城鎮生活污水處理技術創新與節能降耗研究

李 偉

（慶陽市供排水公司，甘肅 慶陽 745000）

1 國內污水處理能耗綜述

當前，在改革開放的歷史背景下，我國的城市規模不斷擴大，導致城市的污水排放總量持續增加，且相應的城市水污染問題也日益突出。而在治理水污染的過程中，污水處理能耗過大的問題受到了社會各界的廣泛關注。但在以前，因為政府部門只注重發展社會經濟效益，并沒有對此項工作給予足夠的重視，從而在很長一段時間內一直使用傳統的處理技術。而現階段，以犧牲環保和能耗為代價來發展國民經濟的弊病已嚴重突出，因此，在大力推動可持續發展戰略的過程中，對于如何實現污水處理技術的節能降耗，已成為當前水處理工作中的重要挑戰[1]。通常情況下，污水處理廠的能耗主要在于能源消耗，其中用電能耗費用最高可達污水處理廠運行費用的70%，所以，這項工作的重點在于：要實現有效降低污水提升泵以及相應處理設備等的用電量，且如何應用技術創新來落實這一要求，已成為相關部門關注的焦點。

2 污水處理的節能降耗措施

2.1 應用污水提升泵

污水提升泵的應用，主要目的是在于降低污水處理過程中應用的電能，這就需要有關人員要科學合理地選用污水提升泵，并兼顧污水提高泵的綜合性能。例如，可在污水提升泵中增加變頻器控制，這樣就可以合理地減少污水提升泵的揚程，進而實現了節省電力的效果。同時，還可以通過合理降低污水提升泵的用水量，以在一定程度上提高電能的使用率，從而降低了維修工作量，也實現了節能降耗的目的。同時，變頻器還可以自動地調整污水處理裝置的速度，實現在出水達標的前提下減少自動化泵的揚程，從而使污水提升泵獲得了最佳的工作效率。此外，污水提升泵的功率因素與其流量、有效功率、泵揚程等都存在著相應的線性關系，比如，流速因素與污水提升泵的有效功率因素呈反比例，而有效功率因素則與污水提升泵成三次方正比，所以，有關人員在污水提升泵的設計過程中[2]，往往需要通過變頻器調速的方法，來增加污水提升泵的輸出功率，從而使污水提升泵可以在有變頻器的狀況下正常工作，也因此有效地減少了污水提升泵的能量消耗。

2.2 應用曝氣系統

曝氣體系是工業污水處理工藝技術中的核心技術，之所以選用更高效的曝氣裝置，因為這是工業污水處理工藝與技術節能降耗的關鍵。首先，要改變鼓風機的運行效率，例如，使用離心式鼓風機就可以提高曝氣設備運行的穩定性，一方面，選擇高效率的鼓風設備能有效提高氧的傳質效率，使鼓風設備能夠長時間地滿負荷運行；而另一方面，離心式鼓風機還具有變頻調控的功能，能精確控制曝氣量。其次，相關工作人員還應制定精確的曝氣解決方案，從而解決微孔曝氣表面積比大的問題，而且，還可以通過使用智能系統來設計曝氣流量的控制方案，但目前，大多數的工廠都采用人工調節曝氣的方式。相比于智能調控，人工調節的勞動強度較大，也比較依賴于人工的精確計算，因此，節能效果遠不如智能控制系統。

此外，閥門開度與氣量控制也都需要模型的精確計算，而使用智能控制系統就比較容易實現。同時，智能控制系統還能對污水處理設備的曝氣量進行連續檢測，且一些微小的變化都能被檢測到，這為曝氣系統提供了智能化的工具。此外，相關工作人員還可以利用智能控制系統對曝氣量進行有效調節，從而使污水處理過程中的曝氣、底物等均達到平衡。

2.3 節約自來水的消耗

節省自來水的耗費也是污水處理廠創新與節水降耗的主要目標，特別是在污泥脫水技術的使用過程中，會形成大量水資源的耗費，這對于一些極度缺乏水資源的大型都市無疑是雪上加霜。所以，企業必須要構建完整的調節機制，以發掘污水處理中各環節的自來水減耗的潛能。通常，工業產品中自來水耗費主要包含了風機制冷水、綠化加水、反沖水以及清洗的車間水等，為了有效控制企業成本，有關主管部門必須清楚各部分的能源要求，進而再提出合理節能降耗的方法。同時，還要加大對節約自來水消耗的宣傳，使全體企業職工都投入到污水處理創新和節能降耗的工作中來。

