城市環(huán)境污水處理過程節(jié)能優(yōu)化控制方法探索

張永合

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，蘭州 730021）

在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的當(dāng)下，城市化進程不斷加快，保護生態(tài)環(huán)境的理念已經(jīng)深入人心，綠水青山就是金山銀山的理念進一步得到了貫徹落實。這是因為過去我國采取的粗放式經(jīng)濟發(fā)展模式，經(jīng)過實踐已經(jīng)得到認(rèn)證是不適宜我國社會經(jīng)濟發(fā)展模式的。盡管在一定時間內(nèi)粗放式的經(jīng)濟發(fā)展模式確實起到了提升經(jīng)濟水平，改善人民生活水平的作用，但是從長遠(yuǎn)來看，粗放式的經(jīng)濟發(fā)展模式也對我國的生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞與威脅。引發(fā)了大氣污染、水污染、噪音污染和垃圾污染等。對于人體的生命健康、安全更是有著嚴(yán)重的影響。那么在今天我國的社會經(jīng)濟水平集聚發(fā)展的情況下，在我國成為了世界第一大經(jīng)濟體時，人們的生活質(zhì)量水平與之提高的現(xiàn)狀下，隨之而來的環(huán)境問題卻又變相地降低了人們的生活質(zhì)量。尤其是在城市化進程中。由于早期城市規(guī)劃不完善、不標(biāo)準(zhǔn)及后期人口快速增加，城市間日益減少及生產(chǎn)規(guī)劃不規(guī)范等問題導(dǎo)致城市污水成為影響城市居民的一個重要問題。

對此，城市管理者需要使用對應(yīng)的污水處理技術(shù)，重新還城市居民一個綠水藍(lán)天。怎樣處理好城市的污水工作關(guān)系到城市居民能否健康舒適地在城市中繼續(xù)生活下去，也是城市環(huán)境工程改造，平衡人與生態(tài)關(guān)系的重要舉措。但在污水處理過程中，又出現(xiàn)了新的問題，那就是污水處理技術(shù)消耗的能源較多，城市需要承擔(dān)過高的成本。尤其是中西部地區(qū)和經(jīng)濟水平偏低的城鎮(zhèn)，長時間下去將無力承擔(dān)，最終導(dǎo)致污水橫流，城市環(huán)境被破壞。這一幕過去在不少城市已經(jīng)上演過了。因此，對于城市管理者而言，需要考慮的不僅是處理污水，還要完善該技術(shù)，實現(xiàn)對其的優(yōu)化節(jié)能控制，這樣能夠減少成本需求和能源消耗，這才符合國家號召的可持續(xù)發(fā)展社會的建設(shè)要求。

1 城市污水的主要來源

城市由于其承擔(dān)了居民的生活生產(chǎn)工作等重要功能，帶來了許多不同種類的污水。最為常見的就是生活污水，從人們?nèi)粘Ｊ褂玫南床颂悦姿經(jīng)_刷衛(wèi)生間的用水，還有清洗家居環(huán)境等相關(guān)用水，相對而言，生活污水由于生活特性會存在大量的有機污染物，如果未經(jīng)處理直接排放，會給城市的土壤帶來嚴(yán)重的危害。許多人認(rèn)為，生活污水不都是生活中使用完的污水，甚至還可以二次利用，怎么會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染呢？實際上是生活污水中自帶的有機污染物和不同的元素，在多重因素作用下，不處理的話將直接影響外界環(huán)境。城市污水中污染最厲害的往往就是工業(yè)廢水，對于外界環(huán)境的影響最大。許多重工業(yè)城市早起排出的污水更是能直接污染一整條河流。所以，工業(yè)污水不進行有效處理，無論其如何排出，都將對周圍環(huán)境和人造成嚴(yán)重威脅。即便經(jīng)過處理，工業(yè)廢水也可能存在難以降解的有毒物質(zhì)，還是會污染周邊環(huán)境，這需要相關(guān)技術(shù)人員不斷努力研發(fā)新技術(shù)。還有一種是城市的徑流污水。由于雨雪天氣的影響，天空中的降水在沖刷了建筑物和街道以后，將廢渣、垃圾和雜質(zhì)等一同帶入下水道中，形成城市徑流污水。表面上看徑流污水的危害不大，但是由于徑流過程中摻雜的物質(zhì)未知，所以也需要進行處理再排出。城市污水由于多種污水的混合導(dǎo)致雜質(zhì)復(fù)雜，多種元素在化學(xué)反應(yīng)后強化了污水處理的難度。

