04/2012
0 概述
汙水處理廠的運行費用，主要由電耗費、維修費、藥
劑費、汙泥處置費、水費等組成。其中電費通常能占到整
個運行費用的30%～40%。當然在不同汙水處理廠的運行
中，實際電耗占比與汙水處理廠規模、汙水的水質特征、
處理程度、處理工藝、運行模式等因素有關。
在能保障汙水處理量和尾水達標排放的前提下，對
汙水處理廠運行進行優化管理，節約能源費用，降低處理
成本是保障汙水處理廠正常運行的重要手段。近幾年以電
費爲主的能耗費用不斷上漲，電耗基本占總能耗的70%以
上，所以節能重心通常放在節電方面。
關于汙水處理廠節能降耗的措施很多，主要可以從優
化工藝設計及管路設計、設備選型，加強日常運行管理等
方面入手。本文僅從設計角度，以典型的城市汙水處理廠
工藝單元爲例，提出一些節能降耗的設計措施供交流。
1 污水处理厂的工艺选择
汙水處理工藝的選擇是汙水處理廠設計的核心，也是
決定汙水處理廠能耗高低的關鍵因素。
對于城市汙水處理廠，因爲廢水可生化性通常比較
好，基于運行費用的考慮，基本上采用生物處理工藝。針
對不同的進水水質和處理程度要求，以及處理廠可用地的
限制，除了傳統的曝氣池工藝外，可供選擇的工藝很多。
如氧化溝工藝：設備簡單、易管理，無需二沈池，20世紀
90年代中後期比較流行，但曝氣設備能耗較傳統曝氣池工
藝高；SBR工藝：節省占地，自控程度高，易于模塊式擴
建，但設備閑置率高；隨著汙水回用要求的提出，MBR工
藝逐漸得到推廣，出水水質優于一級A標准，但設備維護
費用及能耗較高。在老汙水處理廠的升級改造中，懸浮填
料工藝也常有應用。不同的處理工藝對汙水處理廠的運行
與節能尤爲關鍵。
生物脫氮除磷活性汙泥法的處理流程（見圖1）。從
城市管網收集的汙水重力送入汙水處理廠進水井，經粗格
城市汙水處理廠設計中的節能考慮
温 瑛
（普拉克环保系统（北京）有限公司，北京 100005）
柵攔截大雜物後，經提升泵提升，經過細格柵、沈砂池等
預處理後，進入初沈池完成一級處理，再經過曝氣池、二
沈池等二級處理設施，達標後排放到自然水體。二沈池的
混合液由泵提升回流到曝氣池，二沈池剩余汙泥和初沈池
的汙泥經過汙泥濃縮脫水處理後，由運輸工具運往垃圾處
理場進行最終處置。
汙水處理廠能耗最大的地方在汙水提升、生化處理階段
的曝氣以及汙泥脫水（若采用離心脫水設備）。根據統計數
據，這幾部分的能耗總和占到全廠總電耗的80%～90%。因此
設計中節能考慮的重點主要集中在這幾個部分。
2 污水处理厂设计流程中的节能考虑
2.1 总图
汙水處理廠進水管高程和最終尾水排放水體的水位通
常是由規劃給定的，在汙水處理廠設計過程中不能更改。
爲降低汙水提升高程，應在進行水力高程設計時，考慮盡
量將汙水處理構築物布置在地勢較低和鄰近排放水體處，
設計時以排放點水位高程爲基准，最終排放構築物內的水
面高程只要能滿足尾水排放需要即可。同時應設法減少工
藝線內的水頭損失，總圖布置應緊湊、順暢，盡量縮短管
道輸送長度，減少管道的轉折、迂回。構築物間盡量采用
渠道連接。同時盡量減少跌水。在進行水頭損失計算時應
准確，根據經驗選擇合理的安全余量。
城市汙水處理廠的日處理規模基本都在萬m
3
/d以上，如果
污水 进水井 粗格栅
好氧池
汙泥泵房
储泥池 污泥浓缩脱水机房 泥饼外运处置
二沈池
排入水體
缺氧池 厌氧池 初沉池
提升泵
出水井/细格栅 沉砂池
图1 生物脱氮除磷活性污泥法流程WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點聚焦
能減少1m提升高度，每天可以節電幾萬kW·h，是相當可觀的。
2.2 进水提升泵房
城市汙水處理廠的汙水來源通常比較複雜，不同時段
的水量變化比較大。設計前應盡量做好調研工作，掌握水
量變化規律，選擇適當的提升泵數量及流量組合。現在汙
水處理廠的設計中變頻技術已經得到普遍采用，配合正確
