工業(yè)水處理中節(jié)能優(yōu)化控制的研究

薛張輝

蘇州市環(huán)科環(huán)保技術(shù)發(fā)展有限公司，江蘇蘇州 215007

節(jié)能技術(shù)就是應用技術(shù)上現(xiàn)實可靠、經(jīng)濟上可行合理、環(huán)境和社會都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能設備或工藝的能量利用效率。節(jié)能包括節(jié)約原材料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、減少人力消耗、提高能源利用效率等[1]。隨著國家水排放標準和各行業(yè)排放標準的日趨嚴格，以及工業(yè)用水水質(zhì)要求的提高，工業(yè)水處理的技術(shù)要求也越來越高。工業(yè)水處理，涉及到大量水耗，電耗，耗材更換，化學藥品使用，廢物處置和設備的維護更換等，是一個非常耗能的過程，在工業(yè)水處理中展開節(jié)能優(yōu)化控制是非常重要的一步。

1 工業(yè)水處理過程中的能源消耗問題

工業(yè)水處理包括工業(yè)廢水處置，回用水處理和純水制造等，是多級處理設備聯(lián)合運行的組合工藝過程。水處理設備的運行，需要使用大量耗電機器，如泵、風機、攪拌器等，合理的設備選型和工藝設計對降低電耗有明顯的影響。在中水回用和純水制造中，還涉及到水耗，如設備的反沖洗用水排放、活性炭過濾器（ACF）反沖洗、超濾膜（UF）的清洗、反滲透膜（RO）濃水排放等，都可能產(chǎn)生一定的水耗，降低水耗也是節(jié)能的重要部分。工業(yè)水處理中的能耗，還涉及設備耗材的更換量及更換頻率、化學藥品的使用量、廢物的產(chǎn)生及處置量（如污泥的產(chǎn)量和處置），以及管理不善導致的損耗。工業(yè)水處理過程中的節(jié)能控制涉及到很多方面，需要統(tǒng)籌設計和綜合協(xié)調(diào)，最大程度降低設備的運行成本，提高設備的效率，并且還要保證處理效果。

2 工業(yè)水處理過程中節(jié)能優(yōu)化控制

2.1 工業(yè)水處理中電耗的控制

水處理設備的運行，涉及到大量電器，如泵類、風機類、空壓機、攪拌器以及電保溫裝置等。想要降低電耗，需要優(yōu)化這些電器的使用[2]。根據(jù)常規(guī)的廢水處理排水要求，一般指的是處理懸浮顆粒物（SS）、化學耗氧量（CODcr）和營養(yǎng)鹽（N和P）等要求，有很多處理這些污染物的工藝方法，各種組合工藝的電耗也不盡相同。首先，還是得優(yōu)化工藝設計，在選擇合適的工藝流程的同時控制電器的使用數(shù)量，從而自然降低電耗。比如，可以使用溢流的方式，來減少泵的使用數(shù)量。研究表明，生物處理時，采用MBR工藝可以代替常規(guī)的生物處理裝置，從而降低能耗[3]。其次，著眼于選型和過程控制來減少電耗，比如，盡量選取能耗低的電機，從根本上降低電耗從而達到節(jié)能效果。有研究表明，采用變頻控制[4]，合理地運行和停止使用電機，也能降低電能的損耗。也有研究表明，生物處理中，合理的過程控制，如控制合理的曝氣量和優(yōu)化風機選型，也能降低能源的損耗[2,5,6]。

2.2 工業(yè)水處理中水耗的控制

工業(yè)生產(chǎn)中需要大量的清洗水，所以會產(chǎn)生大量的廢水。同時不同行業(yè)對于清洗水的要求也不同，所以會有自來水為原水的純水制造。常規(guī)的廢水處理處置中，不涉及水耗，通常廢水處置達標就可以排放。廢水的水耗只能改進生產(chǎn)工藝從而減少廢水的產(chǎn)生。但是回用水和純水中通常會涉及到水耗。中水回用通常就是節(jié)省了生產(chǎn)工藝中水的消耗而進行的水的循環(huán)使用的方法，所以水的回用量也是水耗的減少量[7]。尤其是在自來水原水的純水制造中，水耗十分明顯，生產(chǎn)的純水量越大，排出的濃水量越少，水的消耗越小。純水和回用水制造的處理工藝的不同，水耗也不盡相同。比如純水和回用水常用的去離子工藝，離子交換樹脂工藝和反滲透膜（RO）工藝，水的利用率也不一樣，通常反滲透的水耗更大[8]。實際水處理工藝中，根據(jù)實際的情況選擇合適的工藝，增加水的循環(huán)利用量，是降低水耗的有效方法。

