孟偉高（湖南首創(chuàng)投資有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007）

?

城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)

孟偉高（湖南首創(chuàng)投資有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007）

城市污水處理廠的能耗是非常大的，因此，其節(jié)能減排工作受到了社會各界的廣泛關(guān)注，曝氣階段是整個(gè)污水處理過程中能耗比較大的環(huán)節(jié)，需要尤其注意這一環(huán)節(jié)的節(jié)能，基于此，本文對城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)進(jìn)行了研究。

城市污水；處理廠；曝氣節(jié)能；方法技術(shù)

1　引言

污水處理廠的能耗費(fèi)用是最具節(jié)約潛力的部分，一般污水處理的能耗費(fèi)用在運(yùn)營費(fèi)用中占較大比例，約30%左右，部分污水處理廠更高。因此提高能源的使用效率是提高污水處理廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

2　城市污水處理廠曝氣系統(tǒng)原理及作用

目前我國的城市污水處理廠曝氣技術(shù)多樣，但應(yīng)用最廣泛、最具代表性的是通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)包括曝氣管線、鼓風(fēng)機(jī)以及曝氣器等。鼓風(fēng)曝氣的原理主要為：通過曝氣管道將空氣輸送到曝氣器，使空氣在曝氣器中形成不同尺寸的氣泡，氣泡的大小主要由空氣擴(kuò)散裝置的形成來決定。

曝氣系統(tǒng)是污水處理廠處理過程中的重要環(huán)節(jié)之一，曝氣的主要作用可歸納為以下幾點(diǎn)：①充氧，曝氣系統(tǒng)可向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，從而為代謝過程提供充足的氧量。②攪動(dòng)、混合，使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于劇烈攪動(dòng)的懸浮狀態(tài)，能夠與廢水充分混合、接觸。當(dāng)前城市污水處理廠曝氣技術(shù)多通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)來進(jìn)行，而鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)又由曝氣管線、鼓風(fēng)機(jī)以及曝氣器構(gòu)成（如圖1所示）。

圖1　微孔曝氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　城市污水處理廠曝氣技術(shù)的試驗(yàn)和控制分析

在進(jìn)行曝氣試驗(yàn)的時(shí)候，首先，要向曝氣池中注入自來水，曝氣池的容積一般為24.0m3，注入的水一般要灌滿曝氣池。接下來，需要向水中投放相應(yīng)的硫酸鈉，在投入硫酸鈉之前，要對水中氧氣的溶解程度進(jìn)行確認(rèn)，要在確保水中的氧氣充分溶解之后，按照1：8的溶解氧和無水硫酸鈉的比例進(jìn)行投放，考慮到客觀因素，一般在實(shí)際投的時(shí)候要按照所計(jì)算的比例多投放10%的劑量。在投放硫酸鈉后，為了使水中的氧氣和硫酸鈉充分發(fā)生反應(yīng)，需要進(jìn)行人工的攪拌工作，直到確認(rèn)水中的亞硫酸根離子和氧氣含量接近零為止，這時(shí)需要再次對水中的氧氣的溶解量進(jìn)行確認(rèn)。在確認(rèn)水中的氧氣濃度為0的時(shí)候，要開始進(jìn)行曝氣工作。在進(jìn)行曝氣的時(shí)候，要注意曝氣時(shí)間和DO值，每間隔1min，就要更新一次DO值，同時(shí)做好記錄工作。曝氣試驗(yàn)要一直持續(xù)到曝氣池內(nèi)的氧氣不再溶解后才可以停止。在試驗(yàn)的時(shí)候，要對相應(yīng)的空氣流量、溫度等相關(guān)因素做好記錄。

3.1曝氣量產(chǎn)生的影響

氧氣在水中傳播遵循雙膜理論。雙膜理論指的是，在氣體和液體相接觸的地方存在著液膜和氣膜，它們分別以層流狀態(tài)存在。液相的主體傳遞方式是通過氣體分子的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)傳播的，在傳播過程中，氣體分子通過液膜和氣膜進(jìn)行傳輸。為了增強(qiáng)推動(dòng)效果，在實(shí)際試驗(yàn)中，一般可以選擇增大通氣流量來實(shí)現(xiàn)。

3.2溫度和曝氣系統(tǒng)充氧的關(guān)系

水溫的變化也可以對曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生影響，具體來說當(dāng)水溫發(fā)生變化的時(shí)候，水的物理性質(zhì)也會發(fā)生改變，從而氧氣在水中的傳播速度和溶解性能也會收到相應(yīng)的影響。當(dāng)水的溫度減小的時(shí)候，水中的粘度變大，分子的活動(dòng)能力減弱，液膜厚度將會增大，從而導(dǎo)致氧氣的傳播速度下降，但此時(shí)相對應(yīng)的是氧氣的飽和溶解度會升高。所以氧氣的飽和溶解度和氧氣的傳輸速度之間呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系。在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，要注意這種負(fù)相關(guān)關(guān)系，選擇合適的溫度區(qū)域確保試驗(yàn)的效果。

3.3曝氣系統(tǒng)的材質(zhì)會影響充氧性能

上文我們已經(jīng)分析了微氣泡曝氣器的運(yùn)行效率較高，但因?yàn)椴牧系南拗?，微氣泡曝氣器也比較容易破損和堵塞。同時(shí)，由于使用時(shí)間較長，也極可能導(dǎo)致曝氣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)問題，例如產(chǎn)生破碎、破裂的現(xiàn)象。這些問題給曝氣系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了非常不利的影響。在實(shí)際操作中，技術(shù)人員要對相關(guān)的問題格外注意，對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的研究，確保曝氣系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

