城鎮(zhèn)生活污水處理技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能降耗研究

李 偉

（慶陽市供排水公司，甘肅 慶陽 745000）

1 國內(nèi)污水處理能耗綜述

當(dāng)前，在改革開放的歷史背景下，我國的城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致城市的污水排放總量持續(xù)增加，且相應(yīng)的城市水污染問題也日益突出。而在治理水污染的過程中，污水處理能耗過大的問題受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。但在以前，因?yàn)檎块T只注重發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，并沒有對(duì)此項(xiàng)工作給予足夠的重視，從而在很長一段時(shí)間內(nèi)一直使用傳統(tǒng)的處理技術(shù)。而現(xiàn)階段，以犧牲環(huán)保和能耗為代價(jià)來發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的弊病已嚴(yán)重突出，因此，在大力推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的過程中，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)污水處理技術(shù)的節(jié)能降耗，已成為當(dāng)前水處理工作中的重要挑戰(zhàn)[1]。通常情況下，污水處理廠的能耗主要在于能源消耗，其中用電能耗費(fèi)用最高可達(dá)污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的70%，所以，這項(xiàng)工作的重點(diǎn)在于：要實(shí)現(xiàn)有效降低污水提升泵以及相應(yīng)處理設(shè)備等的用電量，且如何應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新來落實(shí)這一要求，已成為相關(guān)部門關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 污水處理的節(jié)能降耗措施

2.1 應(yīng)用污水提升泵

污水提升泵的應(yīng)用，主要目的是在于降低污水處理過程中應(yīng)用的電能，這就需要有關(guān)人員要科學(xué)合理地選用污水提升泵，并兼顧污水提高泵的綜合性能。例如，可在污水提升泵中增加變頻器控制，這樣就可以合理地減少污水提升泵的揚(yáng)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了節(jié)省電力的效果。同時(shí)，還可以通過合理降低污水提升泵的用水量，以在一定程度上提高電能的使用率，從而降低了維修工作量，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。同時(shí)，變頻器還可以自動(dòng)地調(diào)整污水處理裝置的速度，實(shí)現(xiàn)在出水達(dá)標(biāo)的前提下減少自動(dòng)化泵的揚(yáng)程，從而使污水提升泵獲得了最佳的工作效率。此外，污水提升泵的功率因素與其流量、有效功率、泵揚(yáng)程等都存在著相應(yīng)的線性關(guān)系，比如，流速因素與污水提升泵的有效功率因素呈反比例，而有效功率因素則與污水提升泵成三次方正比，所以，有關(guān)人員在污水提升泵的設(shè)計(jì)過程中[2]，往往需要通過變頻器調(diào)速的方法，來增加污水提升泵的輸出功率，從而使污水提升泵可以在有變頻器的狀況下正常工作，也因此有效地減少了污水提升泵的能量消耗。

2.2 應(yīng)用曝氣系統(tǒng)

曝氣體系是工業(yè)污水處理工藝技術(shù)中的核心技術(shù)，之所以選用更高效的曝氣裝置，因?yàn)檫@是工業(yè)污水處理工藝與技術(shù)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。首先，要改變鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，例如，使用離心式鼓風(fēng)機(jī)就可以提高曝氣設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，一方面，選擇高效率的鼓風(fēng)設(shè)備能有效提高氧的傳質(zhì)效率，使鼓風(fēng)設(shè)備能夠長時(shí)間地滿負(fù)荷運(yùn)行；而另一方面，離心式鼓風(fēng)機(jī)還具有變頻調(diào)控的功能，能精確控制曝氣量。其次，相關(guān)工作人員還應(yīng)制定精確的曝氣解決方案，從而解決微孔曝氣表面積比大的問題，而且，還可以通過使用智能系統(tǒng)來設(shè)計(jì)曝氣流量的控制方案，但目前，大多數(shù)的工廠都采用人工調(diào)節(jié)曝氣的方式。相比于智能調(diào)控，人工調(diào)節(jié)的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，也比較依賴于人工的精確計(jì)算，因此，節(jié)能效果遠(yuǎn)不如智能控制系統(tǒng)。

此外，閥門開度與氣量控制也都需要模型的精確計(jì)算，而使用智能控制系統(tǒng)就比較容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)還能對(duì)污水處理設(shè)備的曝氣量進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，且一些微小的變化都能被檢測(cè)到，這為曝氣系統(tǒng)提供了智能化的工具。此外，相關(guān)工作人員還可以利用智能控制系統(tǒng)對(duì)曝氣量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而使污水處理過程中的曝氣、底物等均達(dá)到平衡。

