污水處理廠曝氣系統的節能降耗研究

楊阿楠

摘要：針對我國大部分的城市污水處理廠所選用的曝氣系統所存在的曝氣量大小不均勻、溶解氧（DO）濃度不穩，自動化操作不強等問題，進行深入研究，提出解決辦法，優化管理，達到降低能耗的最終目標。

關鍵詞：曝氣系統；節能；降耗。

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A

1 引言

目前，我國的污水處理廠所采用的主要處理方法有活性污泥法和生物膜法，這兩種方法都是利用生物來進行生物處理，為了保證處理效果，微生物能發揮發最佳的處理作用，就要為生物處理池提供適宜的溶解氧（DO），所以污水處理廠的曝氣系統是必不可少的，也是占整個污水處理廠總能耗一半以上的能耗大戶，所占比例一般超過60%[1]。由此可見研究如何降低污水處理廠曝氣系統能耗的意義是多么的重大。

2 現有污水處理廠曝氣系統能耗的分析

2.1從生物處理工藝方面分析

在污水處理中必須對曝氣系統進行控制，要對氣量的大小，曝氣的時間長短進行控制，以為污水處理工藝的曝氣池后往往會有二沉池，如果曝氣時曝氣量過小，在后續工藝中的二沉池就可能出現因缺氧而造成污泥的腐化，池底厭氧產生大量氣體，使池底的污泥上浮。如果曝氣時間過長，就會導致曝氣量過大，曝氣池能就會發生過高的硝化作用，這樣就會有大量的硝酸鹽進入沉淀池，再由反硝化細菌的作用在沉淀池產生大量的N2，致使池底污泥上浮。處理效果降低，能耗增加。

曝氣量的分布是否均勻也影響曝氣效果。一般污水處理工藝會在曝氣池底均勻分布曝氣裝置，但如果有部分曝氣頭堵塞，就會大致發生堵塞的位置曝氣量少，其他沒有堵塞的位置相應的曝氣量就增大；有事也會存在某些位置的曝氣頭損壞，造成損壞位置曝氣量劇增，其他位置曝氣量大大減少。這些情況都會造成生物反應池能曝氣不均勻，處理效果降低，造成曝氣系統的能耗損失。

2.2從行業現狀方面分析

對已經建成并運行的污水處理廠進行調查，發現自動化程度較低，能耗較高。在很多水廠存在設計與實際投產運行的自動化要求不符，或在運行一階段后，把部分自動裝置改成手動，特別是曝氣系統，半自動半手動。總結其原因有以下幾點：

自動化技術未能與工藝設計相結合。由于我國我國污水處理起步較晚，早先的自動化系統都是引進國外的技術，即使現在部分產品我國已經有成熟產品，但自動化軟件編程工程師一般都不是專業的污水處理行業的，大部分都是化工。冶金行業的自動化工程師，所以對無視處理工藝了解不深，不能完全達到污水處理工藝進行編程設計，大多數是套用自己所熟悉的本行業的一些技術及參數，這樣就導致所用的自動化系統與污水處理工藝并不完全相符，造成處理效果不理想。

運行維護時自動化系統操作培訓不到位。很多廠家調試運行時對污水處理廠的運行人員的培訓不到位，只培訓一些基本的操作，運行人員不能從理論上深入的研究和了解控制系統，或污水處理廠的運行人員更換頻繁，致使部分培訓內容丟失，使自動化操作達不到運行要求。

運行經驗利用不足。因為污水處理廠在長期的運作中，會有規律可循，但污水處理廠的運行和管理人員往往不注意總結這些經驗，致使其他相同規模的水廠在建設中利用不上這些經驗。

2.3從計算建模方面分析

污水處理曝氣量的計算非常繁瑣，在對曝氣池中溶解氧（DO）的控制時，自動系統的參數都是根據水廠的水質和季節不同進行不斷的調整。從理論方面來看，污水的生物處理時非線性的，具有隨機性、多變性及滯后性的特征，所建立的模型都是有條件和現有的經驗所確定的參數，所以通過建模也不能準確的調節溶解氧（DO）,這樣就造成了風機出口閥門的頻繁開閉，降低設備壽命，能耗的增大。

3 污水處理廠曝氣系統的節能分析

好樣生物處理的曝氣過程是個非常重要的過程，處理出水的水質的好壞，直接受曝氣池內溶解氧（DO）的多少和污水混合程度的影響。曝氣有充氧和攪動、混合的作用。常用的生物反應池內的曝氣系統是由鼓風機、管道及曝氣裝置組成[2]。所以實現曝氣系統的節能就要從這幾方面組成著手。

