城市環(huán)境污水處理過(guò)程節(jié)能優(yōu)化控制方法探索

胡軼銘

（江西省誠(chéng)鄉(xiāng)給水工程有限公司 江西南昌 330000）

引言

二十一世紀(jì)各個(gè)國(guó)家發(fā)展中首要課題就是節(jié)能減排?，F(xiàn)如今世界人口持續(xù)增長(zhǎng)，各個(gè)國(guó)家持續(xù)推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程，導(dǎo)致能源消耗與日俱增?？焖僭鲩L(zhǎng)的能源消耗問(wèn)題制約著各個(gè)國(guó)家的發(fā)展，尤其是水資源這一不可再生資源。水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存的資源，是各個(gè)行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著人口的增長(zhǎng)，水資源消耗量持續(xù)增加，產(chǎn)生的廢水也與日俱增。為控制水資源消耗，應(yīng)加強(qiáng)廢水治理，提高廢水治理水平。

1 城市污水的主要來(lái)源

城市運(yùn)營(yíng)中承擔(dān)著大量企業(yè)、居民的生產(chǎn)生活工作等功能，產(chǎn)生的污水種類(lèi)較多，其中最為常見(jiàn)的就是生活污水。生活污水包括居民日常洗漱、衛(wèi)生間沖刷、家居環(huán)境清潔等多種類(lèi)型的用水。生活污水中受到生活特性的影響，有機(jī)污染物含量較大，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理直接排放到自然環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重危害到城市土壤。很多人認(rèn)為生活污水中僅僅是日常生活所產(chǎn)生的廢水，可以二次利用不會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而事實(shí)是，生活污水中的有機(jī)污染物和化學(xué)元素較多，受到多重因素影響會(huì)嚴(yán)重危害到外界環(huán)境[1]。

工業(yè)污水也是城市常見(jiàn)的污水類(lèi)型，很多重工業(yè)城市在早期排出的污水能夠匯集成一條河流，而工業(yè)污水所含的重金屬、難降解有毒有害物質(zhì)更多，如果不經(jīng)處理直接排放到自然環(huán)境中會(huì)嚴(yán)重威脅到周?chē)h(huán)境和人體健康，即便是經(jīng)過(guò)處理，有的工業(yè)廢水中依然存在部分難降解的物質(zhì)，導(dǎo)致周邊環(huán)境受到污染。為此，技術(shù)人員需要加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

城市徑流污水是一種容易被忽略的污水。自然環(huán)境中的雨雪天氣等降水會(huì)沖刷城市街道、建筑物等，導(dǎo)致水體中含有部分雜質(zhì)、垃圾、廢渣，形成城市徑流污水。徑流污水表面看似乎沒(méi)有很大的危害，但是其中含有很多未知的物質(zhì)，所以只有經(jīng)過(guò)再處理方可安全地排放到自然環(huán)境中。

通過(guò)上述分析可知，城市污水中含有十分復(fù)雜的物質(zhì)成分，多種物質(zhì)還可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的污染，導(dǎo)致污水處理難度較大[2]。

2 污水節(jié)能優(yōu)化控制方法研究的重要意義

2.1 降低能源消耗

通過(guò)有效處理污水，并積極應(yīng)用污水處理節(jié)能技術(shù)，不但可以達(dá)到污水處理中凈水資源消耗控制的效果，還能夠提高水資源循環(huán)利用水平，為人類(lèi)社會(huì)持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

我國(guó)經(jīng)過(guò)南水北調(diào)后改善了北方水資源緊缺的問(wèn)題，但是同時(shí)南方地區(qū)面臨著水資源減少的情況，總體來(lái)看，我國(guó)淡水資源十分緊缺。此時(shí)通過(guò)合理應(yīng)用污水處理技術(shù)可以將水資源消耗顯著減少，提高水資源的循環(huán)利用率，并且盡可能地降低污水處理中能源消耗，這有助于緩解水資源緊缺的現(xiàn)狀。