2.3 節(jié)約自來水的消耗

節(jié)省自來水的耗費(fèi)也是污水處理廠創(chuàng)新與節(jié)水降耗的主要目標(biāo)，特別是在污泥脫水技術(shù)的使用過程中，會(huì)形成大量水資源的耗費(fèi)，這對(duì)于一些極度缺乏水資源的大型都市無疑是雪上加霜。所以，企業(yè)必須要構(gòu)建完整的調(diào)節(jié)機(jī)制，以發(fā)掘污水處理中各環(huán)節(jié)的自來水減耗的潛能。通常，工業(yè)產(chǎn)品中自來水耗費(fèi)主要包含了風(fēng)機(jī)制冷水、綠化加水、反沖水以及清洗的車間水等，為了有效控制企業(yè)成本，有關(guān)主管部門必須清楚各部分的能源要求，進(jìn)而再提出合理節(jié)能降耗的方法。同時(shí)，還要加大對(duì)節(jié)約自來水消耗的宣傳，使全體企業(yè)職工都投入到污水處理創(chuàng)新和節(jié)能降耗的工作中來。

2.4 污泥的綜合利用

在污水處理過程中，會(huì)形成大量的淤泥，但要想制止二次污染的形成，就必須對(duì)污泥進(jìn)行集中處理。一般來說，污水處理所產(chǎn)生的污泥無外乎回填、農(nóng)用、垃圾焚燒，盡管減少了環(huán)境污染，但并不能實(shí)現(xiàn)污泥的綜合利用，因此，如果要使污泥實(shí)現(xiàn)再利用性質(zhì)，就可以將其變成建材[3]，這樣一來，不僅解決了污泥二次污染的問題，還實(shí)現(xiàn)了污泥的再利用，也賦予了污泥一定的利用價(jià)值。此外，通過將污泥進(jìn)行資源化利用，既實(shí)現(xiàn)了循環(huán)使用的目的，又可以合理地減少生產(chǎn)所需能源，從而達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。

3 在污水處理過程中實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新的有效途徑

3.1 在深度處理技術(shù)上的有效優(yōu)化

在實(shí)施深度處理技術(shù)以前，必須先對(duì)工藝技術(shù)的可行性進(jìn)行分析，并且，還必須實(shí)現(xiàn)科技經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。所以，在實(shí)際處理中，就要盡可能地在初級(jí)、二次深處理工藝中，將空氣污染物中所包含的氮磷等物質(zhì)全部去掉，然后再實(shí)施深層處理技術(shù)，可通過應(yīng)用物理或生物處理技術(shù)來進(jìn)一步將污水中所含有的有機(jī)物進(jìn)行清除。在整個(gè)深度處理工藝中，其最核心的部分就是過濾工序，并在此基礎(chǔ)上，再通過混凝沉淀來保證實(shí)際的處理效果，從而達(dá)到處理標(biāo)準(zhǔn)的要求。

當(dāng)前，最普遍采用的深度處理工藝流程是：由高效混凝池和斜管（板）式沉淀罐組成相應(yīng)的基礎(chǔ)處理裝置，在此基礎(chǔ)上再加入過濾裝置，從而最大程度地達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)。而在這一階段的深度處理工藝技術(shù)中，進(jìn)行了如下革新：第一種方法是以高效混凝沉淀池結(jié)合V型過濾池的處理技術(shù)來構(gòu)成深度處理工藝，而另一種方法是以微砂循環(huán)的高速沉積加上V型過濾池。以上方法通過科學(xué)研究證明，如果單純使用其中一個(gè)新工藝難免會(huì)出現(xiàn)某些漏洞，因此，必須把二者加以融合應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的目的，才能達(dá)到對(duì)污染物的有效節(jié)能管理。

3.2 污水處理設(shè)備的節(jié)能降耗

首先，泵是進(jìn)行污水處理所必需的重要機(jī)械設(shè)備，但由于這一機(jī)械設(shè)備的使用種類較多，且對(duì)應(yīng)的能源用量較大。所以，就針對(duì)此處理工藝環(huán)節(jié)提出了具體要求，要合理選用尺寸適當(dāng)?shù)谋醚b置，還要做到對(duì)變頻泵工藝參數(shù)的統(tǒng)一管理，從而使具體工藝參數(shù)的設(shè)定符合設(shè)計(jì)需要，這樣就可以通過靈活的處理工藝進(jìn)行節(jié)水降碳。