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

自21世紀(jì)以來，節(jié)能減排成為世界各國發(fā)展面臨的首要課題。一方面是隨著世界人口的快速增長，世界各國的能源消耗與日俱增，尤其是發(fā)達國家和發(fā)展中國家的工業(yè)化進程持續(xù)推進。無論是工業(yè)生產(chǎn)還是其他行業(yè)的發(fā)展，都無比依賴能源的消耗。能源消耗的快速增加對于各國的發(fā)展而言都是一個巨大的負(fù)擔(dān)。尤其是水資源的消耗。本身水資源的使用就是各行業(yè)都離不開的重要資源。而伴隨著人口的快速增長，相對應(yīng)的水資源的消耗也是與日俱增。而優(yōu)化廢水治理是減少水資源消耗的一個重要手段。通過對污水的有效處理，一方面可以減少污水處理過程中對凈水資源的消耗，另一方面也可以在一定程度上加強對水資源的循環(huán)利用，這是人類社會建立可持續(xù)發(fā)展社會的重要途徑。尤其對于我國而言，在南水北調(diào)工程實施以后，我國南方地區(qū)的地下水位已經(jīng)出現(xiàn)干涸及地層下降的現(xiàn)象，對于我國總體發(fā)展而言是不利的。因此利用污水處理技術(shù)手段來減少水資源的消耗，提高對污水的循環(huán)使用，能夠?qū)λY源的消耗減少到最低。同時也能夠最大程度地降低水污染，可謂一舉兩得。

2.2 優(yōu)化城市環(huán)境污水處理條件

城市化進程的快速推進，使得城市污水混雜了居民污水、工業(yè)廢水等多種污染水源。那么多種污染水源的混合夾雜著不同的污染雜質(zhì)，對于污水處理就提出了較高的要求。現(xiàn)階段來說，東南沿海城市由于城市經(jīng)濟發(fā)展實力較強，有著較好的污染處理技術(shù)手段和機械設(shè)備能力。而對于中西部城市和偏遠(yuǎn)農(nóng)村等地區(qū)來說，其對于污水的處理無論是技術(shù)手段還是機械設(shè)備等都較弱。因此污水復(fù)雜化的本身也是對污水處理能力技術(shù)要求不斷更新?lián)Q代的一個重要原因。相對于城市環(huán)境污水處理的要求，本身基礎(chǔ)設(shè)施就應(yīng)當(dāng)不斷進行更新?lián)Q代，并且對于節(jié)能優(yōu)化也有較高的要求。如果在污水處理過程中無法實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化，那么就意味著污水處理成本的增加，這對于城市的發(fā)展無疑是一大阻力。而高額的成本往往也會讓城市管理者不愿繼續(xù)堅持。處理污水，反而會阻礙城市污水處理事業(yè)的進一步發(fā)展。因此研究好污水節(jié)能優(yōu)化的控制方法，在一定程度上能夠幫助城市減少污水處理成本、優(yōu)化污水處理手段和提高污水處理效率。

2.3 推動經(jīng)濟效益的增長

現(xiàn)在優(yōu)化技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，一方面能夠有效處理城市污水問題，另一方面還能夠有效解決城市大量污水的排出，減少對城市周邊環(huán)境的污染，對于城市的發(fā)展和城市居民居住環(huán)境的改善都是有較大好處的。此外，良好的節(jié)能優(yōu)化控制方法能夠降低污水處理所需的時間，減少污水處理所需的實際成本，加快污水處理的實際效率，也能夠減少污水給周邊環(huán)境帶來的危害。同時可以降低城市處理污水污染所帶來的其他費用。因此污水處理節(jié)能優(yōu)化控制方法對于一個城市的發(fā)展而言，無疑是非常重要的，從總體來看，在節(jié)約了污水處理成本的同時，也降低了對凈水能源的消耗。是未來我國建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會的主要途徑。

