污水處理就像是一個無底洞，一個“吸金”能力無比之強的無底洞。

以我們廠為例，日常費用支出項目又多又雜，包括但不限于：污泥費，藥劑費，電費，設施、設備維修改造及保養費，水質監測費、人工費等等.....

污水廠2022年度運行成本組成分析表

值得一提的是，我國污水平均處理費大概只有污水處理成本的70～80%，遠不足以支付城鎮污水處理廠運行和建設的全部成本。

再加上處理規模和標準不斷提升，很多污水處理單位都面臨著成本壓力增大、利潤空間壓縮的難題。如何加大成本費用管控力度、壓降成本費用成了絕大多數污水廠亟待解決的問題。

從上表可以看出，我們廠的污泥處置費、藥劑費、電費分別占據2022年度運行總成本的22.72%、16.83%、19.08%。

因此，為了降低運行成本，廠長決定從污泥處置費、藥劑費、電費等主要成本入手，制定相應控制措施，以達到污水廠的最佳經濟運行效果。

一、如何有效減少污泥產量（降低污泥處置成本）

提到降低污泥處置成本，廠長最先想到的就是如何減少剩余污泥的產出。

眾所周知，污泥減少速率與有活力的細胞數量成正比。因此，促進細菌死亡和分解、提高反應器中的污泥濃度，都有利于污泥產量的減少。

1、臭氧接觸，改變微生物的生存環境

從事污水處理的朋友估計都曾利用改變水溫、pH、外加氧化劑的方法使處理系統的生物環境發生變化達到減少污泥量的目的。

當然，通過污泥與臭氧接觸來促使細胞溶解，也能達到了類似的效果。

臭氧是極活潑的氧化劑，溶于水后的臭氧氧化能力更強，臭氧對水中的化合物可以產生直接或間接的氧化作用，2種反應同時進行。

在臭氧化的環境中，微生物的細胞壁、細胞膜首先受損而導致細胞新陳代謝受阻，臭氧進而穿透細胞膜，影響細胞通透性，最終細胞溶解、死亡。

同時，污泥中不易水解的大分子類物質被臭氧氧化分解成可被微生物降解的可溶性的小分子物質。污泥經過臭氧處理后回流到曝氣池中，為微生物代謝分解，從而降低了污泥產量。

在臭氧溶胞過程的同時，臭氧直接將1/3左右的污泥氧化成CO2、NO3-、H2O等無機物，進而提高污泥減量效果。

值得一提的是，這方法往往存在生產投資大、能耗高、影響因素難以控制等缺點，需額外增加費用。但在某些條件下，這種缺點依然可以彌補，如處理的污水溫度較高、pH偏高或偏低。

2、強化污泥在反應池內的停留

相關實驗表明，在人工合成污水中加入鐵磁粉，并借助磁力強制沉淀。此后運行的30天內，污泥濃度維持恒定，同時沒有剩余污泥產生。

但在大規模污水處理中，使用鐵磁引力輔助沉淀顯示不符合實際。采用漸多的SBR工藝中的靜止沉淀也是一種有效方法。

強化污泥在池中的停留，主要措施是增加污泥濃度MLSS及停留時間。這是目前工程設計上常采用的方法，大大減少污泥產量，并促進污泥中有機污染物被充分降解達到部分穩定（也常常被稱為延時曝氣）。

這需要大量的污泥參與到生化反應中去，因而需要較大的池容去接納這些污泥；另外由于停留時間較長耗氧量增多，所以采用這種工藝存在如何降低土建和曝氣費用的問題。

因此，為減少回流污泥的電耗及提高反應池的實際停留時間應最大限度地提高回流污泥濃度。有部分研究人員認為，將污泥濃縮后再進行回流以改善上述問題。

3、原后生動物捕食代謝

額外的代謝還可以通過高級微生物的捕食來完成，這些高級微生物包括原生動物和后生動物等。

如果把污廢水生物處理過程看作一個小型生態系統，那么原后生動物則處在這個生態系統食物鏈的最頂端（吞噬細菌等微小生物）。

當能量從食物鏈底端進行傳遞，生態系統食物鏈就越長，損失的能量也就越大，進而促進污泥產生量減少。

因此，通過這個原理就可以達到污泥減量的目的。

大量研究、實踐表明，原后生動物捕食污泥減量不僅運行費用低，能耗少，而且幾乎不會產生二次污染，因此該工藝是污泥減量技術中最環保、最綠色的工藝。但原后生動物捕食污泥減量工藝對污水中總氮和總磷的去除效率不佳，因此同步脫氮除磷也必不可少。