其次，是鼓風(fēng)與曝氣道上的裝置選型問題，這部分也是整個(gè)污水處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以，對(duì)這部分領(lǐng)域的節(jié)能研究也必不可少。通常情況下，會(huì)選擇機(jī)械曝氣這一裝置，這也是比較普遍的方法，但應(yīng)該考慮室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)池的控制作用[4]，以此達(dá)到生物反應(yīng)池的水量恒定，或選擇空氣懸浮離心送風(fēng)機(jī)，是通過空中對(duì)氣量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)約能耗的目的；并且，這一裝置的正常操作也不需要維修保養(yǎng)，也能夠相應(yīng)減少投入。

最后，在爆頭裝置上必須要選用能夠達(dá)到制氧效率較高，且相應(yīng)的操作維修投入成本較低的裝置。一般情況下，會(huì)選用橡膠隔膜型微孔裝置，這樣在達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)的時(shí)候，也能夠減少爆裂問題的發(fā)生，也因此會(huì)提高這一裝置的壽命。

3.3 工藝技術(shù)創(chuàng)新

當(dāng)前，國內(nèi)外在污水處理技術(shù)上，所使用的工藝技術(shù)大致分為以下幾類：BAF法（如圖1所示）、SBR法（如圖2所示）以及A210法（如圖3所示）和細(xì)菌膜法等，特別是以A210的處理技術(shù)較為普遍，處理效能相當(dāng)好。該技術(shù)除具有獨(dú)特的污水處理工藝流程外，還在操作方式上進(jìn)行了進(jìn)一步革新。在實(shí)際應(yīng)用中，具體的設(shè)計(jì)是，首先要進(jìn)行生化池的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，以確保在實(shí)際的污水處理階段，能有效適應(yīng)實(shí)際水質(zhì)、水量等變化，然后再進(jìn)行相關(guān)處理裝置的合理可靠配置和操作，最后達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

圖1 BAF污水處理法

圖2 SBR污水處理法

圖3 A210污水處理法

3.4 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，在部分城市的生活污水處理中，膜分離法技術(shù)已取得了快速進(jìn)展，并且，通過該技術(shù)處理后的土地和水體還可以重復(fù)使用。不過，膜分離法技術(shù)盡管具備相當(dāng)?shù)那罢靶?，且達(dá)到了不錯(cuò)的生活污水處理效果，但由于反復(fù)使用的處理膜會(huì)導(dǎo)致其處理能力逐漸減弱，進(jìn)而形成了嚴(yán)重的膜環(huán)境污染問題。因此，在今后的發(fā)展趨勢(shì)中，應(yīng)用該技術(shù)首先要解決的就是膜污染環(huán)境的問題。此外，由于當(dāng)前的技術(shù)大多是先通過處理濾液、再改善處理環(huán)境等方式來進(jìn)行處理，盡管能把濾液中的大粒子及時(shí)處理掉，使膜污染環(huán)境的程度降低，但也要花費(fèi)較多的人力資源和時(shí)間，所以，該技術(shù)的發(fā)展仍然深受膜污染環(huán)境的影響。

3.5 水泵和調(diào)節(jié)池的應(yīng)用

這兩種設(shè)備是城市污水處理過程中的重點(diǎn)裝置，而對(duì)于處理成本而言也是非常重要的因素。這主要是因?yàn)楸迷诔鞘形鬯幚硌b置中的數(shù)量較多，其節(jié)水降碳的任務(wù)比較繁重。在實(shí)際應(yīng)用中，一旦裝置通過變頻泵工藝的調(diào)整，就只能確保工藝參數(shù)的設(shè)定只符合相應(yīng)的要求。所以，就要通過不斷地改進(jìn)工藝技術(shù)，以更加靈活地利用設(shè)備的調(diào)控功能來達(dá)到節(jié)約降耗的總體目標(biāo)。而在城市污水處理過程的重要核心環(huán)節(jié)中，該設(shè)備通常會(huì)占總功率的50%以上[5]。當(dāng)前，在技術(shù)革新后，采用機(jī)械曝氣的方法已比較普遍，調(diào)節(jié)池的控制作用能促進(jìn)生物反應(yīng)從而達(dá)到凈化的目的，而應(yīng)用空氣懸浮粒子通風(fēng)機(jī)也能合理地調(diào)整風(fēng)速。同時(shí)，這種裝置還不需要定期保養(yǎng)，從而也相應(yīng)節(jié)省了生產(chǎn)成本。此外，在曝氣裝置的選用上，要盡可能選用氧效率高的裝置，比如橡膠隔膜型的微孔裝置，這樣就可以在達(dá)到降耗要求的同時(shí)，還能防止出現(xiàn)爆炸問題，同時(shí)，也延長了裝置的使用壽命。