2.3 工業(yè)水處理中其他能耗的控制

水處理過程中需使用大量的耗材和藥品，控制藥品和耗材的使用，也是一種重要的節(jié)能方式[9]。

對于常用的濾料，比如，活性炭過濾器中的活性炭等，合理的工藝設計和優(yōu)質(zhì)材質(zhì)的選擇，都能夠降低濾料的更換頻率從而減少能耗[10]。再者，對于濾料再生的研究，也能從重復利用角度，較少濾料的消耗。廢舊的濾料也是廢物的一種，需要額外處置，也增加了運行成本。

對于藥品量的控制，可以從2個方面來考慮。首先是工藝的選擇，在處理效能和經(jīng)濟性兼顧的基礎上，盡量選擇藥品使用量少的工藝，或者選擇性能更加優(yōu)越的優(yōu)質(zhì)藥劑。比如，對于化學耗氧量（CODcr）和營養(yǎng)鹽（N、P）的處理，化學氧化和生物氧化都可以有一定的處理效果，但是生物處理，能夠最大程度地節(jié)能，藥品使用量很少，且處理效果好。另一個方面，是嚴格選擇適宜藥品和控制藥品的使用量[11]，避免實際處理中投加不適合的藥品或過多的藥品來減少損耗。

水處理過程中產(chǎn)生的廢物如廢棄濾料，化學和生物污泥等需要進一步處理處置，也增加了運行成本，所以減少廢物量或者廢物資源化也是一種節(jié)能的途徑。對于水處理過程中產(chǎn)生的污泥，通常需要外部繼續(xù)處置，一般按照重量計算處置費用。所以污泥的進一步處置也是非常重要的環(huán)節(jié)，污泥處理工藝和脫水機的選擇也是非常重要的節(jié)能環(huán)節(jié)。涉及到生物污泥，處置后還可以進行資源化利用，更加符合節(jié)能的需求。

2.4 工業(yè)水處理設備運行管理中的節(jié)能控制

除了工藝設計的節(jié)能，管理也是非常重要的節(jié)能環(huán)節(jié)。首先，提高設備的自動化控制水平，是一種重要的節(jié)能控制方法。提高自動化水平能夠高效地運行設備，減少手動操作的誤差，減少管理人員數(shù)量，同時能夠精準地控制整個系統(tǒng)流程，為檢修維護提供方便，是一種系統(tǒng)的節(jié)能控制方法。其次，就是制定合理的設備管理維護方案。設備運行管理中，科學地管理和維護，能夠保持處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，且能夠減少由于操作不當引起的維修維護，所以管理人員的定期技術(shù)培訓和管理制度的落實，也是降低能源損耗的重要手段。

2.5 工業(yè)水處理中綜合的能耗控制

工業(yè)水處理包括廢水處置，中水回用和純水制造，不同的要求下，工藝方法也不盡相同，所以工業(yè)水處理中的節(jié)能也是一個綜合的過程。比如降低電耗，降低水耗或者減少藥品的使用，減少廢物產(chǎn)生，都是一個綜合的過程，需要統(tǒng)籌兼顧綜合的能耗及處理效果。比如，一個處理設備的電耗可能較大，但是節(jié)省了藥品和水耗，另一個工藝電耗較小，但是其他消耗更大，綜合的運行成本需要疊加比較。如在上文所述的去離子工藝中，離子交換和反滲透膜的比較，離子交換的水耗小，但是需要大量的藥品，并且有大量的廢舊樹脂需要處置，反滲透水耗大，電耗大，但是藥品使用量很少，沒有廢棄物產(chǎn)生，所以實際水處理工程中，需要根據(jù)綜合的能耗和運行成本，來選取經(jīng)濟技術(shù)可能的最節(jié)能的處理工藝。

3 結(jié)語

工業(yè)水處理工藝中的能耗包括大量的電耗、水耗、耗材的消耗、藥品的消耗以及廢物的處置消耗，還有管理不善造成的損耗等。所以工業(yè)水處理節(jié)能控制是一個值得研究的方向。工業(yè)水處理包括廢水處置、中水回用和純水制造，不同的排放要求和用水要求使用的工藝也有很大的差別，能耗也各有不同。綜合選取最適宜的處理方法，兼顧降低綜合能耗和保證處理效果的同時，提高自動化水平，完善管理水平，從而實現(xiàn)工業(yè)水處理節(jié)能優(yōu)化控制。