4、污泥消化

污泥消化其原理主要依靠好氧或厭氧消化的內源代謝作用。

內源代謝主要是指當外部可利用的基質消耗殆盡時，一部分細胞出現死亡和溶解，其細胞內存儲的有機物被活細胞利用來維持生命的現象。

◎好氧消化是在有氧的條件下，通過細胞的內源代謝作用，將污泥轉化為二氧化碳和水，以實現污泥減量。

◎厭氧消化是在無氧條件下，通過細胞的內源代謝作用，將污泥轉化為甲烷，以實現污泥減量。

一般厭氧消化應用比較普遍。厭氧消化的水解過程非常緩慢，為此需要提高初始階段的污泥水解作用，加快反應進度，需要在厭氧消化前設置預處理工藝來克服。

主要的預處理工藝有：酶水解技術、機械破解、超聲波破解技術、熱解處理、臭氧氧化技術、化學和熱化學水解、強氧化劑氧化技術、電處理技術等。

厭氧消化污泥減量的主要工藝流程為，剩余污泥先經過污泥濃縮池，進行泥水分離濃縮，提升污泥濃度，再經過預處理工藝提高初始階段污泥的水解作用和污泥降解速率，然后再進入厭氧消化池，通過內源代謝作用降低污泥產量，最后經過污泥脫水機脫水，降低污泥含水率。

5、好氧—沉淀—厭氧工藝（OSA工藝）

OSA工藝應用成本較低，工藝簡單，耗能低，無二次污染，適合大型生產。

好氧—沉淀—厭氧（OSA）工藝是在常規活性污泥（CAS）工藝的污泥回流過程中設置一段厭氧處理設施。

使微生物在好氧條件下合成的ATP在底物匱乏的厭氧環境下只能優先用于生命維持，幾乎沒有多余能量用于生物生長。

當污泥再次回流到底物充足的好氧池中，微生物會開始大量的對有機底物進行氧化分解，所生成的能量不會立刻進行細胞物質的合成，而是優先用于合成ATP儲備，從而有效地降低了污泥的增長速率。

OSA 工藝與其他減量技術相比優勢明顯。從工藝改造的方面看，只需在原有工藝的污泥回流過程中插入厭氧池即可，方便管理，且運行成本進一步較低。此外，OSA 工藝具有污泥產量低、無二次污染等特點。

二、如何有效減少碳源投加量（降低藥劑使用成本）

我們廠采用A2/O工藝，污水來源全部為生活污水，在系統運行過程中存在碳源不足的問題。

為提高脫氮效率，保證出水總氮濃度達標，采用甲醇作為外加碳源，投加點位于厭氧段進水口，實際運行證明出水水質能穩定達標，弊端是甲醇藥耗高，運行成本偏高。

經調查研究后，廠長決定從調整碳源投加點與量、以及通過改變內回流流向、內回流比來提高脫氮除磷效果這2個方面入手，降低碳源投加量，減少污水廠運行成本。

1、調整碳源投加點

外加碳源主要保證缺氧段有充足的有機物供反硝化細菌利用，從而提高脫氮效率。基于此，運行人員將甲醇投加點從A2/O池厭氧段進水口調整至缺氧段，并對甲醇用量進行合理調節（當進水濃度以及C/N值低、出水TN值出現上升趨勢時，加大投加量，反之則減少投加量），同時進行相應的工藝調控以滿足生產運行需求，確保出水水質達標。