3.6 生物濾池的應(yīng)用

生態(tài)濾池的填料技術(shù)大多是塑料和碎石塊，是由人工方式組成的生態(tài)處理體系，在實(shí)際應(yīng)用中，可利用污染物和填充物表面的細(xì)菌膜空隙，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然水域凈化的目標(biāo)。通常情況下，顆粒較大的污染物可利用人工填料技術(shù)消除，而水解性較強(qiáng)的污染物可利用細(xì)菌膜空隙分解。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：處理效果相對(duì)較為理想，對(duì)周圍環(huán)境的危害系數(shù)也較小。同時(shí)，由于用地面積較小，總體構(gòu)造簡(jiǎn)潔，以及可以進(jìn)行智能化技術(shù)管理，有效地減少了勞動(dòng)力成本，且管理起來也較為方便。此外，因使用的是自然通風(fēng)，有效地節(jié)省了曝氣成本；而且，還不需要電力的高效支撐，穩(wěn)定性也較高。所以，利用這個(gè)技術(shù)可以很好地解決水體污染管理問題，其處理效果也較為理想。當(dāng)前，不少地方已積極引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)，未來前景不錯(cuò)。

3.7 厭氧生物處理技術(shù)的應(yīng)用

厭氧生物處理技術(shù)的基本原理是，在無氧環(huán)境下利用厭氧微生物有效溶解污水中的有機(jī)質(zhì)。通常，該工藝技術(shù)大多被應(yīng)用于解決高含量的有機(jī)合成污水中。但在污染日益嚴(yán)重和能量缺乏的背景下，因?yàn)樵趨捬鯛顟B(tài)生物處理過程的產(chǎn)品中存在高能量物質(zhì)，逐漸引起了人們的重視。近年來，意大利、荷蘭、哥倫比亞、印度、巴西等發(fā)達(dá)國家也開始根據(jù)生活污染物量大、含量低的特性，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并且投放了較多的生產(chǎn)性設(shè)備。近年來，我國也逐漸加強(qiáng)了對(duì)該方面的科研力量，而較早開展研究厭氧法處置城市生活污染物的是中國市政工程西南設(shè)計(jì)院，還有，北京市環(huán)境科技研究院也開展了厭氧水解－好氧工藝，清華大學(xué)環(huán)境工程系也進(jìn)行了這方面的科學(xué)研究。

3.8 人工濕地技術(shù)的應(yīng)用

人工濕地污水處理技術(shù)是典型的土地管理技術(shù)，主要是利用天然濕地公園體系，以及利用物理、生態(tài)和化學(xué)等協(xié)同效應(yīng)逐步消除水體的污染。該工藝的主要處理過程包括：吸收、過濾、離子交換和植物吸收等。在實(shí)際應(yīng)用中，這項(xiàng)技術(shù)可以很好地緩解城市生活污水處理困難問題，同時(shí)也可以作用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污泥，主要包括：被土壤中重金屬根離子污染的飲用水、礦山污泥以及生活垃圾滲濾液等，因此，該技術(shù)有著十分廣闊的使用前景。

人工濕地管理控制系統(tǒng)主要包括表層流動(dòng)人工濕地管理控制系統(tǒng)和潛流人工濕地管理控制系統(tǒng)。其中，表層流動(dòng)人工濕地管理是在各種淡水池或池塘的主要渠道中栽植各種種類的水生植物，并利用種植植物的深淺與密度系數(shù)的差異來有效改善人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，從而保持污水處理的高效平衡，其管理方法是通過濕地土壤在各區(qū)域中好氧程度的差異，實(shí)現(xiàn)生物脫氮的功能。而潛流人工濕地環(huán)境處置體系一般的工作機(jī)制是通過使用粘附于礫石或水生植物根部的細(xì)菌溶解水體污染物。許多科學(xué)研究均已證實(shí)，人工濕地對(duì)于處理廢水有著良好的去除效果。同時(shí)，因?yàn)槿斯竦赜兄顿Y少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)易以及操作維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于城市中缺乏健全的污水管網(wǎng)體系的區(qū)域和城鎮(zhèn)。