莊姍姍

（晉江市南港污水處理有限公司，福建 晉江 362211）

污水處理為能耗密集型產(chǎn)業(yè)，在日常運行中會消耗大量電力。在我國持續(xù)提高污水排放標準的背景下，污水處理中的藥耗及能耗相繼提升，這也是污水處理廠運行成本持續(xù)提高的原因之一。近年來，污水處理廠在日常發(fā)展中為實現(xiàn)節(jié)能減耗目標，積極引入各種新型設(shè)備和創(chuàng)新技術(shù)，但實施效果和預(yù)期目標依然存在一定差距，為此污水處理廠需要從多個層面入手，合理調(diào)整技術(shù)工藝。

1 我國城鎮(zhèn)污水處理廠的發(fā)展現(xiàn)狀

污水處理是保障公共衛(wèi)生安全的主要策略，當前的污水處理主要以活性污泥法為主，該法能夠全面去除污水中的各種病菌元素、氮磷污染物以及有機物等。通過采取有效的污水處理措施，能夠更好地保障水質(zhì)安全，優(yōu)化水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，使我國的水生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。國內(nèi)污水處理廠的數(shù)量在2006～2010年間呈現(xiàn)直線上升趨勢，2010年后相關(guān)上漲數(shù)據(jù)相繼下降；2006年后，城市污水處理總量也呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，但從2012年后城市污水處理總量上升幅度減緩。結(jié)合住建部相關(guān)公布數(shù)據(jù)分析，到2019年底，全國城市污水廠數(shù)量總計達到3 717個，整體污水處理能力達到每天1.57×108立方米；全國范圍內(nèi)有2 107座污水廠正式投入運行，相關(guān)污水處理綜合能力達到每天1.29×108立方米；全國總計1 402個縣城建有污水處理廠，占縣城總量的86.9%，總計建設(shè)污水廠1 610座，相關(guān)污水處理能力達到每天0.28×108立方米。由此可以看出，我國的污水處理廠初步覆蓋大部分城市，在未來發(fā)展中，污水處理廠建設(shè)速度將會進一步減緩，而在一定階段內(nèi)，污水處理總量將呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢［1］。

在污水廠自身處理能力持續(xù)提升的背景下，相關(guān)污水處理標準更加嚴格，對排放水質(zhì)提出了更高要求。污水處理廠屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，在水環(huán)境污染以及能源危機日益突出的背景下，行業(yè)進一步提出節(jié)能減耗要求。污水處理工作主要包括傳統(tǒng)污水處理、去除營養(yǎng)物、深度去除以及極限去除等環(huán)節(jié)，相關(guān)運行能耗可以進一步分成直接和間接能耗，其中直接能耗主要源于回流泵、曝氣鼓風機以及提升泵相關(guān)設(shè)備的運行電能；間接能耗涵蓋污泥脫水、化學除磷等相關(guān)化學藥物處理技術(shù)。通常在二級處理工藝中，相關(guān)電力能耗中污水提升耗能所占比例在10%～20%之間；污泥處理電力耗能比例在10%～25%之間；生物處理電能耗能比例在50%～71%之間，三個處理環(huán)節(jié)耗電比例超過70%。隨著國內(nèi)污水處理標準的提升，大部分污水處理廠開始選擇深度處理技術(shù)，包括紫外消毒、砂濾、反硝化濾池等相關(guān)處理工藝［2］。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠的主要工藝流程

城鎮(zhèn)污水處理廠在不同的污水處理環(huán)節(jié)使用不同的工藝技術(shù)，各個環(huán)節(jié)的水質(zhì)排放標準存在一定差異。城鎮(zhèn)污水基礎(chǔ)處理流程普遍是污水率先流入粗格柵并初步實施粗略過濾；通過提升泵把污水進一步提升引流至細格柵，流經(jīng)沉砂池以及初期沉淀池實施粗略沉淀處理；隨后針對污水實施生化處理，包括好氧活性污泥處理；進入二次沉淀池繼續(xù)針對污水開展深度處理；將污水引流至消毒池，最終將結(jié)束處理的污水排放到外部環(huán)境。城鎮(zhèn)污水處理工藝通常涵蓋氧化溝、A/O處理工藝以及MBR處理措施等，其中MBR即膜分離以及活性污泥融合處理措施，在處理后能夠得到較高的出水質(zhì)量，整體處理效果較好；A/O處理技術(shù)即生物處理技術(shù)，是一種有效的污水脫氮除磷技術(shù)；氧化溝技術(shù)是好氧活性污泥處理技術(shù)，匯集曝氣、沉淀處理等工藝流程。結(jié)合城鎮(zhèn)污水廠實際狀況選擇恰當?shù)奶幚砑夹g(shù)，能夠提高污水處理的節(jié)能效果，污水處理廠可以綜合利用各種資源優(yōu)勢，實現(xiàn)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)設(shè)計及分配，提升污染物利用率，使污水處理廠在節(jié)能建設(shè)中獲得事半功倍的效果［3］。

