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冬奥会的污水处理厂，有什么“黑科技”？

教务部 2022-02-07

为努力践行“绿色办奥”理念，中国节能充分发挥主业优势，承担起冬奥会期间北京市部分固体废弃物和污水的处理保障工作。中国节能所属中环水务小汤山再生水厂与马池口再生水厂利用精确曝气系统、多段式A2O工艺等智慧水务手段提质降耗。此外，两个水厂还利用污水源热泵技术将蕴藏在污水中的低品位热能提取出来，为厂区供暖。预计冬奥期间，小汤山再生水厂将每日处理污水6万吨，COD减排10吨，氨氮减排0.9吨；马池口再生水厂将每日处理污水2.5万吨，COD减排4.5吨，氨氮减排0.75吨。

一、智慧水务提质降耗，支持冬奥排水达标

小汤山再生水厂采用精确曝气系统，相对连续不间断的传统曝气方式，同比节省约1/5的风机电能（约合1500kWh/日）；采用精确曝气系统，精准控制曝气量，可有效保证冬奥期间的水质达标排放，提升周边水体及生态环境质量。水厂生化系统采用多段式A2O工艺，多段进水保证了对原水中有机物的充分利用，在增加有机物去除率的同时，还减少了碳源药剂投加量。预计冬奥期间，小汤山再生水厂与马池口再生水厂每日碳源消耗量将不超过0.9吨/m3。此外，还通过控制再生水厂活性污泥浓度、增加污泥内源呼吸作用的方式，进一步降低碳源药剂投加量，保障冬奥期间出水稳定达标。预计冬奥期间，小汤山再生水厂与马池口再生水厂每日除磷药剂投加量将不超过0.7吨/m3，磷减排量约为0.4吨。

二、水源热泵节能高效，助力冬奥低碳减排

污水中的低品位热能可再生热能资源。通过污水源热泵技术，将蕴藏于污水中的丰富的低品位热能提取出来，为厂区提供冬季供暖服务。从污水中每提取4 ℃ 温差，约能产生4 kW·h/m3 热能值，节省了锅炉房与传统空调的费用支出。

三、精准落实疫情防控，确保冬奥健康安全

2021年，小汤山再生水厂曾承接过小汤山医院医疗废水和周边隔离点的污水处理工作。今年，昌平公司将在既往经验的基础上，继续做好重点水厂的重点防控，确保冬奥期间的人员健康与环境安全。为保证对出水中病菌的有效消杀，昌平公司还制定了次氯酸钠、臭氧双重消毒方案——臭氧紧急冷备可在特殊时期随时启用；次氯酸钠作为持续投加消毒剂，可保障对出水中粪大肠菌群等的有效去除，确保冬奥期间排水安全。冬奥期间，中环水务昌平公司马池口与小汤山再生水厂将全力以赴做好排水保障服务，全程为“绿色冬奥”注入中国节能的“绿色力量”。

四、精准曝气是什么“黑科技”？

精准曝气是污水处理厂由早期粗放式人工控制方式向现代精细化自动控制方式进阶的产物。

传统活性污泥法已经在世界范围内应用数百年，多位国内外权威专家多次提出并强调，需要深度挖掘百年活性污泥法工艺，实现生化处理工艺的最优控制与高效运行。

精准曝气的首要目标是保障生化处理工艺稳定运行以及出水稳定达标，进而达到鼓风曝气系统的节能降耗和污水处理厂的运行成本降低。

国际上早已提倡污水处理厂自动化和精细化管理与控制。精准曝气是污水厂实现精细化管理的有效工具，需要通过鼓风机、曝气设备以及精准曝气系统等各方的共同努力。

精准曝气系统可以使各种复杂的供气方案得以实现，如间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等；可以帮助污水处理厂实现工艺的精细调节，适应各种工艺，并能够随着工艺变化而调整；还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控进行风量调节，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。

为什么要实现精准曝气？

精准曝气是智慧水务的核心控制单元！

污水处理厂在生物处理过程当中，如果曝气量不足，会导致工艺运行恶化，出水水质排放超标；如果曝气量过多，会导致高能耗，造成污水处理厂运行成本增加。因此，只有根据实际需求合理分配与精准调节各区域的曝气量，才能保证污水处理厂高效和经济运行。

良好的污水处理工艺自动控制系统，既能保障污水处理厂设备连续稳定运行，又可实现节能降耗，在工艺升级改造中得到关注和应用。精准曝气控制系统是近年发展起来的一套较好控制鼓风曝气的节能技术。

我国污水处理厂的能耗主要是电耗，处理每吨污水耗电约0.2-0.3度，电费约占污水处理成本的50%-70%。在我国污水处理厂建设基础上，通过现有设施的优化运营，存在提高出水水质、降低能耗物耗的巨大空间。截至2019年6月底，全国设市城市累计建成城市污水处理厂5000多座(不含乡镇污水处理厂和工业)，污水处理能力达2.1亿立方米/日。

按我国污水处理厂每年处理500亿吨污水来计算，如果能够节省20%的能耗，这就能够为国家节约约30亿度电。在目前国家大力提倡节能降耗的背景下，污水处理厂的节能降耗具有重大意义。

我国约有一半的污水处理厂采用氧化沟和AAO工艺，越来越多的AAO变形的工艺呈现上升的趋势。鼓风曝气的能耗占污水厂总能耗的51%左右。因此，实现曝气系统的节能运行是污水厂节能的关键。

曝气过量直接造成电能浪费，并且溶解氧通过内回流被带到缺氧区影响反硝化的效果，溶解氧通过外回流被带到厌氧区影响厌氧释磷的过程。

曝气量不足，影响生化池中微生物活性，可能影响出水水质；还可能造成二沉池中发生反硝化，污泥上浮，影响出水。

精准曝气系统既能保障污水处理厂设备连续稳定运行，又可实现节能降耗。

曝气过程涉及两个步骤: 一是氧气的扩散和溶解。在鼓风曝气系统中主要体现为空气从曝气池底部的曝气头释放后，空气中的氧气从气相向液相中转移。二是溶解氧的利用和消耗。这个过程综合了好氧处理过程的有机碳去除过程、生物脱氮、生物除磷等，是由多个过程综合作用的结果。

活性污泥法的曝气过程是为去除有机碳、硝化、吸磷等过程提供适宜的溶解氧，以促进三种生化反应的正常进行。曝气流量控制的目标就是是形成稳定的溶解氧条件，为微生物生长与污染物降解建立一个动态平衡和可靠的生存环境。这一动态平衡过程的实质，就是使总氧转移速率近似等于总耗氧速率。由于污水厂的进水水质和水量是变化的，在特定的时间段内其耗氧量也是变化的，只有使该时段内的供氧量和耗氧量相均衡，才能保证处理环境的稳定，保证出水水质。

来源：中国节能环保、中环水务、享控云网、环保工程师

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