碳源投加點調整前，甲醇首先在厭氧段消耗一部分，再進入缺氧段進行反硝化；而調整后，甲醇全部用于反硝化，避免了厭氧段對甲醇的消耗，從而使甲醇用量大幅下降。

從結果數據來看，甲醇日均用量減少約45.9%，大大降低了運行成本。同時，甲醇用量減少后，各項水質參數均能達標。

2、改變內回流流向

根據除磷理論可知，要得到較高的除磷率，釋磷必須充分。同時，只有在嚴格的厭氧條件下，聚磷菌才能夠從體內大量釋磷而處于饑餓狀態，為好氧段大量吸磷創造條件。

污水廠的內回流分別進入厭氧段、缺氧段，

◎一方面，部分硝化液回流至厭氧段，使厭氧段DO濃度升高，不利于釋磷，且硝化液對聚磷菌的釋磷具有抑制作用；

◎另一方面，為了保證反硝化的順利進行，必須保證嚴格的缺氧狀態，而硝化液部分回流至厭氧段，難以保證缺氧段環境。

因此，為提高除磷脫氮效率，該水廠關閉厭氧段內回流拍門，使硝化液全部回流至缺氧段。

總的來說，根據生物脫氮除磷理論調整內回流去向，要嚴格保持厭氧段、缺氧段的DO范圍，使硝化液全部回流至缺氧段進行反硝化，提高了反硝化效率；且消除了硝酸鹽對厭氧釋磷的抑制，聚磷菌在厭氧段釋磷、好氧段吸磷的能力明顯增強，提高了生物除磷效果。

3、調節內回流比

內回流比r直接關系到脫氮效率，r值越大，系統總的脫氮率越高，出水TN值越低。

但r值過高時，對系統脫氮也會產生負面影響：

◎一方面，通過內回流帶至缺氧段的DO較多，DO濃度較高時會干擾反硝化的進行；

◎另一方面，加大回流量使污水在缺氧段的實際停留時間縮短，使脫氮效率降低；

◎同時，加大回流量還增加了系統的能耗。

因此，必須找到適合污水廠生產運行的最佳內回流比，使脫氮效率最高，并盡量降低能耗。

我們廠通過對不同回流比時脫氮效果的分析，發現內回流比在200%、300%時出水TN值均能達到一級A標準，內回流比為300%時的TN去除效果較200%時的好，且反硝化時間充足，故300%的內回流比更適合污水廠的生產運行需求。

三、如何采取有效地節能措施（降低各單元用電成本）

1、預處理單元節能途徑與措施

進水泵是預處理單元最大的耗能設備，是該單元節能的關鍵設備。

污水提升泵的節能應綜合考慮整個提升系統，主要包括：

◎污水提升泵的節能；

◎正確科學地選擇水泵，使其在高效率下工作；

◎合理利用地形，通過減小污水的提升高度來降低水泵的軸功率；

◎定期對水泵進行維護，減少摩擦也可以降低電耗等。

1）合理選擇進水泵

污水提升泵的節能應綜合考慮整個提升系統，必須將水泵系統和管道系統結合起來，根據系統的特性來選擇合適的水泵。

由于污水量往往隨著季節、天氣、用水時間等不斷變化，因此選擇的水泵必須滿足系統輸送最大流量的需求。但從經濟的角度考慮，采用最大流量選取的水泵實際上全速運轉的時間不超過10%，大部分時間內水泵處于低效運轉。

因此，為了使水泵處于高效工作狀態，應根據管道系統的特性曲線選擇合適的水泵。

2）合理選擇電機

水泵電機不能將所有輸入的能量轉變成機械能，電機輸出的機械能與使用電能的比值稱為電機效率。電機效率一般為70%～96%，電機在低負荷下工作一般效率較低。

選擇與水泵負荷相匹配動力的電機對于保持電機的高效運轉非常重要。

通常選擇大功率的電機來滿足額外負荷的需求，而大功率的電機在低負荷下的工作效率都比較低。由于無功電流的增加，功率因數下降，電機在負荷≥75%的條件下工作其效率比較高，而在50%的負荷下工作其效率較低。

最近幾年高效率的電機有了新的發展，但價格比較昂貴，費用比標準電機高15%～25%。

通常，由于其運行費用較低，在電機投入運行后，該部分投資的回收期很短，一般幾個月或者數年就可回收增加的成本。

因此，在污水處理廠新建設計或升級改造工程中，應優先選用高效電機。

3）合理降低水泵揚程

為了達到節能效果，降低水泵揚程可采取如下措施：

◎設計高程時，盡量做到一次提升，避免多次提升污水。盡量利用重力流、自流經過處理構筑物，避免由于多次反復提升帶來的能量消耗。

◎設計構筑物的進、出水口形式和管道之間的連接方式時，要合理選用設備的型式，減少處理流程的水頭損失。各構筑物和管線的布置應緊湊、簡潔，避免不必要的拐彎和長距離輸送，這既可以減少水頭損失，又可以降低污水一級提升泵的揚程，這將大大降低電能消耗。