3 城市環(huán)境污水處理過程節(jié)能優(yōu)化控制方法

3.1 污水生物脫氮法

城市環(huán)境污水處理過程中，由于居民用水量較大，居民用水中經(jīng)過多環(huán)節(jié)的反復(fù)污染，污水中本身的雜質(zhì)較多使得水體富營養(yǎng)化，這一直以來是一個難以解決的突出問題。怎樣將污水中的氮和磷去除，長期以來都是污水處理廠面臨的一個主要課題。如果水體的富營養(yǎng)化沒有及時得到處理，那么排出的污水將對周遭的環(huán)境造成較大的威脅，尤其是動植物。甚至將對整個生態(tài)環(huán)境造成不可逆的危害。當(dāng)前我國已經(jīng)有對水體富營養(yǎng)化較為豐富的處理經(jīng)驗。通常使用生物處理方法，也就是借助于生物化學(xué)反應(yīng)來達到污水脫硫、除氮、除磷的目的。從實踐經(jīng)驗來看，生物處理方法在一定程度上運用成本不高，處理時間較快，是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的不二選擇。某些城市的水體富營養(yǎng)化存在較為復(fù)雜的情況。需要考慮污水中存在的不同類型雜質(zhì)，然后選擇合適的生物手段及對應(yīng)的反應(yīng)池來進行處理。城市污水中有著不溶于水體的氮，可以考慮利用沉淀過濾的方式將這一類氮去除。這樣一方面能夠減少生物反應(yīng)池處理氮的消耗，也能夠強化污水處理最終效果，可謂是一舉兩得。

3.2 反硝化除磷方法

城市污水中存在較大一部分需要處理的化學(xué)成分就是磷。反硝化除磷方法是利用細(xì)菌攝取磷酸鹽的方法來完成硝酸氮向氮氣轉(zhuǎn)化的這一過程。而細(xì)菌的使用能夠最大程度實現(xiàn)對污水的有效處理，并且可以降低對能源的消耗，減少對周邊環(huán)境的影響。其原理就是在富營養(yǎng)化環(huán)境下因為環(huán)境中缺少化學(xué)需氧量的影響，使得基質(zhì)成分轉(zhuǎn)化，那么磷酸鹽在被細(xì)菌大量攝取的過程中，其內(nèi)部就會出現(xiàn)聚磷酸鹽成分。而在這一過程中，細(xì)菌由于攝取了大量的磷酸鹽得到了補充，就會出現(xiàn)增殖的情況。一般來說，藻類細(xì)胞中含有較多的聚磷酸鹽成分。在厭氧的情況下，能夠轉(zhuǎn)化水中基質(zhì)，將原有基質(zhì)化合物進行轉(zhuǎn)變。同時將磷酸鹽成分排出于細(xì)胞體外。通過這一系列化學(xué)反應(yīng)后，污水中富含的磷會逐漸聚集在細(xì)菌中，細(xì)菌再通過不斷的繁殖反復(fù)地吸收污水中的磷，經(jīng)過如此反復(fù)循環(huán)的操作以后，再將污水中剩余的污泥進行排放。最終達到降低污水中的含磷量。從實踐結(jié)果來看，在美國等發(fā)達國家已經(jīng)研究出一系列較為有效的處理技術(shù)。我國的一些研究機構(gòu)也創(chuàng)造了除磷工藝并投入使用。從結(jié)果來看，對磷的去除率最高能達到90%以上，從而實現(xiàn)在污水中除磷的效果。

