污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化的控制方法探微

劉揚(yáng)

摘 要：現(xiàn)在城市發(fā)展的情況日益復(fù)雜，對(duì)污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化的控制要求也隨之越來(lái)越高。只有不斷提高污水處理技術(shù)，才可能對(duì)百姓的用水安全提供一個(gè)強(qiáng)有力的保障。因此對(duì)污水處理問(wèn)題的有效解決，如何在污水處理效率提高的同時(shí)兼顧環(huán)保是有關(guān)的污水處理部門(mén)必須解決的一個(gè)問(wèn)題。筆者在下文中對(duì)我國(guó)污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化的控制現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，總結(jié)分析了我國(guó)污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化控制存在的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了節(jié)能優(yōu)化的控制方法。

關(guān)鍵詞：污水處理；節(jié)能優(yōu)化；控制方法

中圖分類(lèi)號(hào)： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）24-244-2

0 引言

我國(guó)近些年人口還在持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)水資源利用數(shù)量也在大幅增加，加上工業(yè)化進(jìn)程初期帶來(lái)的高污染，中國(guó)的用水安全保障方面的問(wèn)題很大。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)家對(duì)城市污水處理的項(xiàng)目都給予了政策和經(jīng)濟(jì)上的極大支持，新建了許多污水處理廠，但由于技術(shù)、資金及管理等方面的條件制約，我國(guó)污水處理廠的成本一直居高不下，效率卻不高，難以創(chuàng)造太大的社會(huì)效益。因此，把污水處理過(guò)程中的控制方法向節(jié)能優(yōu)化的方向發(fā)展，是我國(guó)污水處理工作的大方向。

1 我國(guó)對(duì)于污水處理現(xiàn)狀一

我國(guó)是世界上嚴(yán)重缺水的國(guó)家之一。雖然我國(guó)的水資源占全球總量的6%，在世界上名列第六。但由于我國(guó)占世界1/5的龐大人口基數(shù)，我國(guó)也是全世界人均水資源占有量最少的國(guó)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(wèn)題一直是我國(guó)的重大隱患。20世紀(jì)20年代，我國(guó)開(kāi)始城市水污染的治理工程建設(shè)，但直到80年代中后期，污水處理工作才進(jìn)入了發(fā)展的高速期。到2010年為止，我國(guó)有2389 座城鎮(zhèn)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(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠已經(jīng)達(dá)到了6031座，與2013年相比較污水處理廠增加了12.43%，達(dá)到了494.3億噸的年污水處理量[1]。由此可見(jiàn)，我國(guó)的城市污水處理廠在每年穩(wěn)步增加，為保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了有力的保障。

雖然我國(guó)的污水處理廠的建設(shè)有了一定的發(fā)展，但和發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)污水處理廠能源消耗大，成本也比較高，導(dǎo)致其發(fā)展受到了極大阻礙。調(diào)查顯示，我國(guó)污水處理廠對(duì)電能的消耗是西方發(fā)達(dá)國(guó)家的兩倍多，也就相當(dāng)于它們上世紀(jì)末的耗能水平。論污水處理的技術(shù)水平，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家差距并不是很大，問(wèn)題歸根結(jié)底還在污水處理的自動(dòng)化及管理水平的差異[2]。我國(guó)最早使用的污水處理技術(shù)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(jì)劃的實(shí)行以來(lái)序批式活性污泥法、人工濕地、延時(shí)曝氣技術(shù)也被相繼地應(yīng)用到污水處理工作中?，F(xiàn)在A2/O和氧化溝技術(shù)已成為我國(guó)主導(dǎo)的污水處理技術(shù)。這些技術(shù)都是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家研發(fā)的，在工業(yè)化程度高的國(guó)家可以適用，但中國(guó)引入這些技術(shù)后就存在投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本高的問(wèn)題。降低污水處理成本也就成了國(guó)家污水處理的重要問(wèn)題[3]。目前，污水處理行業(yè)也開(kāi)始轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，再加上水資源使用日益緊張，可持續(xù)發(fā)展的理念已經(jīng)被大眾認(rèn)可，節(jié)能、減污、降耗、增效等也已是人們追求的目標(biāo)。但就目前而言，污水處理能耗大的問(wèn)題還將成為長(zhǎng)期困擾城市污水處理發(fā)展的重要問(wèn)題。

