的不对称性，会不断扩大生态保护需求及污水治理供给的差距，亟待寻求更有效的减排方式。综合国内外有关污水处理厂节能环保的研究成果分析，在“研究方法”上侧重于大数据支持或长周期观察，如较为典型的“关键指标评价法”和“生命周期法”。然而，由于历史原因，我国现代化工业发展过程中并未形成科学的配套体系，污水处理行业整体上起步较晚、数据较为匮乏，更适合采用数据包络分析方法（DEA），为确保研究数据连续性，筛选2007年至2017共10年间国家环保部（生态环境部）统计监测的5157座污水处理厂运行数据进行分析。
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图1我国污水处理厂及单日处理能力
3.污水处理厂节能环保影响因素分析
3.1污水处理规模对节能环保的影响
根据数据显示，2017年国内共计4437座运行中的污水处理厂，每日处理规模存在很大差距，最低0.2万t，最高220万t，平均计算下每座污水处理厂单日处理量为3.35万t。按照均值标准，将每日污水处理量划分为6个等级（小于0.5万t，0.5万～1.0万t、1.0万～2.0万t、2.0万～5.0万t、5.0万～10.0万t、大于10万t），可获得样本在不同规模标准上的重新划分。其中介于2.0万～5.0万t的数量最多，约占60%；整体上小于5.0万t的污水处理厂数量高达80%。按照减排率均值计算，污水处理厂每日处理的规模预期保持正相关，这说明大型污水处理厂虽然电耗较大，但每吨水电耗量要小于小型污水处理厂。很显然，当前我国大量建设5.0万t以下的污水处理厂是不可取的，应提高空间整合度、产业整合度、城乡整合度，为大型污水处理厂效率进一步提升奠定基础。
3.2污水处理工艺对节能环保的影响
对比而言，“十三五”期间我国污水处理厂工艺类型变化要明显大于“十二五”，但增速放缓，其中发展较快的主要包括A2/O、氧化沟、SBR等，以2017年统计数据。在4437个污水处理厂样本中，使用A2/O工艺的占23.7%，使用氧化沟工艺的占28.1%，使用SBR工艺的占17%，此外排名较靠前的包括传统活性炭改良工艺、生化滤池工艺、AO工艺等。先进技术带来的影响是很明显的，在2017年引入新技术（单中或多种）的污水处理厂减排效率均值统计为：A2/O为0.391、氧化沟为0.386、SBR为0.385。当然同一时期，随着技术水平的提升、电耗均值也在增加。对比来看，在技术优势及电耗水平的协调、平衡上，中小型污水处理厂比较适合采用SBR工艺，而大型污水处理厂利用A2/O工艺具有明显优势。
3.3污染物浓度对节能环保的影响
污水处理厂的主要功能是实现污水无害排放，因此进入污水处理厂的水源中污水浓度是一个直接影响要素。以化学含氧量（COD）为例，2017年我国污水处理厂处理污水中COD浓度介于150～250mg/L之间，这一比例高达60%。另外大约6%左右的污水处理厂污水COD浓度小于100mg/L，其余较高浓度的为15%左右（400mg/L）。从数据分布判断，最高值、最低值在两端，中间值所占比例较高，整体上呈现出“倒U”的形态。显而易见，COD浓度越高，每吨水处理电耗就越高，同时随着COD去除率提升，增速会放缓，减排率同样会呈现出“倒U”的形态
4.污水处理厂节能环保策略探讨
事实上，有关污水处理“节能减排”的认识问题，并非长期处于一个静止状态。国内外学者基于工业化发展、城市化进程带来的新变化，不断完善污水处理厂在节约能源、保护环境方面的干预体系。早期，研究重点主要放在“水质”层面，进入21世纪以来，研究重点转移到“工艺技术”方面，例如前文中提出的影响因素中污染物浓度、处理工艺。然而，在此基础上形成的策略具有明显的被动性。污水处理是一个社会性问题，节能环保关系到可持续发展需要，因此在策略制定上，要积极地将市场、企业、政府纳入监管主体范畴。污水处理厂节能环保监管主体关系如图2所示。
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图2污水处理厂节能环保监管主体关系
结束语
综上所述，污水处理厂节能降耗运行策略要从整体着手实现总体节能，要深入细节以实现各个单元都节能降耗，要以工艺优化升级为主要手段，要在设备选择上下功夫寻求最高性价比，要通过回用水利用来降低水耗，要综合利用能源实现污水处理全程节能降耗且开发燃气资源。总之，节能降耗要贯穿于污水处理的各个环节，在能耗降低问题上要从技术、设备、资源转化、自我净化污水自我使用等多个维度来共同开展。
参考文献:
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[2]臧超.江西典型工艺城市污水厂能耗分析及节能措施研究[D].南昌大学，2015
[3]林先添.污水处理厂电气设计和节能措施分析[J].企业技术开发,2017,36(05):60-62.
论文作者:魏献月
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
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