3 城鎮(zhèn)污水處理廠項目簡介

3.1 目標污水處理廠概況

目標污水廠占地面積達100畝，處理水量達到每天10萬立方米，污水處理廠設(shè)計水質(zhì)是結(jié)合實際要求提出的進水水質(zhì)，且出水設(shè)計水質(zhì)需要滿足城鎮(zhèn)污水排污標準中的一級A排放標準。城市污水經(jīng)過市政管網(wǎng)流入進水口，并自流到粗格柵，經(jīng)進水泵進一步提升到細格柵，并流入曝氣沉砂池實施全面除砂；污水進入多模式生物反應(yīng)池實施除磷和脫氮，通過二次沉淀池對出水實施沉淀處理后，投加除磷藥劑以及在高效沉淀池中實施反應(yīng)沉淀，沉淀池中出水流入纖維轉(zhuǎn)盤濾池內(nèi)實施全面過濾；經(jīng)次氯酸鈉實施徹底消毒后流入收納水體；對剩余污泥實施濃縮調(diào)理和脫水處理，并運輸?shù)酵獠康奈勰嗵幚韽S。

3.2 污水處理工藝分析

（1）格柵作為污水預(yù)處理中的核心設(shè)備，可以進一步分成細型及粗型兩種格柵，能夠有效過濾污水中的大顆粒以及漂浮雜質(zhì)，更好地保護水泵，避免其出現(xiàn)損傷。通過格柵進行過濾，攔截下來的柵渣需要通過專門設(shè)備實施粉碎，整體耗能較高。（2）在污水處理過程中設(shè)置提升泵，主要用于后續(xù)污水處理，同樣會產(chǎn)生較高能耗；沉砂池內(nèi)相關(guān)設(shè)備也會產(chǎn)生一定能耗。（3）在對城鎮(zhèn)污水進行處理時，實施預(yù)處理后，展開主要污水處理工藝，即活性污泥處理和二次沉淀，經(jīng)過好氧活性污泥的污水從曝氣池內(nèi)流入二次沉淀池中，實施污泥濃縮以及泥水分離，二次沉淀池內(nèi)的污泥抽吸泵在運行中能耗較大，消毒池中所設(shè)置的消毒裝備在運行中也會造成較大能耗。（4）污泥處理作為城市污水處理的重要環(huán)節(jié)，需要合理設(shè)置傳輸裝置、攪拌裝置以及污泥脫水裝置［4］。

4 城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗占比情況分析

結(jié)合上述內(nèi)容分析城鎮(zhèn)污水處理各個環(huán)節(jié)的能耗占比，主要包括污泥處理、生化處理以及預(yù)處理三項能耗，其中能耗比例最高的是生化處理環(huán)節(jié)，在總體能耗中占比達到75.6%；污泥處理能耗占比為4.1%；預(yù)處理能耗所占比例為20.2%。為此，城鎮(zhèn)污水廠在污水處理節(jié)能建設(shè)中需要注重生化處理環(huán)節(jié)的節(jié)能轉(zhuǎn)型，其次是污水預(yù)處理環(huán)節(jié)，需要采取針對性策略，提升城鎮(zhèn)污水處理節(jié)能效果，降低污水處理成本［5］。城鎮(zhèn)污水處理廠能耗占比情況見表1。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠不同環(huán)節(jié)能耗占比情況

5 城鎮(zhèn)污水處理廠相關(guān)節(jié)能技術(shù)與對策分析

5.1 污水提升泵的運用

在污水處理廠中應(yīng)用污水提升泵主要是為了進一步控制污水處理環(huán)節(jié)的電能消耗，為此需要技術(shù)人員根據(jù)污水處理需求，合理選擇污水提升泵，同時兼顧污水提升泵的操作性能。比如可以在污水提升泵內(nèi)設(shè)置變頻設(shè)備實現(xiàn)全過程控制，合理調(diào)節(jié)污水提升泵整體操作揚程，提升節(jié)電效果；除此之外，還可以通過控制污水提升泵綜合水量消耗，提升電力運行效率，有效縮減維修量，實現(xiàn)設(shè)備節(jié)能減耗目標；設(shè)置變頻裝置還可以對污水處理速度實施自動調(diào)節(jié)，在保障出水質(zhì)量的基礎(chǔ)上進一步縮減自動化泵整體操作揚程，優(yōu)化提升泵運行效率。另外，在污水處理中應(yīng)用提升泵會受到運行揚程、運行功率以及傳輸流量等因素的影響，從而影響提升泵運行效率。例如水流速度和提升泵運行效率之間是反比關(guān)系，而污水提升泵和運行功率呈現(xiàn)出三次方正比關(guān)系，相關(guān)人員針對污水提升泵實施綜合設(shè)計時需要合理選擇變頻裝置，適當擴大提升泵傳輸功率，確保提升泵處于內(nèi)設(shè)變頻控制條件下并保持穩(wěn)定運行，有效降低提升泵運行能耗［6］。

