污水處理過程中節能優化的控制方法探微

劉揚

摘 要：現在城市發展的情況日益復雜，對污水處理過程中節能優化的控制要求也隨之越來越高。只有不斷提高污水處理技術，才可能對百姓的用水安全提供一個強有力的保障。因此對污水處理問題的有效解決，如何在污水處理效率提高的同時兼顧環保是有關的污水處理部門必須解決的一個問題。筆者在下文中對我國污水處理過程中節能優化的控制現狀進行了闡述，總結分析了我國污水處理過程中節能優化控制存在的問題，并針對這些問題提出了節能優化的控制方法。

關鍵詞：污水處理；節能優化；控制方法

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-244-2

0 引言

我國近些年人口還在持續增長，對水資源利用數量也在大幅增加，加上工業化進程初期帶來的高污染，中國的用水安全保障方面的問題很大。為了解決這一問題，國家對城市污水處理的項目都給予了政策和經濟上的極大支持，新建了許多污水處理廠，但由于技術、資金及管理等方面的條件制約，我國污水處理廠的成本一直居高不下，效率卻不高，難以創造太大的社會效益。因此，把污水處理過程中的控制方法向節能優化的方向發展，是我國污水處理工作的大方向。

1 我國對于污水處理現狀一

我國是世界上嚴重缺水的國家之一。雖然我國的水資源占全球總量的6%，在世界上名列第六。但由于我國占世界1/5的龐大人口基數，我國也是全世界人均水資源占有量最少的國家之一，只有全球平均水資源占有量的1/4，也就是人均2300立方米左右，所以水資源問題一直是我國的重大隱患。20世紀20年代，我國開始城市水污染的治理工程建設，但直到80年代中后期，污水處理工作才進入了發展的高速期。到2010年為止，我國有2389 座城鎮污水處理廠建成，可以每天處理1.15億立方米的污水。到2014年我國城鎮污水處理廠已經達到了6031座，與2013年相比較污水處理廠增加了12.43%，達到了494.3億噸的年污水處理量[1]。由此可見，我國的城市污水處理廠在每年穩步增加，為保護環境，促進社會可持續發展提供了有力的保障。

雖然我國的污水處理廠的建設有了一定的發展，但和發達國家還有很大的差距，污水排放量一直大于污水的處理量，而且我國污水處理廠能源消耗大，成本也比較高，導致其發展受到了極大阻礙。調查顯示，我國污水處理廠對電能的消耗是西方發達國家的兩倍多，也就相當于它們上世紀末的耗能水平。論污水處理的技術水平，我國與發達國家差距并不是很大，問題歸根結底還在污水處理的自動化及管理水平的差異[2]。我國最早使用的污水處理技術有氧化溝、活性污泥法、A/O（生物除磷工藝）、A2/O（生物脫氮除磷工藝）等，自從“九五”計劃的實行以來序批式活性污泥法、人工濕地、延時曝氣技術也被相繼地應用到污水處理工作中。現在A2/O和氧化溝技術已成為我國主導的污水處理技術。這些技術都是歐美發達國家研發的，在工業化程度高的國家可以適用，但中國引入這些技術后就存在投資建設和運營成本高的問題。降低污水處理成本也就成了國家污水處理的重要問題[3]。目前，污水處理行業也開始轉向產業化發展，再加上水資源使用日益緊張，可持續發展的理念已經被大眾認可，節能、減污、降耗、增效等也已是人們追求的目標。但就目前而言，污水處理能耗大的問題還將成為長期困擾城市污水處理發展的重要問題。

2 污水處理過程中存在的問題

2.1 污水處理能耗較高

中國污水處理能源的損耗量大的問題，一直是傳統的污水處理系統優化中的難題。污水處理系統需要使用許多設備和技術，能源的質量標準要求也相對較高。雖然通過污水處理系統對污水進行了凈化處理，保護了生態環境，但高耗能的問題又帶來了新的環境問題。因此我們必須要加大對污水處理技術的研發力度，減少污水處理中的能源消耗。