的調控方式，可以避免提升泵的頻繁啓停，節省相當比例
的電耗。目前在建的北京清河汙水處理廠15萬t/d擴建工
程，进水提升泵房中设置了4台2 800m
3
/h的提升泵（3用1
备，配1台变频器），1台1 400m
3
/h的提升泵，就是研究來
水量變化狀況後，經綜合比較確定的方案。
通常進水提升泵房與出水井布置得比較近，可以考慮爲
每台提升泵分別設置出水管，與出水井一一對應。這樣可以
取消出水管路上的止回閥及隔離閥門，一方面節省投資，更
重要的是可以減少沿程水頭損失，降低汙水提升揚程。提升
泵一般不推薦共管出水方式，離心泵並聯後效率會下降。
提升泵選型時，應仔細研究泵的性能曲線，所選擇泵
的工況點應落在高效區內。自動運行時，一般用液位進行
控制。在進水泵房設計時，工藝人員對控制液位就應該有
所預期。
2.3 细格栅
細格柵的作用在于攔截汙水中的雜質，改善後續主工
藝的工作條件。由于柵條及其上累積的柵渣阻擋，進行水
力高程設計時需要考慮格柵前後合理的液位差。細格柵的
類型比較多，比較常見的是機械回轉式格柵，隨著MBR工
藝的應用，網板式格柵、轉鼓式格柵等也經常有應用。應
該根據後續工藝要求，選擇適當的格柵型式/規格、柵條間
隙以及清汙方式，減少通過格柵的水頭損失。另外網板格
柵、轉鼓格柵需要沖洗水，可以考慮利用處理後的出水，
節約自來水。
2.4 曝气池
曝氣過程是活性汙泥法的核心，是汙水處理過程中能
耗最大的工序，同時也是汙水處理廠最能體現節能效果的
部分。設計中建議注意以下幾個方面。
2.4.1 合理选择曝气设备
曝氣系統總體上可分爲鼓風曝氣和機械曝氣。機械曝
氣與傳統工藝的鼓風曝氣形式相比，曝氣系統非常簡單。
機械曝氣最爲人熟悉的場合就是在氧化溝工藝中的應用，
例如邯鄲西汙水處理廠采用的就是曝氣轉盤，武漢沙湖汙
水處理廠一期采用的則是倒傘型葉輪曝氣機。但總體而
言，機械曝氣的傳氧效率比鼓風曝氣低，也就意味著能耗
高。鼓風曝氣的擴散設備也有多種形式，常見的如微孔曝
氣盤、微孔曝氣管，還有在造紙行業用得較多的射流曝氣
器等。射流曝氣器更不易堵塞，維護簡單，但能耗要高于
微孔擴散器，在大型城市汙水處理廠中很少采用。總之，
在進行設備選擇時，需要根據處理工藝、處理規模、水質
情況等進行比選。目前應用最廣泛的還是微孔曝氣盤，設
計過程中同時應考慮到，冷凝水需要定期排放，防止空氣
管線內積水，增大空氣管路的阻力，增加能耗，冷凝水排
放管的布置應方便工人操作。
2.4.2 准确计算曝气量
計算曝氣量時應依據處理工藝、進水水量和水質、處
理要求、需要控制的溶解氧水平以及所選設備的傳氧效率
等因素，而不是簡單地用汽水比進行估算。有人習慣用汽水
比12
：1這個經驗數據來計算曝氣量，但現在曝氣設備的傳氧
效率普遍提高了，對于典型的市政汙水這個比值似乎偏高。
如果計算的曝氣量不能滿足曝氣池混合需求，建議通過優化
池型及設置推流器來解決。某汙水處理廠采用生物曝氣擴
散系統（見圖2）。曝氣池被設計成氧化溝的池型，曝氣
盤分段布置，中間的過度段設置有推流攪拌器。從實際運
行情況看，整個曝氣池形成了很好的循環流動。
2.4.3 应用风量调节技术
曝氣過程節能的重要措施在于風量調節技術的應用。
鼓風曝氣系統的控制參數是混合液的溶解氧濃度。傳
統活性汙泥工藝的DO值一般控制在２mg/L左右，與混合
液的汙泥濃度有關。MBR工藝的曝氣池混合液濃度可以達
到10g/L，建議控制DO值在3mg/L左右。懸浮填料工藝的
DO值一般控制在5mg/L左右。過高的DO值需要消耗更多
的空氣，從而使曝氣效率降低，浪費能源。
可以采用計算機控制系統自動調節風機供氣量，保持
DO值穩定在設定的控制值附近。從工藝設計方面，需要爲
實現此控制設置空氣調節閥、空氣流量計、壓力傳感器，
以及鼓風機的風量調節設施。需要提醒的是，選擇空氣調
節閥時需要向供貨商索要性能曲線，閥板開度與氣量之間