4　城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)

4.1智能曝氣控制技術(shù)

城市污水處理廠在運(yùn)行的過程中，進(jìn)水水質(zhì)和數(shù)量并不是固定的，經(jīng)常會發(fā)生變化，這樣一來，在利用微生物對污染物進(jìn)行降解時(shí)，所需消耗的氧量也會相應(yīng)的發(fā)生變化，為了保證生化反應(yīng)的正常進(jìn)行，就需要在一定的時(shí)間段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)供氧量與耗氧量的平衡，這樣才能保證出水的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)控制的穩(wěn)定性及可靠性。智能曝氣是一種控制方法，以活性污泥動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，通過相應(yīng)的計(jì)算，來對曝氣進(jìn)行智能控制。在進(jìn)行污水處理時(shí)，活性污泥法是一種比較重要的方法，對于微生物生長的環(huán)境、曝氣池中的有機(jī)物去除等工藝，由人工來進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目刂?，以便于提高控制的有效性。在利用單體設(shè)備進(jìn)行節(jié)能時(shí)，具備一定的范疇，但是應(yīng)用了智能曝氣之后，實(shí)現(xiàn)了范疇的超越，有效的實(shí)現(xiàn)了降低能耗的目的。

4.2構(gòu)建智能曝氣控制系統(tǒng)

根據(jù)相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型的建立以及相應(yīng)的計(jì)算，構(gòu)建起智能曝氣控制系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，采用四級控制方式，也就是在進(jìn)行控制時(shí)，將智能總控制室和PLC控制站結(jié)合起來的方式。在智能總控制室中，設(shè)置智能曝氣控制模塊，在模塊的下方，再設(shè)置PLC控制站，通過計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)，對曝氣進(jìn)行智能控制，通過PLC站點(diǎn)的采集，獲得相應(yīng)的實(shí)時(shí)參數(shù)，進(jìn)而將各個(gè)曝氣池中的需氧量科學(xué)的計(jì)算出來。在智能曝氣控制系統(tǒng)中，智能控制模塊是系統(tǒng)中的核心，通過智能模塊的控制作用，根據(jù)曝氣池實(shí)際的需氧量，完成氧氣的供應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。智能曝氣控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，實(shí)行人工強(qiáng)制控制模式和正常模式相結(jié)合的控制模式，所謂正常模式，就是指自動(dòng)控制模式，當(dāng)自動(dòng)控制模式無法起作用時(shí)，就由工作人員來進(jìn)行人工強(qiáng)制控制。

4.3智能曝氣系統(tǒng)的性能分析

在對智能曝氣系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析時(shí)，通過以下幾個(gè)部分的控制分析來進(jìn)行。①對鼓風(fēng)機(jī)的控制分析，在智能曝氣系統(tǒng)中，通過對不同時(shí)段鼓風(fēng)機(jī)需氣量和實(shí)際曝氣量的對比可知，即使時(shí)段不同，變化規(guī)律也基本一致，同時(shí)，需氣量與實(shí)際曝氣量的運(yùn)行曲線基本重疊，可見，通過智能曝氣系統(tǒng)的調(diào)劑作用，鼓風(fēng)機(jī)的實(shí)際曝氣量與需求質(zhì)量基本實(shí)現(xiàn)了平衡。另外，通過對比實(shí)際曝氣量與總電流的曲線圖可知，二者之間的變化規(guī)律也是一致的，說明通過智能控制，鼓風(fēng)機(jī)的能耗實(shí)現(xiàn)了有效的控制，達(dá)到了降低能耗的目的；②對DO控制的分析，在未采用此系統(tǒng)之前，DO控制的效果波動(dòng)性非常大，呈現(xiàn)出比較明顯的不穩(wěn)定性，但是DO控制應(yīng)用了智能曝氣控制系統(tǒng)之后，控制趨于平穩(wěn)，波動(dòng)范圍比較小，由此也說明，智能曝氣系統(tǒng)有利于提升DO控制的穩(wěn)定性；③對出水水質(zhì)的影響，在進(jìn)行此項(xiàng)分析時(shí)，通過對比分析來實(shí)現(xiàn)，對比的對象為應(yīng)用系統(tǒng)前后的出水水質(zhì)，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，智能曝氣系統(tǒng)有利于提升出水的水質(zhì)，提高能源的利用效率；④節(jié)電分析，通過對比智能曝氣實(shí)施前后的電耗圖可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施了智能曝氣之后，電耗降低了許多。通過這四個(gè)方面的分析可知，城市污水處理廠通過智能曝氣系統(tǒng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)曝氣節(jié)能的目的。

5　結(jié)束語

總而言之，在污水處理廠的建設(shè)過程中，盡可能地選擇合理的處理工藝，使用節(jié)能設(shè)備及裝置。對于已建成投產(chǎn)的污水廠要大膽進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，加強(qiáng)科學(xué)管理，逐步實(shí)現(xiàn)污水資源化，才能使污水處理技術(shù)向低耗、高效率的方向發(fā)展。

［1］王高峰.城市污水處理廠曝氣節(jié)能措施探析［J］.水能經(jīng)濟(jì)，2015（12）：277.

［2］劉飛，張雁秋.污水處理廠曝氣池節(jié)能及新型生物脫氮技術(shù)［J］.科技致富向?qū)В?011（14）：59～60.

［3］喬文如，田偉.淺述城市污水處理廠的節(jié)能降耗［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（11）：89.

孟偉高（1982-），男，工程師，本科，主要從事環(huán)境保護(hù)工作。

X703.1

A

2095-2066（2016）16-0012-02

2016-5-21