城鎮(zhèn)污水處理廠能耗較高的原因之一是電機運行效率過低，提升泵設(shè)計不符合設(shè)計運行要求，運行調(diào)控不足及存在巨大水量波動。從污水提升角度分析節(jié)能減耗，相關(guān)人員需要從污水提升泵入手，對當前基礎(chǔ)設(shè)施和管網(wǎng)系統(tǒng)實施綜合調(diào)研分析，有效減少高程差，考慮應(yīng)用淹沒流方式；根據(jù)污水提升總量以及波動規(guī)律選擇恰當?shù)谋媒M合方法，結(jié)合管道系統(tǒng)以及污水流量變化曲線選擇設(shè)置泵元件，提升泵運行效率；結(jié)合污水處理總量、泵運行功率、水頭損失以及實際揚程設(shè)置高效泵組合；優(yōu)化調(diào)控功率固定泵以及變頻泵，降低水泵軸功率，延長泵使用壽命，保證泵和電機間的良好匹配，提升電機運行效率；優(yōu)化管道設(shè)計，提升系統(tǒng)運行的流暢性和結(jié)構(gòu)的完善性，適當縮減管道以及彎管長度，減少污水管道傳輸阻力，提升處理效率；針對相關(guān)工藝設(shè)備做好維護管理，改善污水處理中的機械磨損、設(shè)備結(jié)垢以及裝置滴漏等問題，提升系統(tǒng)設(shè)備的綜合運行效率。

5.2 合理布設(shè)曝氣系統(tǒng)

曝氣系統(tǒng)在城鎮(zhèn)污水處理中占據(jù)重要地位，屬于核心技術(shù)，合理選擇高效曝氣系統(tǒng)能夠提升城鎮(zhèn)污水節(jié)能處理效益，也是節(jié)能降耗的核心。為此，相關(guān)人員需要根據(jù)整個系統(tǒng)的實際運行狀況靈活調(diào)節(jié)鼓風機效率，比如設(shè)置離心式鼓風機設(shè)備可以進一步優(yōu)化曝氣裝置的穩(wěn)定性，設(shè)置高效鼓風裝置可以有效擴大氧氣輸送效率，支持鼓風機設(shè)備基于滿載條件下實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。此外，在系統(tǒng)中設(shè)置離心鼓風機設(shè)備能夠發(fā)揮出良好的變頻調(diào)節(jié)效果，并對綜合曝氣量進行精準調(diào)控。相關(guān)工作人員需要結(jié)合曝氣需求合理制定應(yīng)對措施，進一步改善微曝氣孔所存在的表面積過高問題。除此之外，還可以利用智能裝置調(diào)控曝氣流量，由于技術(shù)和資金的限制，導(dǎo)致大部分污水廠都是采取人工調(diào)節(jié)，比起智能化曝氣調(diào)控措施，人工調(diào)節(jié)勞動量大，依靠人工計算，整體調(diào)節(jié)效果較差；傳輸氣量以及閥門開度等方面也需要進行精準測算，借助智能調(diào)控系統(tǒng)可以輕易實施相關(guān)操作；智能調(diào)控系統(tǒng)可以針對污水處理中的裝置曝氣量實施全過程檢測，準確發(fā)現(xiàn)各種細微變化，從而為曝氣系統(tǒng)提供基礎(chǔ)智能工具；技術(shù)人員還可以借助智能系統(tǒng)來調(diào)控曝氣量，確保在城鎮(zhèn)污水處理中達到底物和曝氣平衡。