2.4 污泥的綜合利用

在污水處理過程中，會形成大量的淤泥，但要想制止二次污染的形成，就必須對污泥進行集中處理。一般來說，污水處理所產生的污泥無外乎回填、農用、垃圾焚燒，盡管減少了環境污染，但并不能實現污泥的綜合利用，因此，如果要使污泥實現再利用性質，就可以將其變成建材[3]，這樣一來，不僅解決了污泥二次污染的問題，還實現了污泥的再利用，也賦予了污泥一定的利用價值。此外，通過將污泥進行資源化利用，既實現了循環使用的目的，又可以合理地減少生產所需能源，從而達到了經濟效益和社會效益的統一。

3 在污水處理過程中實施技術創新的有效途徑

3.1 在深度處理技術上的有效優化

在實施深度處理技術以前，必須先對工藝技術的可行性進行分析，并且，還必須實現科技經濟效益的最優化。所以，在實際處理中，就要盡可能地在初級、二次深處理工藝中，將空氣污染物中所包含的氮磷等物質全部去掉，然后再實施深層處理技術，可通過應用物理或生物處理技術來進一步將污水中所含有的有機物進行清除。在整個深度處理工藝中，其最核心的部分就是過濾工序，并在此基礎上，再通過混凝沉淀來保證實際的處理效果，從而達到處理標準的要求。

當前，最普遍采用的深度處理工藝流程是：由高效混凝池和斜管（板）式沉淀罐組成相應的基礎處理裝置，在此基礎上再加入過濾裝置，從而最大程度地達到節能降耗目標。而在這一階段的深度處理工藝技術中，進行了如下革新：第一種方法是以高效混凝沉淀池結合V型過濾池的處理技術來構成深度處理工藝，而另一種方法是以微砂循環的高速沉積加上V型過濾池。以上方法通過科學研究證明，如果單純使用其中一個新工藝難免會出現某些漏洞，因此，必須把二者加以融合應用，才能實現科技創新的目的，才能達到對污染物的有效節能管理。

3.2 污水處理設備的節能降耗

首先，泵是進行污水處理所必需的重要機械設備，但由于這一機械設備的使用種類較多，且對應的能源用量較大。所以，就針對此處理工藝環節提出了具體要求，要合理選用尺寸適當的泵裝置，還要做到對變頻泵工藝參數的統一管理，從而使具體工藝參數的設定符合設計需要，這樣就可以通過靈活的處理工藝進行節水降碳。

其次，是鼓風與曝氣道上的裝置選型問題，這部分也是整個污水處理工藝的關鍵環節，所以，對這部分領域的節能研究也必不可少。通常情況下，會選擇機械曝氣這一裝置，這也是比較普遍的方法，但應該考慮室內空氣調節池的控制作用[4]，以此達到生物反應池的水量恒定，或選擇空氣懸浮離心送風機，是通過空中對氣量進行合理調節，從而達到節約能耗的目的；并且，這一裝置的正常操作也不需要維修保養，也能夠相應減少投入。

最后，在爆頭裝置上必須要選用能夠達到制氧效率較高，且相應的操作維修投入成本較低的裝置。一般情況下，會選用橡膠隔膜型微孔裝置，這樣在達到節能降耗目標的時候，也能夠減少爆裂問題的發生，也因此會提高這一裝置的壽命。

3.3 工藝技術創新

當前，國內外在污水處理技術上，所使用的工藝技術大致分為以下幾類：BAF法（如圖1所示）、SBR法（如圖2所示）以及A210法（如圖3所示）和細菌膜法等，特別是以A210的處理技術較為普遍，處理效能相當好。該技術除具有獨特的污水處理工藝流程外，還在操作方式上進行了進一步革新。在實際應用中，具體的設計是，首先要進行生化池的科學合理設計，以確保在實際的污水處理階段，能有效適應實際水質、水量等變化，然后再進行相關處理裝置的合理可靠配置和操作，最后達到節能降耗的目標。

圖1 BAF污水處理法

圖2 SBR污水處理法

圖3 A210污水處理法

3.4 膜分離技術的應用

當前，在部分城市的生活污水處理中，膜分離法技術已取得了快速進展，并且，通過該技術處理后的土地和水體還可以重復使用。不過，膜分離法技術盡管具備相當的前瞻性，且達到了不錯的生活污水處理效果，但由于反復使用的處理膜會導致其處理能力逐漸減弱，進而形成了嚴重的膜環境污染問題。因此，在今后的發展趨勢中，應用該技術首先要解決的就是膜污染環境的問題。此外，由于當前的技術大多是先通過處理濾液、再改善處理環境等方式來進行處理，盡管能把濾液中的大粒子及時處理掉，使膜污染環境的程度降低，但也要花費較多的人力資源和時間，所以，該技術的發展仍然深受膜污染環境的影響。