2.2 污水處理適應性差

污水處理工作是一項復雜煩瑣的工作，在污水處理的整個流程都需要注意資源的優化，并且對處理過程中的各種數據也要加以科學合理的綜合分析。但在實際的施工中會有許多無法預料的情況出現，這就對技術施工人員提出了更高的要求，不但要考慮到材料的合理選擇，同時對能耗與出水控制的平衡點也要準確把握。如果施工中有差錯出現在任何一個環節，污水處理工作的整體效益就會大打折扣，甚至功虧一簣[4]。我國的污水處理廠在控制結構上都比較簡單，控制變量時也不符合標準，故而污水處理系統在工作中很容易被外界因素干擾，污水處理的環境適應性比較差。

2.3 對水質和能耗的控制難以兩全

現在的污水處理中不但要求凈化過的水要達到一定的標準，而且還要實現低耗能、低成本的目標。但在實際的污水處理中得到的研究分析報告表明，對水質的凈化處理和能源消耗兩者間并沒有必然的聯系，也就無法對兩者進行一個有效地統一調控，兩方面的矛盾長時間存在。如何在保證水質的同時把能耗降到最少，就成了一項漫長而艱巨的任務。

3 污水處理過程中節能優化的控制方法

3.1 采用污水生物脫氮技術

調查發現， 水體富營養化是我國一種很嚴重的水污染現象，直到現在水污染技術雖然發展迅速，但這個問題還不能得到有效地解決，反而水體富營養化的問題變得越來越嚴重， 脫氮除磷就可以有效地解決這個問題。在應用這種技術時，對成本和能耗的減低問題同樣要進行考慮，要在脫氮除磷技術使用中進行節能優化的控制。我們知道污水中的氮成分存在方式主要為氨氮和硝態氮化合物，在實際的處理中就要依據不同形態的氮使用不同的污水處理方式[4]。比如，有機氮不溶于水，我們就可以利用沉池的方法進行過濾。

3.2 采用反硝化除磷技術

這種技術是在厭氧條件下，使污水中的基質首先被轉化為以PHB（聚羥基丁酸酯）為主要成分的聚合物質，位于細胞內的多聚磷酸鹽為這個過程提供了能量。這樣，磷酸鹽就被排到了細胞之外。好氧條件出現后，在厭氧條件下貯存的聚羥基丁酸酯就會因為環境中缺乏 COD（化學需氧量）而被充當基質，聚磷酸鹽就在細菌過量攝取磷酸鹽的過程中產生，同時也使細菌得到了增殖[5]。除此之外，糖源在好氧條件下也得到了補充。這樣在好氧條件下離析出的增殖細菌便能被排除。細胞內磷含量在聚磷細菌中只論干細胞可達到12%左右，而1%-3%則是一般細菌細胞的磷含量[6]。由此可見。污水中的磷酸鹽可以被生物聚磷中出現的細菌分離有效脫離。這就為污水處理過程中節能優化的發展奠定了十分有利的技術基礎。反硝化除磷細菌在缺氧和好氧條件下一樣，都可以利用硝酸氮作為電子受體，同樣產生生物攝磷功效，把硝酸氮還原為氮氣。結果很明顯，反硝化除磷過程中COD與曝氣量可以積累很多，這就使得污水處理中的污泥產量大大減少。