2.2 優(yōu)化城市污水處理?xiàng)l件

居民污水、工業(yè)廢水等都屬于城市污水，其類(lèi)型較多，污水中所含的雜質(zhì)較多，同時(shí)污水處理要求也較高?，F(xiàn)階段我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力較強(qiáng)的為東南沿海城市，這些區(qū)域污水處理技術(shù)、機(jī)械設(shè)備運(yùn)營(yíng)能力都較強(qiáng)，但是我國(guó)中西部城市、偏遠(yuǎn)農(nóng)村等經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)缺乏高水平的污水處理手段，機(jī)械設(shè)備也存在一定的不足，污水處理?xiàng)l件有待完善。復(fù)雜化的污水要求需要不斷改進(jìn)創(chuàng)新污水處理技術(shù)。為此，相關(guān)單位應(yīng)積極響應(yīng)城市污水處理政策和要求，加強(qiáng)更新基礎(chǔ)設(shè)施，這必然會(huì)導(dǎo)致污水處理成本增加。高額的污水處理成本會(huì)降低城市管理者處理污水的積極性，不利于城市污水處理事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，為此，應(yīng)加大污水處理節(jié)能控制力度，通過(guò)采取節(jié)能控制方法降低污水處理成本、提高污水處理效率，改善污水處理?xiàng)l件[3]。

2.3 推動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)

在城市污水處理中通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能控制方法可以將污水處理所需時(shí)間有效減少，節(jié)約污水處理成本，提高污水處理效率，同時(shí)減少污水中的有害成分含量、種類(lèi)，進(jìn)而避免危害周邊環(huán)境。

通過(guò)應(yīng)用節(jié)能污水處理技術(shù)，城市可以節(jié)約污水污染處理、治理方面的費(fèi)用，可以說(shuō)，在城市發(fā)展運(yùn)營(yíng)中，污水處理節(jié)能優(yōu)化控制方法至關(guān)重要，從總體來(lái)看，其不但可以進(jìn)行污水處理成本的節(jié)約，還能夠節(jié)約凈水資源，是落實(shí)可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)效益提升的重要途徑。

3 污水處理中的能源消耗類(lèi)型

3.1 電能資源消耗

污水處理廠在運(yùn)營(yíng)中消耗的電量十分龐大，通過(guò)以往數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)可知，未來(lái)我國(guó)城市污水處理廠消耗的電能會(huì)持續(xù)增加，并且在電能消耗中占比會(huì)逐漸增加，同時(shí)也說(shuō)明我國(guó)污水處理電能資源消耗控制方面有著較大的發(fā)展空間。污水處理廠運(yùn)營(yíng)中通常會(huì)采用生活處理供氧系統(tǒng)和污泥提升系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)消耗較多的電能，可以從污水處理工藝入手提高節(jié)電水平。

3.2 藥劑資源消耗

在污水處理中，絮凝劑可以聚集泥沙，泥沙沉積于底部，進(jìn)而通過(guò)過(guò)濾清除。常見(jiàn)絮凝劑為聚合氯化鋁及其他人工合成物。城市污水處理中使用的絮凝劑較多，提高了污水處理的成本。同時(shí)，污水處理廠在使用藥劑資源進(jìn)行污水處理時(shí)消耗的成本也會(huì)增加，影響環(huán)境，加上藥劑的生產(chǎn)、處理難度大，能耗高，導(dǎo)致污水處理節(jié)能效果不明顯[4]。

3.3 自然水資源消耗

和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)污水處理技術(shù)發(fā)展晚，很多技術(shù)存在一定的不足，有的處理后的污水難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，加上部分污水處理上的水資源回用裝置不健全，污水排放過(guò)程中沒(méi)有合理進(jìn)行分類(lèi)，導(dǎo)致存在不同程度的污染問(wèn)題。此外，一些未被污染的水資源和污水同時(shí)處理并排放不但會(huì)浪費(fèi)自然水資源，還會(huì)增加污水處理成本，不符合污水處理節(jié)能目標(biāo)。為此，應(yīng)分類(lèi)排放，減少自然水資源消耗，比如我國(guó)很多城市都在陸續(xù)推進(jìn)雨污分流改造工程，其中大部分雨水資源可以回用。

4 節(jié)能技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

4.1 生態(tài)水處理系統(tǒng)