◎改固定堰為可調堰，非淹沒堰為淹沒堰，落差可由35-40cm減少到10cm。

◎充分考慮構筑物的特征和構筑物之間的相互關系，合理集中布置某些構筑物，如污泥濃縮池與調節池或初沉池集中。

◎當實際條件允許時，可把某些處理單元合建，如中和反應池與沉淀池，反應池與氣浮池或濾池，調節池與濃縮池，格柵與沉砂池等，以此降低土建工程量。一些國家總水位差比較小，如日本，關鍵在于初沉池、曝氣池、二沉池都采用方形平流式，三池合建，首尾相連，水流通暢，最大限度減小了水頭損失。

◎在平面設計時，充分考慮構筑物的特征與構筑物之間的相互關系，合理集中布置某些構筑物，如把污泥濃縮池與調節池或初沉池集中，節省土地資源，減少水力輸送環節，降低能耗。

4）定期維護及檢修

定期對系統進行檢修，消除閥門、管線、水泵內的結垢，保證管線不滲漏；定期維護皮帶、齒輪、軸承和過濾器，防震和隔熱也是水泵節能的有效措施。

水泵像其他機械設備一樣，隨運行時間的延長磨損不斷加大，流量和泵揚程也會有所下降，及時維護與檢修盡管增加了額外的檢修費用，但檢修后通過消除水泵結構的表面粗糙度可提高水泵的效率，使水泵保持高效工作。

2、二級處理單元節能途徑與措施

二級處理單元的能耗主要集中在鼓風機、攪拌器和內外回流泵上。其中，鼓風機是全廠最大的耗能處理單元，因而對于二級處理單元及全廠的節能重點應該在鼓風機的節能降耗上。

1）鼓風機的合理選型

鼓風機選型時，首先應具有充足的壓力，鼓風機向曝氣池充氧，必須克服管路阻力、曝氣池液位高程及曝氣頭堵塞、水位變化等帶來的額外阻力。

風機流量是風機選型的關鍵參數，在小流量范圍內，一般羅茨鼓風機的成本最低，性價比較好；在中流量范圍內，多級離心風機成本比羅茨鼓風機稍高，但是其能耗低、效率高，性價比較好；在大流量范圍內，單級離心風機成本最低，能耗也最低。

在風機選型時應綜合考慮風量、壓力、經濟性等參數，盡量采用高效鼓風機。

2）曝氣量的精確控制

目前絕大部分污水廠的曝氣調節方式由人工調節曝氣立管的閥門開度，控制精度不高而且勞動強度較大。

精確曝氣流量控制系統是一套集成的智能控制系統，為曝氣系統提供自動化、精確化的曝氣解決方案。

精確曝氣控制系統采用生物處理模型計算當前的曝氣需要量，并按照該氣量進行精確控制，曝氣控制系統會連續檢測曝氣量，及時檢測系統中壓力的微小變化，控制系統及時進行調整。

3、污泥處理單元節能途徑與措施

污泥處理單元的節能重點應該在污泥進泥泵及污泥濃縮機的節能降耗上。對于進泥泵的節能，可參考進水泵的節能措施。

以現階段污泥處理系統情況看，要想減少污泥脫水系統的能耗，可從以下3方面入手：

◎選擇高效絮凝劑，確定最佳投加量；

◎精心操作，科學調整各環節之間關系，使壓濾機高效運轉，降低泥餅含水率，達到減少電耗、用水量，降低運輸費用；

◎工作人員嚴格操作維護規程，以降低檢修費用。

其實，要想從根本上達到節能目的，在污泥處理過程中，還可通過如下幾個主要方面來進行節能。

1）選擇高效低能耗設備

從能耗角度來看，帶式壓濾機能耗相對較少，但帶式壓濾機比板框壓濾機易發生堵塞。帶式濃縮脫水一體機濃縮和脫水一體化，無需設污泥濃縮池及攪拌設備，減少來占地面積，自來水耗量小，能耗較低。

臥螺沉降離心脫水機占地少，采用封閉式系統，運行條件好，設備磨損率低，運行費用較低。

2）厭氧沼氣的利用

污水的厭氧處理和污泥的厭氧消化可產生甲烷沼氣，體積約占60%。把產生的沼氣送至鍋爐房燃燒，可用于消化池加溫、污水廠取暖等，同時沼氣還可用于發電可回收大量電能，一般大中型城市污水二級處理廠的沼氣發電量可補償全廠用電量的30&，降低了污水廠電能消耗及運行費用。

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