2 污水處理過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 污水處理能耗較高

中國(guó)污水處理能源的損耗量大的問(wèn)題，一直是傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)優(yōu)化中的難題。污水處理系統(tǒng)需要使用許多設(shè)備和技術(shù)，能源的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求也相對(duì)較高。雖然通過(guò)污水處理系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行了凈化處理，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，但高耗能的問(wèn)題又帶來(lái)了新的環(huán)境問(wèn)題。因此我們必須要加大對(duì)污水處理技術(shù)的研發(fā)力度，減少污水處理中的能源消耗。

2.2 污水處理適應(yīng)性差

污水處理工作是一項(xiàng)復(fù)雜煩瑣的工作，在污水處理的整個(gè)流程都需要注意資源的優(yōu)化，并且對(duì)處理過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)也要加以科學(xué)合理的綜合分析。但在實(shí)際的施工中會(huì)有許多無(wú)法預(yù)料的情況出現(xiàn)，這就對(duì)技術(shù)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(shí)對(duì)能耗與出水控制的平衡點(diǎn)也要準(zhǔn)確把握。如果施工中有差錯(cuò)出現(xiàn)在任何一個(gè)環(huán)節(jié)，污水處理工作的整體效益就會(huì)大打折扣，甚至功虧一簣[4]。我國(guó)的污水處理廠在控制結(jié)構(gòu)上都比較簡(jiǎn)單，控制變量時(shí)也不符合標(biāo)準(zhǔn)，故而污水處理系統(tǒng)在工作中很容易被外界因素干擾，污水處理的環(huán)境適應(yīng)性比較差。

2.3 對(duì)水質(zhì)和能耗的控制難以?xún)扇?/p>

現(xiàn)在的污水處理中不但要求凈化過(guò)的水要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，而且還要實(shí)現(xiàn)低耗能、低成本的目標(biāo)。但在實(shí)際的污水處理中得到的研究分析報(bào)告表明，對(duì)水質(zhì)的凈化處理和能源消耗兩者間并沒(méi)有必然的聯(lián)系，也就無(wú)法對(duì)兩者進(jìn)行一個(gè)有效地統(tǒng)一調(diào)控，兩方面的矛盾長(zhǎng)時(shí)間存在。如何在保證水質(zhì)的同時(shí)把能耗降到最少，就成了一項(xiàng)漫長(zhǎng)而艱巨的任務(wù)。

3 污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化的控制方法

3.1 采用污水生物脫氮技術(shù)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 水體富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)一種很?chē)?yán)重的水污染現(xiàn)象，直到現(xiàn)在水污染技術(shù)雖然發(fā)展迅速，但這個(gè)問(wèn)題還不能得到有效地解決，反而水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重， 脫氮除磷就可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。在應(yīng)用這種技術(shù)時(shí)，對(duì)成本和能耗的減低問(wèn)題同樣要進(jìn)行考慮，要在脫氮除磷技術(shù)使用中進(jìn)行節(jié)能優(yōu)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(tài)氮化合物，在實(shí)際的處理中就要依據(jù)不同形態(tài)的氮使用不同的污水處理方式[4]。比如，有機(jī)氮不溶于水，我們就可以利用沉池的方法進(jìn)行過(guò)濾。

3.2 采用反硝化除磷技術(shù)

這種技術(shù)是在厭氧條件下，使污水中的基質(zhì)首先被轉(zhuǎn)化為以PHB（聚羥基丁酸酯）為主要成分的聚合物質(zhì)，位于細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽為這個(gè)過(guò)程提供了能量。這樣，磷酸鹽就被排到了細(xì)胞之外。好氧條件出現(xiàn)后，在厭氧條件下貯存的聚羥基丁酸酯就會(huì)因?yàn)榄h(huán)境中缺乏 COD（化學(xué)需氧量）而被充當(dāng)基質(zhì)，聚磷酸鹽就在細(xì)菌過(guò)量攝取磷酸鹽的過(guò)程中產(chǎn)生，同時(shí)也使細(xì)菌得到了增殖[5]。除此之外，糖源在好氧條件下也得到了補(bǔ)充。這樣在好氧條件下離析出的增殖細(xì)菌便能被排除。細(xì)胞內(nèi)磷含量在聚磷細(xì)菌中只論干細(xì)胞可達(dá)到12%左右，而1%-3%則是一般細(xì)菌細(xì)胞的磷含量[6]。由此可見(jiàn)。污水中的磷酸鹽可以被生物聚磷中出現(xiàn)的細(xì)菌分離有效脫離。這就為污水處理過(guò)程中節(jié)能優(yōu)化的發(fā)展奠定了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)。反硝化除磷細(xì)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(chǎn)生生物攝磷功效，把硝酸氮還原為氮?dú)?。結(jié)果很明顯，反硝化除磷過(guò)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(chǎn)量大大減少。

