城市污水处理厂升级改造中的节能技术应用

摘要：城市污水处理厂在保障水环境质量方面承担着基础性职能，但随着处理能力提升与排放标准提高，能耗问题愈发突出。针对现有污水处理系统运行中存在的能效瓶颈，开展升级改造已成为节能降耗的关键路径。通过引入新型节能技术、优化运行参数和调整工艺流程，不仅可有效降低能源消耗水平，还能提升处理效率与系统运行稳定性。本文围绕污水处理厂节能改造中的关键节点，系统分析节能技术的实际应用路径，并提出相应的实施策略。

关键词：污水处理；节能改造；工艺优化

一、污水处理厂能耗问题的关键表现

（一）曝气系统运行能耗居高不下

在污水生化处理中，曝气系统是维持好氧菌群生存与有机物降解的核心装置，但其能耗通常占到整个处理厂能源消耗的主要比例。传统鼓风曝气方式存在气泡粒径大、氧转移效率低的问题，造成大量电能消耗未能有效转化为生化反应所需的溶解氧。部分处理厂在设计或运行过程中未能根据水质变化动态调节曝气强度，导致过曝现象频发，进一步增加无效能耗。此外，鼓风机选型偏大或长期处于非最佳负载运行状态，也加剧了设备电力消耗的浪费现象。曝气系统能耗的居高不下成为污水处理节能改造中的首要难题。

（二）污泥处理过程缺乏能效优化机制

污泥处理作为污水处理的末端环节，不仅涉及脱水、浓缩、干化等多个工序，还需消耗大量热能与电力资源。现有污泥脱水系统中，机械压滤与加药脱水设备多以定时运行为主，缺乏对污泥含水率变化的感应控制，使得设备能效利用不足。部分污泥干化系统采用传统热风干燥方式，热源利用率偏低，排放热能未能回收再利用，形成二次能源浪费。脱水药剂投加过程也未形成与污泥性质联动的智能调控机制，造成药耗与能耗双高问题。污泥处理未形成全流程的能效评估体系，制约了其节能潜力的释放。

（三）辅助设备长期运行存在效率偏低问题

污水处理厂中除核心工艺设备外，大量辅助系统如输送泵、搅拌器、回流泵及提升设备等也构成重要的能耗单元。这些设备大多设计为连续运行模式，缺少按需运行与负载匹配控制机制，致使在低流量时段仍维持高负载状态运行。部分泵站设备未配置变频控制器，启动与停止过程冲击电流大，机械磨损严重，影响长期能效水平。搅拌装置若未能依据池体污泥沉降状态进行间歇控制，将持续消耗大量无效电能。辅助设备能耗的高企虽不如核心系统显著，却因数量众多与运行时长叠加，形成了污水厂不可忽视的能效短板。

二、节能技术在污水处理厂改造中的应用路径

（一）高效曝气装置提升氧利用率

曝气系统作为污水处理厂能耗最大的环节，其节能优化必须聚焦氧气转移效率的提升。采用微孔曝气器代替传统鼓风曝气装置是提升氧利用率的重要措施。微孔曝气头能在水中形成细小均匀的气泡，增大气液接触面积，提高氧转移速率，使单位体积空气所释放的氧量显著提升。鼓风机系统配套变频控制器，可根据实时水质与需氧负荷自动调整风量输出，降低不必要的能耗输出。在工艺设计中，设置多段曝气区，通过差异化供氧策略实现氧资源的分配优化，有效减少局部过曝现象。配合在线溶解氧检测设备，实现反馈式调节闭环控制，使曝气系统响应更为及时与精准。通过以上技术手段改造后的曝气系统不仅降低了能耗水平，还提升了整体生化反应效率与出水水质稳定性，保障节能与环保双重目标的实现。

（二）污泥能源化利用实现资源回收

污泥中富含有机质，是具备能源回收潜力的二次资源。在污水处理厂升级改造过程中，推动污泥处置向能源化转型成为节能减排的重要方向。通过建设中温或高温厌氧消化系统，可将污泥中的有机物转化为沼气，为厂内供热系统或发电装置提供清洁能源来源。厌氧消化后污泥含水率下降，后续脱水处理难度降低，从而降低干化工序所需热能消耗。为提升厌氧反应效率，可采用热水预处理或超声波破壁技术改善污泥结构，增强反应性。沼气利用过程中应配套净化系统，去除硫化物与水蒸气，确保气体能效输出稳定。通过与热电联产系统耦合，污水厂可实现内部能源自循环，减少对外部电力与燃料的依赖。污泥能源化利用不仅节约处理成本，还显著提升了污水处理系统的整体能源回收效率，是推动绿色低碳转型的核心举措之一。

（三）智能控制系统支撑能耗全过程管理

智慧水务理念的推广为污水厂节能管理提供了强大技术支撑。通过建设一体化智能控制系统，将核心工艺设备与辅助设备接入统一平台，实现运行状态、能耗数据与处理参数的实时采集与动态调控。基于大数据分析技术，系统可识别运行过程中的能耗高峰与低谷，自动优化运行逻辑与控制策略，避免设备长时间无效运行。智能控制系统可针对不同处理单元设定节能优化模型，通过算法学习与历史数据对比，不断提升控制精度与响应速度。在调度层面，系统可实现多机协同调节，如同步调节回流泵与提升泵运转时间，以减少负荷冲击。能耗评估模块则定期输出运行能效报告，为管理者提供决策依据。通过智能化手段实现能耗全过程可视、可控、可评，推动污水处理从粗放运行向精细化管理转变，全面提升运行效率与节能水平。

（四）热能回收技术实现能源梯级利用

在污水处理过程中，大量废热资源散布于排放气体、污泥干化废气与高温设备中，若未有效回收利用，将造成显著能源浪费。热能回收技术的应用可实现能源梯级再利用，提高系统综合能效水平。在污泥干化过程中，通过设置热交换器回收干化气流中的热能，可用于预热进水或其他低温加热需求，减少外部热源供给压力。在生物处理单元中，水温常年保持较高，可借助热泵技术从中提取热量供厂区生活用水或冬季采暖使用，构建厂区内部的热能循环系统。部分污水处理厂还尝试将热能回收系统与地热或太阳能系统耦合，增强热源稳定性与多样性。在设计阶段合理布置热能回收管网与传导路径，确保热量传递过程中损耗最小化，提升热交换效率。热能回收技术的有效实施，不仅减少了燃气或电力的使用量，还提升了污水厂的绿色运行能力，是推动清洁生产与节能协同的重要手段。

三、结束语

城市污水处理厂的升级改造不仅是对处理能力的扩展，更是对运行效率与资源利用水平的系统提升。节能技术的广泛应用为污水处理带来了更高的能效保障与成本节约空间，在曝气、污泥处理、智能控制与热能回收等多个维度实现节能目标的突破。通过对关键能耗环节的技术升级与管理优化，污水处理厂能够在保障水质达标的基础上实现低碳运行与绿色发展。节能技术的集成应用构建起高效、智能、可持续的污水处理体系，推动城市生态基础设施迈向更加科学与高效的运行模式。

参考文献

[1]王凯.城市污水处理厂节能减排技术探析[J].环境工程技术学报，2023，43（02）：102-107.

[2]刘志成.污水处理厂升级改造中节能技术的集成应用[J].中国给水排水，2023，43（03）：87-92.