污水處理廠在微生物處理環(huán)節(jié)需要實施生化代謝，整個過程離不開電子受體，其主要由曝氣系統(tǒng)提供，因此合理曝氣是順利去除污染物和實施污水處理的基礎(chǔ)保障。在處理污水中的污染物質(zhì)時，反硝化脫氮環(huán)節(jié)需要回流混合液供應(yīng)硝態(tài)氮充當電子受體。在化學處理方面需要加入相應(yīng)的化學藥劑實施反應(yīng)沉淀，整個過程會造成較大能耗，曝氣控制在污水生物處理中發(fā)揮著重要作用，也是節(jié)能減耗的核心環(huán)節(jié)，包括曝氣供給、曝氣管排布以及曝氣設(shè)備優(yōu)化等，合理選擇曝氣裝置能夠提升污水處理廠的節(jié)能效果。相關(guān)人員可以選擇在曝氣池內(nèi)設(shè)置微孔式曝氣系統(tǒng)，進一步提升曝氣池內(nèi)的氧綜合利用率，微孔系統(tǒng)能夠進一步縮減氧氣泡體積，并借助微孔曝氣擴散設(shè)備形成比表面積大、小體積的氧氣泡，提升氧氣綜合利用率，達到節(jié)能降耗目的。在曝氣供氧環(huán)節(jié)，因為流入曝氣池內(nèi)的污水存在大量有機質(zhì)，要徹底凈化相關(guān)污染物需要大量微生物，從而擴大了耗氧量，而靠近曝氣池對應(yīng)出水口的污水內(nèi)部有機質(zhì)數(shù)量相對較少，無需過多微生物，對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的耗氧量相繼降低。為此在安裝曝氣裝置時，需要根據(jù)各個區(qū)域的需氧特點，如果僅對曝氣裝置進行均勻布置，會影響進水口正常供氧，導(dǎo)致出水口產(chǎn)生過剩供氧的問題，降低污水處理質(zhì)量和處理效率，造成大量能源浪費。為此可以針對進水口至出水口區(qū)段按照從密到疏的原則進行合理布置，針對溶氧處理環(huán)節(jié)設(shè)置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)曝氣池內(nèi)的整體溶氧量，最大程度提高生化處理效率。

曝氣量供給是節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵，曝氣量過低會降低出水質(zhì)量，過高會導(dǎo)致能源浪費，影響活性污泥絮體的沉降性和整體結(jié)構(gòu)。曝氣節(jié)能重點在于輔助生化處理環(huán)節(jié)順利消除污染物，優(yōu)化出水質(zhì)量，減少曝氣能耗浪費。立足于控制能耗層面分析，相關(guān)人員需要合理控制好氧區(qū)相關(guān)溶解氧，保持一種平衡狀態(tài)，避免出現(xiàn)過度曝氣問題，嚴格按照各個環(huán)節(jié)處理耗氧量設(shè)計階梯式控制指標，逐步縮減曝氣量，根據(jù)出水氨氮濃度合理調(diào)節(jié)曝氣量。

5.3 節(jié)約自來水耗費

在污水處理中節(jié)約自來水耗費是污水處理廠節(jié)水降耗、創(chuàng)新發(fā)展的核心目標，尤其是應(yīng)用污泥脫水技術(shù)時易產(chǎn)生較大的水資源耗費，對于部分大城市而言，會進一步惡化缺水狀況。為此，企業(yè)需要創(chuàng)建完善的調(diào)節(jié)制度，對污水處理中的不同環(huán)節(jié)進行深入挖掘，及時發(fā)現(xiàn)降耗潛力。水耗費主要包括車間清洗水、反沖水、風機制冷水以及綠化加水等，為降低成本支出，需要管理部門明確各個環(huán)節(jié)的能源消耗，提出有效的減耗措施，擴大節(jié)水降耗宣傳力度，促使企業(yè)職工全面投入節(jié)能降耗的實踐當中。

5.4 綜合利用污泥

城鎮(zhèn)污水處理廠在實際操作中容易造成大量污泥淤積，產(chǎn)生二次污染，要改善這種現(xiàn)象，需要集中處理污水廠內(nèi)的污泥污染。通常情況下，污水處理廠中的污泥主要采用焚燒、農(nóng)用以及回填等處理措施，可有效減少環(huán)境污染，但無法促進污泥的綜合利用。要進一步提升污泥利用率，可以將其轉(zhuǎn)化為建材，挖掘污泥的潛在價值，并有效改善二次污染問題。針對污泥實施資源轉(zhuǎn)化可以實現(xiàn)循環(huán)利用的目標，減少能源消耗，促進社會效益和經(jīng)濟效益的全面統(tǒng)一。

5.5 應(yīng)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)

城鎮(zhèn)污水處理廠在新時期節(jié)能發(fā)展中可以將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制技術(shù)融入整個曝氣系統(tǒng)當中，精準化輸入曝氣系統(tǒng)內(nèi)各項運行參數(shù)，形成數(shù)據(jù)模糊化計算能力，促進模糊規(guī)則化發(fā)展，在對各項運行參數(shù)進行綜合處理過程中，實時觀察網(wǎng)絡(luò)權(quán)值并實施優(yōu)化調(diào)整與合理校正，促進曝氣系統(tǒng)維持一種最佳狀態(tài)，降低污水處理成本，節(jié)約污水處理能耗。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市人口數(shù)量上漲，導(dǎo)致城市污水問題愈加嚴重，污水處理環(huán)節(jié)大量耗能，嚴重浪費資源。為此，我們需要對相關(guān)污水處理技術(shù)進行深入研究，加強智能控制和低碳技術(shù)的研發(fā)，在減少能耗的同時，徹底解決污水處理問題，提升污水處理效率。