所謂生態(tài)水處理系統(tǒng)，是采用人工濕地、生態(tài)公園等原生態(tài)的方式進(jìn)行水處理，其中人工濕地是最為常見(jiàn)的生態(tài)處理系統(tǒng)形式。人工濕地是人按照生態(tài)環(huán)境搭建的一種類(lèi)似于沼澤的地面，能夠利用淤泥和微生物的共同作用達(dá)到清潔污水、改善水質(zhì)環(huán)境的效果，此種污水處理對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小，污水處理產(chǎn)生的副作用很小。在污水處理中，人工濕地可以持續(xù)處理，城市管理者還可以借助人工濕地建設(shè)旅游景點(diǎn)、打造濕地公園，進(jìn)而提高人工濕地的經(jīng)濟(jì)效益，在保證污水處理的同時(shí)提高城市綜合發(fā)展水平。不過(guò)人工濕地處理污水過(guò)程中需要投入較多的精力進(jìn)行建設(shè)和維護(hù)，對(duì)環(huán)境和地質(zhì)有著較高的要求，通常在人口密度不高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者城市邊緣采用此種處理方式[5]。

4.2 生物膜法

生物膜法是水體凈化中充分借助生物膜的選擇性滲透作用，將一些特定物質(zhì)過(guò)濾。生物膜法相比于常規(guī)活性污泥處理法有著顯著的節(jié)能減排效果，其消耗小、濃度大，不過(guò)在具體進(jìn)行污水處理中存在一定不足，可以綜合使用好氧活性污泥法進(jìn)行綜合性處理。當(dāng)前污水處理中較為常見(jiàn)的是旋轉(zhuǎn)式接觸生物膜反應(yīng)器，能夠去除污水中超過(guò)65%的2-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚等。該方法在難降解有機(jī)物處理中有著十分良好的應(yīng)用效果，污水處理人員可以根據(jù)污水處理需求合理應(yīng)用該技術(shù)[6]。

4.3 微生物制劑技術(shù)

該方法主要包括新型微生物菌劑、微生物吸附劑、微生物絮凝劑等。在污水處理中使用微生物強(qiáng)化處理的菌劑能夠改善水體中的微生物菌種，進(jìn)而發(fā)揮不同類(lèi)型菌種的作用，該方法有著較大的潛力空間。新型微生物劑發(fā)酵工藝較為獨(dú)特，工作人員按照一定的比例混合好氧微生物和厭氧微生物，培養(yǎng)多種微生物群落，形成的微生物生態(tài)系統(tǒng)可以有效保證污水的凈化效果。生物絮凝劑主要以蛋清、多糖等為培養(yǎng)基通過(guò)發(fā)酵、培養(yǎng)、純化等步驟完成細(xì)菌、真菌等微生物處理，進(jìn)而處理污水中的有機(jī)物。生物破乳劑在含油乳化液廢水處理中有著良好的應(yīng)用效果，其利用氣浮作用將乳狀液形式的難降解的有機(jī)污染物高效去除。當(dāng)前城市污水節(jié)能處理中常常使用生物破乳劑，有著十分良好的應(yīng)用效果。

4.4 細(xì)胞固定技術(shù)

該技術(shù)是對(duì)游離細(xì)胞采取物理或者化學(xué)處理，使其定位于有限區(qū)域內(nèi)，保證細(xì)胞在該區(qū)域保持良好的代謝活性，進(jìn)而循環(huán)應(yīng)用于污水處理中。當(dāng)前海藻酸鈣、瓊脂、聚丙烯酰胺、多孔二氧化硅等都是常用的細(xì)胞固定化材料。該方法常常用于處理污水中的藻類(lèi)、細(xì)菌等，有著較高的處理效率和較為簡(jiǎn)單的操作方式，消耗的成本較低，在污水處理方面可以顯著發(fā)揮其作用。通過(guò)分析細(xì)胞固定技術(shù)在不曝氣及曝氣條件處理綠苔、藻類(lèi)中氮、磷能力可知，不同系統(tǒng)按照固定細(xì)胞與曝氣、固定細(xì)胞不曝氣、游離細(xì)胞與曝氣的順序去除營(yíng)養(yǎng)物。細(xì)胞固定技術(shù)是一種較為理想的處理方式，但是在具體應(yīng)用中污水處理效果會(huì)受到固定化藻類(lèi)所用載體類(lèi)型、藻類(lèi)球粒徑、生長(zhǎng)狀態(tài)、生長(zhǎng)密度等因素的影響[7]。