3.3 電氣節(jié)能優(yōu)化控制方法

污水處理控制的過程中，除了需要消耗大量的凈水資源，對電氣能源的需求也是相對較大的，因此，為了實現(xiàn)我國社會可持續(xù)發(fā)展，做好電氣節(jié)能優(yōu)化工作是非常有必要的。尤其是近些年我國的電能受煤炭減產(chǎn)的影響，不少地區(qū)甚至出現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)和居民生活用電斷電的情況。為此在全國范圍內(nèi)進行電力調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，還需要各個城市節(jié)約電能使用，才能保證電能的長期穩(wěn)定運用。所以從電氣節(jié)能優(yōu)化控制工作的角度入手，要做好相關(guān)的電路維修管理工作。盡可能地減少短路、閉路的突發(fā)事故發(fā)生。平常巡檢工作中要關(guān)注電線的損耗，在鋪設(shè)電纜線路時，應(yīng)當(dāng)使用質(zhì)量好的管線，這樣可以減少維修的費用，也可以避免因為電路質(zhì)量不合格而帶來的意外事故所造成的額外支出。在污水處理工作中，一個良好的變壓器能夠有效地保證污水處理穩(wěn)定運行。這是因為污水處理廠需要全天進行運作，同時其工作量較大，需要耗費的電能較多，這就對供電有著更為嚴(yán)格的要求。因此從配件的角度來看，要降低電能損耗，就不要鋪設(shè)過多的供電線路，避免線路出現(xiàn)意外。此外，合理的輸電材料選擇也是非常有必要的，能夠減少電流輸送過程中的電阻，從而降低電能的損耗。此外，由于污水處理環(huán)節(jié)中多種元素的作用，容易對電路造成腐蝕。而銅制線纜的電阻力相對較低，同時具有較高的反腐蝕性。因此目前污水處理廠中的電路主要還是以銅制為主。從實際結(jié)果來看，只有從方方面面都做好電氣節(jié)能優(yōu)化工作，避免污水處理工作中產(chǎn)生意外事故，才能真正做到降低額外支出，節(jié)約電能使用，保證污水處理工作順暢運行。

3.4 污水處理單元的條件優(yōu)化方法

污水處理單元的條件優(yōu)化屬于污水處理中優(yōu)化控制的技術(shù)階段，可以說是目前較為有效的一種節(jié)能優(yōu)化的方式。那么根據(jù)其使用內(nèi)容，可以將其歸納為3點。首先是對于不同的污水處理情況，應(yīng)當(dāng)先根據(jù)處理污水的最終達到的效果來制訂合理的處理方案。這樣一方面可以根據(jù)方案有序地推進工作，另一方面也能夠提高整個污水處理的效率，避免相關(guān)工作人員像無頭蒼蠅一樣無序工作，從而拉低整體的工作效率。其次，是對于污水的處理單元，由于污水處理單元內(nèi)容較為豐富，情況復(fù)雜，也有著各式各樣的特點，因此按照經(jīng)驗或借鑒其他方案將其進行分割處理，這樣能夠有效地控制污水處理單元。這么做的優(yōu)勢在于縮短污水處理控制的工序，使其更快地達到污水處理的效果。最后，是要實現(xiàn)污水處理單元控制方案的整個優(yōu)化設(shè)計。要從各環(huán)節(jié)、各工序入手，包括選擇的技術(shù)、工藝與機械設(shè)備相關(guān)的生物反應(yīng)池及選擇的人工等，要將這些資源進行合理化配置。并根據(jù)污水處理要求確定合理的簡單優(yōu)化控制方案。如此一來，才能使污水處理效果達到一個較為有效的水平。

4 結(jié)束語

今天，國家號召建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會，就要求對城市化進程中的相關(guān)問題進行有效解決，這樣才能應(yīng)對城市發(fā)展過程中存在的能源消耗無度、污染問題日益嚴(yán)重的問題。尤其是作為城市當(dāng)前面臨的嚴(yán)重污水問題，由于生活污水、工業(yè)廢水等大規(guī)模排出，已經(jīng)對城市周邊生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。隨著城市污水處理技術(shù)的不斷成熟，城市管理者又面臨新的課題，就是污水處理成本的提高及相應(yīng)的能源消耗的增加。所以，要求城市管理者及時轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)不合時宜的思想，響應(yīng)國家號召，為建設(shè)環(huán)保型社會出力，更好地服務(wù)于城市建設(shè)。對此，要求相關(guān)技術(shù)人員掌握相關(guān)專業(yè)知識，鍛煉專業(yè)技能，找到最為有效的污水處理技術(shù)，并持續(xù)進行節(jié)能優(yōu)化控制，減少能源的消耗，做到兼顧社會效益、經(jīng)濟效益、美觀及實用的特點，從而實現(xiàn)生態(tài)與人類社會的和諧發(fā)展。