3.3 加強(qiáng)電氣節(jié)能優(yōu)化控制工作

電氣節(jié)能是污水處理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著我國(guó)資源的日益枯竭，節(jié)約能源這個(gè)亙古不變的概念也越來(lái)越受?chē)?guó)家重視。因此，在電氣方面就要求要最大可能的節(jié)約電能，做好對(duì)工廠電路的維修管理工作。除此之外，工廠中線(xiàn)纜鋪設(shè)時(shí)要盡量選擇質(zhì)量好、性?xún)r(jià)比高的電路材料，保證施工的質(zhì)量要求。為解決線(xiàn)路的損耗問(wèn)題，必須要有一個(gè)完善的管理規(guī)章體系。在污水處理施工作業(yè)時(shí)，選擇的變壓器要合理，并且要全面了解變壓器的三相線(xiàn)路有功耗損，減少線(xiàn)路損壞情況。污水處理廠在建設(shè)時(shí)的工程量是相當(dāng)大的，對(duì)電纜、電線(xiàn)的質(zhì)量要求很是嚴(yán)格。在對(duì)污水處理廠進(jìn)行整體規(guī)劃配電時(shí)，要盡量減少線(xiàn)路數(shù)量，以此減少對(duì)電能的損耗。一般而言，電阻會(huì)與電阻率以及電路的長(zhǎng)度出現(xiàn)一個(gè)正比，而和線(xiàn)路截面則是反比，我們就可以此為依據(jù)，對(duì)如何減少線(xiàn)路損耗的問(wèn)題進(jìn)行研究，盡量減少具備導(dǎo)體特性材質(zhì)的電阻率[7]。根據(jù)對(duì)污水處理廠已用的線(xiàn)路材質(zhì)進(jìn)行的檢測(cè)研究表明，鋁材質(zhì)的電阻率要比銅材質(zhì)的電阻率高很多。而且我們?cè)谘b置線(xiàn)纜時(shí)要注意，由于在污水處理場(chǎng)的線(xiàn)纜一般鋪設(shè)在腐蝕性的環(huán)境中，所以，銅質(zhì)材料的線(xiàn)纜是選取線(xiàn)纜材質(zhì)時(shí)的首選，而且在電纜鋪設(shè)過(guò)程中，一定要遵守制定的線(xiàn)路鋪設(shè)原則，負(fù)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(shè)長(zhǎng)度[8]。只有對(duì)這些問(wèn)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(zhǎng)電線(xiàn)使用壽命。

3.4 使用遺傳算法對(duì)污水控制參量DO實(shí)施優(yōu)化

在參量DO優(yōu)化中使用遺傳算法，主要是利用遺傳算法遺傳機(jī)理和自然選擇中的搜索算法，從而對(duì)污水中參量DO變量更好地控制。我國(guó)現(xiàn)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(yīng)池是這種方法污水處理過(guò)程中的場(chǎng)所，這種方法的污水處理過(guò)程不復(fù)雜，具有良好的凈化效果。但SBR法污水處理過(guò)程中由于是耗氧過(guò)程，所以我們?cè)趦艋^(guò)程中必須供應(yīng)足夠的氧氣，這樣才可以活躍生存于污水中微生物的活動(dòng)。對(duì)氧氣輸入量也要加以合理控制，溶氧量或多或少都會(huì)影響到污水的處理效果[9]。因此，污水處理工作中的對(duì)DO一定要有相應(yīng)的儀器時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)溶氧量過(guò)多或不足的問(wèn)題。

依據(jù)實(shí)踐表明，遺傳算法是一種對(duì)DO變化量進(jìn)行有效控制的方法，它利用遺傳算法遺傳機(jī)理和自然選擇中的搜索算法為基礎(chǔ)，把繁殖與變異現(xiàn)象在自然選擇的變化更好地模擬出來(lái)。遺傳算法如果可以在污水處理中被科學(xué)合理地應(yīng)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(guò)程中的成本投入。

4 結(jié)語(yǔ)

污水處理工作近年來(lái)受人民越來(lái)越多的重視。我國(guó)現(xiàn)在也在積極地進(jìn)行節(jié)能減排的倡導(dǎo)工作，而污水處理行業(yè)作為一種高能耗的行業(yè)，污水處理廠能夠保證水質(zhì)的同時(shí)把能耗降到最少，是社會(huì)發(fā)展對(duì)其必然的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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