我国城市污水处理厂能耗规律的统计分析与定量识别

我国城市污水处理厂能耗规律的统计分析与定量识另IJ杨凌波1曾思育1鞠宇平2何苗3陈吉-71(1清华大学环境科学与工程系系统分析研究所，北京100084；2国家城市给水排水工程技术研究中心，天津300074；3清华大学环境科学与工程系水环境保护研究所，北京100084)摘要采用描述统计、聚类分析、非参数检验、相关分析、非线性回归分析等方法，对我国559座城镇污水处理厂2006年的能耗状况及其影响因素进行了统计分析和定量规律识别。目前我国城镇污水处理厂平均电耗为0．290kW·h／m3，82％以上的污水处理厂电耗不超过0．440kW·h／m3，相当于发达国家20世纪初或更早期的水平，仍存在一定节能潜力。对能耗有显著影响的因素包括：污水处理厂所处地区的自然环境条件和社会经济总体能耗水平、污水处理工艺类型、污水处理量、污染物去除量、所接纳的工业废水比例等。研究结果得出我国9种主要污水处理工艺的能耗排序，污水处理量、6类污染物去除量与电耗之间的定量关系，以及进水中工业废水比例对能耗的影响程度。关键词污水处理厂能耗统计分析影响因素0前言污水处理属能耗密集型行业，其消耗的能源主要包括电能、燃料及药剂等潜在能源，其中电能消耗为0．2．-√0．4kW·h／m3。由于我国城市污水产生量巨大，处理量也在不断增加，污水处理的能耗不容忽视LIJ。迄今为止，我国对污水处理厂节能方面的研究较薄弱，国外虽然有一些相关研究，但是受地域条件、工艺规模、自动化操作程度等因素的影响，不能直接借用国外的研究结果[2]。进行污水处理厂能耗规律的识别及其影响因素的分析是实现污水处理厂节能降耗的重要基础。本研究以全国污水处理厂调研数据为依据，以SPSS11．0为软件工具，运用统计分析中的描述性统计、聚类分析、非参数检验、相关分析、回归分析等方法，研究各地区、各种污水处理工艺的能耗情况，分析各种可能影响能耗的潜在因素，并对其定量规律进行识别。受数据限制，能耗以电耗形式表征。分析数据主要来自建设部要求各地污水处理厂自行上报的信息，部分数据来自《中国城镇污水处理厂汇编》[3]。在分析前所有数据都经过数据预处理和筛查，数据可信度较高。数据覆盖了2006年正在运行的城镇污水处理厂746座，其中559座污水处“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BACl9906)。42给水排水Vei．34No．102008理厂有能耗信息，包括9座一级处理厂和529座二级处理厂，其余21座工艺不明。由于这些数据属于非抽样的普查数据，因此数据本身可以代表现阶段我国城镇污水处理厂在工艺、进出水状况、处理量、能耗等方面的总体情况。1我国城镇污水处理发展概况1927年我国第一座污水处理厂建成，之后我国污水处理事业逐步发展，以1973年、1983年两届全国环境保护会议的召开以及1996年“九五”计划的开始为界，可大致分为四个阶段。1．1污水处理工艺由图1、图2可以看到传统活性污泥法(AS)、氧化沟、A2／o、A／O是我国最早采用的处理工艺，“九五”计划以来SBR、人工湿地、AB、延时曝气等工艺陆续被采用。从数量上看，现今我国氧化沟、SBR、210180150蓦啪籁9060300一司．躅．口．口口．口．口．口．口．口。．曩蓉萄罢呈置雾薹霎萋蒙期刊l图12006年各工艺污水处理厂数量万方数据宴’k＼R耀鄹嵌400200000800600400200本文中能耗均值特指基于实际处理量的平均值。表12006年我国城镇污水处理厂电耗特征值最小最大平均标准中位1／4分3／4分项目值值值差数位数位数电耗0．00032．0000．2900．Z210．3000．230O．380／kW·h／m3总体上看，我国现阶段污水处理厂电耗主要分布在0．1～o．4kW·h／m3。采用单样本K—S检验对能耗数据进行处理，分析其正态性；结果表明我国目前的污水处理厂电耗分布与正态分布存在显著差异。进一步采用K—Means快速聚类法研究529座二级污水处理厂的电耗分布情况。在k=3的情况下，聚类结果为：82％的污水处理厂(436座)能耗不高于0．440kW·h／m3，83座污水处理厂能耗为0．441---1．020kW·h／m3，其余10座污处理厂能耗处于1．021一-．2．000kW·h／m3范围内。该结果表明我国污水处理厂能耗水平比较均匀。而0．440kW·h／m3的能耗则可以作为将来政府监管污水处理厂运行绩效时的警戒上限值。据文献报道，1999年美国污水处理厂的平均电耗为0．20kW·h／m3，日本为0．26kW·h／时啪；2000年德国污水处理厂平均电耗0．32kW·h／m3[5|。但这些能耗值当中均包含了污水消毒、污泥消化与焚烧等我国污水处理厂目前尚未普及的耗能环节。由此可见，2006年我国污水处理厂平均电耗0．290kW·h／m3，与发达国