的關系曲線以近似線性爲好。注意蝶閥不能用作調節閥。
图2 某污水处理厂的生物曝气扩散系统WATER & WASTEWATER INFORMATION
熱點聚焦
城鎮汙水處理廠是重要的市政基礎設施，也是水汙
染控制的最關鍵單元，在人類社會活動中發揮著重要作
用。完成城鎮汙水處理設施大規模建設之後，提升改造
（Upgrading）將是一項長期的任務。通過不斷提升改造
可使城鎮汙水處理廠更加高效地滿足日益嚴格的環境質
量要求，並在改造過程中使新技術、新材料和新設備得
以應用。
城 镇 污 水 处 理 厂 的 提 升 改 造 可 分 为 提 标 改
造（Upgrading Effluent）和提效改造（Upgrading
Performance)兩個方面：提標改造是指以進一步提高出水
水質爲目標而進行的改造；提效改造是指在保證一定出水
水質的前提下以降低能量及物料消耗爲目標而進行的改
造。目前，我國正在對已建汙水處理設施進行不同程度的
提標改造，而提效改造尚未得到重視。西方國家一直將
提效改造作爲汙水處理領域的一個重要內容，強調高效
地進行汙水處理。
1 城镇污水处理设施提效改造的重要性
城鎮汙水處理是一個高能耗行業。美國城鎮汙水處理
行業年總電耗超過200億kW·h，已占全社會總電耗的3%，
占城市總電耗的15%以上。我國汙水處理程度雖然不高，
但2011年總電耗也已達到100億kW·h。另外，城鎮汙水處
理還是一個高物耗行業。美國汙水處理年消耗聚丙烯酰胺
等化學藥劑超過5萬t，我國則已超過3萬t。
高能耗物耗一方面增大了處理成本，更重要的是使汙
水處理成爲一個不可忽視的碳排放領域。美國2007年排放
王洪臣
（中国人民大学，北京 100086）
溫室氣體71.5億t碳當量，其中汙水處理領域耗電導致的間
接碳排放爲0.72億t，占總排放當量的1%。當然，汙水處
理的直接碳排放在總排放量中也占有相當的比例。在美國
排放的71.5億t碳當量中，甲烷5.8億t，其中汙水處理領域
的直接排放達0.25億t；一氧化二氮3.1億t，其中汙水處理
直接排放0.05億t。甲烷和一氧化二氮導致的直接碳排放爲
0.3億t，加上間接碳排放，汙水處理直接排放與間接排放
總計1.02億t，占總排放碳當量的1.42%。
因此，對城鎮汙水處理設施進行提效改造，已經顯
得非常必要。首先，通過改造降低能耗物耗可以降低處
理成本，減輕汙水處理費負擔。其次，“以高能耗高物耗
爲基礎的優質出水”以及由此帶來的“減排水汙染物，增
排溫室氣體”局面不利于汙水處理行業的健康發展，低碳
汙水處理應是未來的發展方向。另外，汙水處理領域碳減
排與能源交通等其他行業相比，減排成本較低，可以低
成本爲國家增加碳彙。美國很多州或城市已經系統地制
定了汙水處理碳減排計劃，總體碳排放量在逐年降低。
2 城镇污水处理设施提效改造的技术对策
城鎮汙水處理設施提效改造是一個系統工程，不只是
對汙水與汙泥處理系統的節能降耗改造，也應包括對汙水
收集系統提高收集效率的改造。同時，開發回收汙水汙泥
中的能量，提高汙水處理設施的能源自給率，也是提效改
造的重要內容。
2.1 污水收集系统的提效改造
當汙水處理廠實際負荷達到設計負荷時，總體能效物
許多處理廠的生物反應池會曝氣過度，主要原因是缺
乏自動調節系統，或者是因爲調節閥不能正常工作，以致
處理廠放棄自動控制。
3 总结
總之，盡量降低汙水處理廠的能耗需要汙水處理廠設
計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注
意力放到節能的重點區域上。同時在進行控制程序的設計
時，要考慮將來運行管理人員可操控性。
總之，盡量降低汙水處理廠的能耗需要汙水處理廠設
計人員和運行管理人員共同努力。對于設計人員，宜將注
意力放到節能的重點區域上。同時在進行控制程序的設計
時，要考慮將來運行管理人員可操控性。