4.5 生物除磷脫氮技術(shù)

該技術(shù)在污水處理中有著較為廣泛的應(yīng)用，有著較為良好的污水處理效果。具體實(shí)踐中該技術(shù)可以將污水中的磷有效去除，磷處理中發(fā)揮主要作用的是聚磷微生物，其可以吸收廢水中的磷。當(dāng)前假單胞菌、氣單胞菌和不動(dòng)桿菌都是常見(jiàn)的生物除磷常用的菌種。

污水富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因是氮元素含量較多，可以在封閉、半封閉的污水中應(yīng)用生物脫氮技術(shù)。污水脫氮處理中應(yīng)用效果較好的為水解-好氧生物，其可以將厭氧過(guò)程控制在水解酸化階段。和傳統(tǒng)污水處理方式相比，生物除磷脫氮技術(shù)在印染廢水、焦化廢水、表面活性劑廢水處理中有著較高的去除效率，能夠提高COD 去除率，實(shí)現(xiàn)污水水質(zhì)改善的效果。

4.6 電氣節(jié)能優(yōu)化控制方法

在污水處理過(guò)程中，離不開(kāi)各類(lèi)電氣系統(tǒng)，而電氣設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行需要消耗一定的資源，污水處理節(jié)能優(yōu)化控制方法中，重要途徑之一就是電氣節(jié)能優(yōu)化。近些年煤炭資源緊缺，電能供應(yīng)受到影響，甚至有的地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)限電行為。當(dāng)前我國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)都加大了節(jié)約用電的力度，這對(duì)于節(jié)約電能，促進(jìn)社會(huì)持續(xù)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展有著積極意義。污水處理中可以從電能節(jié)約入手，加強(qiáng)改進(jìn)優(yōu)化電氣系統(tǒng)，積極改造創(chuàng)新，提高電氣節(jié)能水平，盡量避免在污水處理過(guò)程中出現(xiàn)短路、閉路等問(wèn)題。工作人員在日常巡檢中需要加強(qiáng)電線損耗的重視，在電纜敷設(shè)過(guò)程中盡量選擇優(yōu)質(zhì)電纜，將后期維修費(fèi)用減少，同時(shí)避免電路問(wèn)題引發(fā)安全事故[8]。

高品質(zhì)的變壓器有助于污水處理工作的穩(wěn)定進(jìn)行。污水處理通常需要全天運(yùn)作，有著較大的工作量，消耗較多的電能，這對(duì)供電系統(tǒng)要求更高。為保證供電正常，應(yīng)盡量降低配件的損耗，將供電線路縮短，同時(shí)預(yù)防線路問(wèn)題。此外，工作人員還要合理選擇輸電材料，將電流輸送過(guò)程中出現(xiàn)電阻的問(wèn)題有效減少，從而將電能損耗降低。污水中含有的元素較多，電路可能受到不同元素的影響容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題，銅質(zhì)線纜電阻小且反腐蝕能力強(qiáng)，所以污水處理廠常常選用銅線作為電路主要線路。通過(guò)優(yōu)化污水處理過(guò)程中電氣系統(tǒng)，可以避免意外事故的發(fā)生，有助于控制不必要的支出，有助于節(jié)約電能，進(jìn)而達(dá)到污水處理節(jié)能效果。

4.7 人工智能技術(shù)優(yōu)化曝氣環(huán)節(jié)

在曝氣環(huán)節(jié)使用智能技術(shù)能夠高效處理水質(zhì)參數(shù)、設(shè)備能耗等復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)信息，將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需信息提取出來(lái)?？蒲腥藛T針對(duì)污水處理中曝氣環(huán)節(jié)可以加強(qiáng)改造，比如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析污水處理系統(tǒng)能耗情況，通過(guò)對(duì)水質(zhì)和能耗影響因素關(guān)系的歷史數(shù)據(jù)的深入分析，建立活性污泥分析模型，確定水質(zhì)和能耗的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，可以依靠預(yù)測(cè)控制技術(shù)對(duì)曝氣系統(tǒng)控制器的控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，消除生化反應(yīng)和污水處理負(fù)荷不確定性帶來(lái)的影響，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)控制設(shè)備的運(yùn)行。