3.5 水泵和調節池的應用

這兩種設備是城市污水處理過程中的重點裝置，而對于處理成本而言也是非常重要的因素。這主要是因為泵在城市污水處理裝置中的數量較多，其節水降碳的任務比較繁重。在實際應用中，一旦裝置通過變頻泵工藝的調整，就只能確保工藝參數的設定只符合相應的要求。所以，就要通過不斷地改進工藝技術，以更加靈活地利用設備的調控功能來達到節約降耗的總體目標。而在城市污水處理過程的重要核心環節中，該設備通常會占總功率的50%以上[5]。當前，在技術革新后，采用機械曝氣的方法已比較普遍，調節池的控制作用能促進生物反應從而達到凈化的目的，而應用空氣懸浮粒子通風機也能合理地調整風速。同時，這種裝置還不需要定期保養，從而也相應節省了生產成本。此外，在曝氣裝置的選用上，要盡可能選用氧效率高的裝置，比如橡膠隔膜型的微孔裝置，這樣就可以在達到降耗要求的同時，還能防止出現爆炸問題，同時，也延長了裝置的使用壽命。

3.6 生物濾池的應用

生態濾池的填料技術大多是塑料和碎石塊，是由人工方式組成的生態處理體系，在實際應用中，可利用污染物和填充物表面的細菌膜空隙，實現對天然水域凈化的目標。通常情況下，顆粒較大的污染物可利用人工填料技術消除，而水解性較強的污染物可利用細菌膜空隙分解。該技術的優勢在于：處理效果相對較為理想，對周圍環境的危害系數也較小。同時，由于用地面積較小，總體構造簡潔，以及可以進行智能化技術管理，有效地減少了勞動力成本，且管理起來也較為方便。此外，因使用的是自然通風，有效地節省了曝氣成本；而且，還不需要電力的高效支撐，穩定性也較高。所以，利用這個技術可以很好地解決水體污染管理問題，其處理效果也較為理想。當前，不少地方已積極引進該項技術，未來前景不錯。

3.7 厭氧生物處理技術的應用

厭氧生物處理技術的基本原理是，在無氧環境下利用厭氧微生物有效溶解污水中的有機質。通常，該工藝技術大多被應用于解決高含量的有機合成污水中。但在污染日益嚴重和能量缺乏的背景下，因為在厭氧狀態生物處理過程的產品中存在高能量物質，逐漸引起了人們的重視。近年來，意大利、荷蘭、哥倫比亞、印度、巴西等發達國家也開始根據生活污染物量大、含量低的特性，來進行實驗研究，并且投放了較多的生產性設備。近年來，我國也逐漸加強了對該方面的科研力量，而較早開展研究厭氧法處置城市生活污染物的是中國市政工程西南設計院，還有，北京市環境科技研究院也開展了厭氧水解－好氧工藝，清華大學環境工程系也進行了這方面的科學研究。

3.8 人工濕地技術的應用

人工濕地污水處理技術是典型的土地管理技術，主要是利用天然濕地公園體系，以及利用物理、生態和化學等協同效應逐步消除水體的污染。該工藝的主要處理過程包括：吸收、過濾、離子交換和植物吸收等。在實際應用中，這項技術可以很好地緩解城市生活污水處理困難問題，同時也可以作用于農業生產的污泥，主要包括：被土壤中重金屬根離子污染的飲用水、礦山污泥以及生活垃圾滲濾液等，因此，該技術有著十分廣闊的使用前景。

人工濕地管理控制系統主要包括表層流動人工濕地管理控制系統和潛流人工濕地管理控制系統。其中，表層流動人工濕地管理是在各種淡水池或池塘的主要渠道中栽植各種種類的水生植物，并利用種植植物的深淺與密度系數的差異來有效改善人工濕地生態系統的生物多樣性，從而保持污水處理的高效平衡，其管理方法是通過濕地土壤在各區域中好氧程度的差異，實現生物脫氮的功能。而潛流人工濕地環境處置體系一般的工作機制是通過使用粘附于礫石或水生植物根部的細菌溶解水體污染物。許多科學研究均已證實，人工濕地對于處理廢水有著良好的去除效果。同時，因為人工濕地有著投資少、運行管理簡易以及操作維修簡單等優點，非常適合于城市中缺乏健全的污水管網體系的區域和城鎮。