3.3 加強電氣節能優化控制工作

電氣節能是污水處理中的一項重要內容。隨著我國資源的日益枯竭，節約能源這個亙古不變的概念也越來越受國家重視。因此，在電氣方面就要求要最大可能的節約電能，做好對工廠電路的維修管理工作。除此之外，工廠中線纜鋪設時要盡量選擇質量好、性價比高的電路材料，保證施工的質量要求。為解決線路的損耗問題，必須要有一個完善的管理規章體系。在污水處理施工作業時，選擇的變壓器要合理，并且要全面了解變壓器的三相線路有功耗損，減少線路損壞情況。污水處理廠在建設時的工程量是相當大的，對電纜、電線的質量要求很是嚴格。在對污水處理廠進行整體規劃配電時，要盡量減少線路數量，以此減少對電能的損耗。一般而言，電阻會與電阻率以及電路的長度出現一個正比，而和線路截面則是反比，我們就可以此為依據，對如何減少線路損耗的問題進行研究，盡量減少具備導體特性材質的電阻率[7]。根據對污水處理廠已用的線路材質進行的檢測研究表明，鋁材質的電阻率要比銅材質的電阻率高很多。而且我們在裝置線纜時要注意，由于在污水處理場的線纜一般鋪設在腐蝕性的環境中，所以，銅質材料的線纜是選取線纜材質時的首選，而且在電纜鋪設過程中，一定要遵守制定的線路鋪設原則，負荷中心要保持和變壓器的距離不能太大，以此最大可能地縮短電纜的鋪設長度[8]。只有對這些問題加以重視和解決，才可以保證在污水處理中，減少電能的損耗，延長電線使用壽命。

3.4 使用遺傳算法對污水控制參量DO實施優化

在參量DO優化中使用遺傳算法，主要是利用遺傳算法遺傳機理和自然選擇中的搜索算法，從而對污水中參量DO變量更好地控制。我國現在常用的污水處理方法是SBR（序批式活性污泥法）的方法，反應池是這種方法污水處理過程中的場所，這種方法的污水處理過程不復雜，具有良好的凈化效果。但SBR法污水處理過程中由于是耗氧過程，所以我們在凈化過程中必須供應足夠的氧氣，這樣才可以活躍生存于污水中微生物的活動。對氧氣輸入量也要加以合理控制，溶氧量或多或少都會影響到污水的處理效果[9]。因此，污水處理工作中的對DO一定要有相應的儀器時刻進行監控，防止出現溶氧量過多或不足的問題。

依據實踐表明，遺傳算法是一種對DO變化量進行有效控制的方法，它利用遺傳算法遺傳機理和自然選擇中的搜索算法為基礎，把繁殖與變異現象在自然選擇的變化更好地模擬出來。遺傳算法如果可以在污水處理中被科學合理地應用，那么就可以減少污水處理中的能源消耗，并且降低污水處理過程中的成本投入。

4 結語

污水處理工作近年來受人民越來越多的重視。我國現在也在積極地進行節能減排的倡導工作，而污水處理行業作為一種高能耗的行業，污水處理廠能夠保證水質的同時把能耗降到最少，是社會發展對其必然的要求。

參 考 文 獻

[1] 常院，陳雷.污水處理過程節能優化控制方法的研究[J].化工管理，2015（35）：225.

[2] 張冠男.污水處理過程中的節能優化控制方法[J].技術與市場，2016（03）：115.

[3] 許玉格，宋亞齡，陳立定.基于人工免疫的污水處理系統自適應優化策略[J].信息與控制，2015，01：99-103+109.

[4] 盧志銘.節能優化控制方法在污水處理過程中的相關研究[J].資源節約與環保，2015，03：23.

[5] 李曉明.污水處理過程節能優化控制方法的研究[J].民營科技，2015，07：9.

[6] 李麗麗.淺談污水處理過程的節能優化控制[J].資源節約與環保，2015，06：13-14.

[7] 劉本強，楊超，宣兆偉.污水處理廠供配電設計計算與節能控制優化方法[J].科學技術與工程，2012，12：3027-3031.

[8] 羅隆，周力尤.自動化技術在污水處理節能領域中的應用現狀與前景[J].南方職業教育學刊，2011，04：1-3+39.

[9] 王夙，劉峻.污水處理廠能耗分析與節能技術研究進展[J].四川有色金屬，2011，03：59-64.