3.1曝氣裝置的選擇

選擇曝氣裝置應遵循系列原則：

為了節能效果好 ，應選用氧利用率較高的曝氣裝置；

應選擇不易堵塞，便于維護，故障易于排除的曝氣裝置；

應選擇結構簡單，工程造價較低的曝氣裝置。

現在常用的曝氣裝置時微孔爆氣器，其主要有盤式微孔爆氣器和管式微孔爆氣器，盤式微孔爆氣器分為橡膠膜和陶瓷。盤式曝氣器以其低廉的價格首先被廣泛采用，但在應用過程中其易老化、易堵塞、使用壽命短等缺點就暴露出來了，所以技術更為先進的管式曝氣器就被當下設計人員廣泛選用。通過應用對比，管式曝氣器要比盤式曝氣器的氧利用率高20%，可以降低能耗20%左右[3]。隨著技術的進步，要選用更先進的曝氣器，這樣才能真正實現能耗的降低。

3.2曝氣裝置的分布

曝氣池內微生物降解污水中的有機物的工程，包含微生物自身生長的過程，微生物經歷對數期、衰減期及內源呼吸期。同時曝氣池能的溶解氧（DO）也隨之變化，符合曲線（見圖1），通過曲線可以看出曝氣池能的曝氣裝置應該按照推流式進行分布，沿池長方向，污染物濃度減低，所需曝氣量遞減，這樣分布就避免了沿池長末端的曝氣量的浪費，達到節能的作用[4]。

活性污泥的增殖曲線

3.3曝氣量的控制

我們在計算曝氣量的時候，曝氣池不按平均需氧量計算，這樣就會造成曝氣池進口端有機污染物含量高的位置曝氣量不夠，曝氣池出口端的有機污染物含量低的位置曝氣量過多，造成能耗的浪費，出水也不合格。所以在曝氣池內布置曝氣管時，要根據每段的曝氣量合理的選用曝氣管，如曝氣池進口端選用φ63的UPVC管道，在中間端選用φ53的UPVC管道，在出口端選用φ32的UPVC管道。這樣就避免了曝氣量的浪費。

3.4鼓風機的選擇

鼓風機是目前應用最廣的曝氣風機，所以合理的選用風機，也是節能的關鍵，鼓風機的出口一般會有擋板、逆止閥、調節閥等，閥門和管道管件過多會造成能耗。由于曝氣池內的曝氣量和曝氣時間是變化的，所以曝氣風機出口的閥門就處于頻繁的調節狀態，隨著科技的進步，一種采用變頻器改變電機轉速的變頻分風機慢慢的得到大多數人得認同，通過曝氣量的大小改變曝氣風機電機的轉速，這樣就避免了傳統機械運行方式的能耗的損失。

4 結論

綜上所述，造成曝氣系統能耗的原因有很多，節能方面我們主要從曝氣裝置的選擇、分布、曝氣量的控制及鼓風機選擇這幾個方面進行系統的論述，選用管式曝氣器代替盤式曝氣器，曝氣裝置選用沿池長方向漸疏的布置方式，嚴格控制曝氣量，在滿足工藝對風量及風壓的要求下選用變頻風機，來有效的降低污水處理廠曝氣系統的能耗。

污水處理廠的曝氣系統的節能，不是一天兩天就能實現的，是需要做好長期作戰的準備的，要想實現污水處理廠曝氣系統的真正節能，就要從污水處理廠的最初設計著手，從建設前的設計階段就完善設計，選用合理的工藝和設備，并在運行時加強管理，發現有落后的工藝或設備，就馬上進行的改造，這樣才能不斷的降低污水處理廠的能耗，真正的為國家倡導的“節能減排”貢獻力量。

參考文獻

[1]林榮忱，李金河.污水處理廠泵站與曝氣系統的節能途徑[J].中國給排水.1999.15（1）.

[2]李建勇，王建華.曝氣流量控制系統用于污水處理廠的節能降耗[J].中國給排水.2007.23（12）.

[3]王彩霞.城市污水處理廠能源開發利用與節能技術[J].設計與研究.1991.（11）.

[4]張統，方小軍，張志仁.SBR及其變法污水處理與回用技術[M].北京.化學工業出版社.2003.