5 環(huán)境污水處理過(guò)程中節(jié)能控制保障措施

5.1 優(yōu)化污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)和設(shè)備控制模式

在規(guī)劃設(shè)計(jì)城市環(huán)境污水處理設(shè)施時(shí)，首先要建立分析模型，然后對(duì)建筑物和機(jī)械設(shè)備的安裝布局進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化要充分考慮設(shè)備運(yùn)行性能指標(biāo)，通過(guò)合理的途徑有效的對(duì)污水處理過(guò)程中的能耗及生產(chǎn)成本進(jìn)行控制，例如變頻調(diào)速與自動(dòng)化控制功能設(shè)備的合理選擇等。其次，需要對(duì)污水處理設(shè)施進(jìn)行評(píng)估，檢查其運(yùn)行狀態(tài)及控制模式，將自動(dòng)化控制系統(tǒng)或者變頻控制裝置安裝于污水處理提升泵等設(shè)備中，達(dá)到控制精度提升的作用。

5.2 改善污水處理各項(xiàng)技術(shù)

在污水處理中應(yīng)遵循節(jié)能性的原則，通過(guò)合理的措施降低應(yīng)用成本，并改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，提高污水處理效率。通過(guò)改良設(shè)備，例如污水提升泵改造中可以積極使用智能一體化技術(shù)，這樣一臺(tái)水泵工作狀況就能夠得到良好的改善，還可以采用自動(dòng)化技術(shù)控制水流量，促進(jìn)水泵運(yùn)行效率的提升，同時(shí)污水對(duì)設(shè)備的不良影響也得到有效控制。在工業(yè)廢水及生活污水處理中，曝氣機(jī)較為常見(jiàn)，其主要應(yīng)用于生化池方面，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能方面的研究也至關(guān)重要。當(dāng)前隨著節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，工作人員可以加強(qiáng)對(duì)曝氣機(jī)的改造，改善了其應(yīng)用效果。此外，對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)能耗大的問(wèn)題進(jìn)行改善，可以顯著增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行節(jié)能效果。在污水處理過(guò)程中，曝氣系統(tǒng)有著較大的能耗，需要高度重視其節(jié)能降耗改造，不斷的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)合理的改善曝氣系統(tǒng)能夠強(qiáng)化其節(jié)能效果。在污水處理過(guò)程中，污泥回流泵能夠?qū)⒊恋沓刂械奈勰嗷厥盏絽捬醭刂?，通過(guò)控制回流比，能夠改善回流泵的功效，并促進(jìn)污泥處理效率的提升，提高污泥的處理水平，促進(jìn)能耗的降低。在具體應(yīng)用中能夠更好的降低應(yīng)用成本，值得廣泛的應(yīng)用和推廣。

5.3 根據(jù)工業(yè)園區(qū)條件合理應(yīng)用

工業(yè)園區(qū)若是具備相應(yīng)條件可以對(duì)廢水的綜合治理及循環(huán)利用進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)企業(yè)間用水的串聯(lián)用水、分質(zhì)用水、一級(jí)用水及梯級(jí)利用，并通過(guò)長(zhǎng)效機(jī)制的建立，促進(jìn)企業(yè)用水成本的降低，這樣能夠提升制水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠提升環(huán)境效益，有利于能碳減排的實(shí)現(xiàn)。積極應(yīng)用和推廣新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等，促進(jìn)廢水“近零排放”的實(shí)現(xiàn)，例如高效冷卻、洗滌、加濕、循環(huán)用水、廢污水再生利用等技術(shù)。以鋼鐵企業(yè)為例，其高爐沖渣水經(jīng)過(guò)沉淀后，燒結(jié)工藝的混合機(jī)添加水可使用焦化廢水的處理水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、余熱鍋爐的排污水等，提升了水資源的利用率。

結(jié)語(yǔ)

污水處理技術(shù)的發(fā)展完善不但可以將城市污水問(wèn)題有效解決，還能夠控制城市污水的排放量，減少污染城市周邊環(huán)境的概率，改善城市發(fā)展水平和城市居民居住環(huán)境水平。在污水處理中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)符合可持續(xù)發(fā)展理念，相關(guān)工作者應(yīng)加大生物膜、生物制劑、細(xì)胞固定技術(shù)等節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，并積極利用智能化技術(shù)，提高污水處理的節(jié)能水平。