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摘要：在可持續發展戰略的引導下，國內眾多企業紛紛將節能減排作為企業發展的主要路線。相較于有色金屬、鋼鐵等高耗能行業來說，污水處理行業所用能耗相對來說較低，故一直沒有得到人們的足夠重視。事實上污水處理同樣也有著比較高的能耗，作為密集型產業，其每年能耗同樣不低。以近些年國內污水處理廠能耗實際情況展開研究，從多個角度闡述國內污水處理廠的問題，并基于新技術、新工藝提出新型污水治理思路，希望能夠為污水處理廠提供新的發展思路。

關鍵詞：污水處理廠；能耗控制；優化控制；節能降耗

污水處理行業是一種能耗十分密集的產業，其能耗除了包括我們所能理解的電能消耗以外，還包括燃料能源消耗、化學用劑消耗。當然作為大頭的電能消耗在污水處理中占有著極高的比重，據資料顯示電耗在污水處理中所占比例在60%~90%之間。數據表明2017年全國污水排放總量為812億t，假設對這些污水進行全部的處理，需消耗總電量191.2億kWh，相當于2018年國內總耗電量0.41%，2018年GDP為0.021%。由此可以看出，污水處理工作正面臨著節能降耗的嚴峻性與緊迫性問題。

1國內污水處理廠的能耗情況

過去因忽視了污水處理廠綜合資源消耗問題，故國內對污水處理廠的能耗研究起步比較晚。根據近些年的研究可以看出，對于城市污水處理節能降耗的研究重心主要有2方面，第一個方面改良污水處理工藝，第二個方面優化污水處理廠的運營與管理。有學者通過改良傳統工藝的方式實現了污水處理廠能耗的有效控制，有學者則用清潔生產方式，展開了對污水處理清潔生產的研究，幫助當地污水處理廠實現了可持續發展。相對于美國的污水處理廠耗電量0.2kWh/m3來說，國內污水處理廠的耗電量高達0.29kWh/m3，該數據顯然遠超發達國家。從該數據來看，我國顯然有著十分巨大的節能潛能。污水處理過程中生化供氧有著最大的能耗，其約占污水處理總能耗的1/2[1]。此外，在污水處理系統中有一個提升系統，該系統會消耗處理廠電量的25%，為整個污水處理廠中第二耗電量的設施。所以，做好曝氣設備節能與泵功率的提升是解決污水處理廠高耗能問題的重要思路。

2國內污水廠能耗治理措施

2.1優化生化池控制。在污水處理系統中，曝氣系統是最核心的污染物處理設備，當然該設備也是污水處理廠耗能最高的設備，是污水處理廠節能降耗控制與研究的重點對象。在生產過程中，不論是曝氣量出現過高還是曝氣量出現過低都會影響到生化池反應效果。比如在曝氣量出現過高的情況時，生化池有機污染物就會在DO過高的情況下迅速分解，該現象會導致微生物缺少足夠的營養，此時的活性污泥會出現自我分解、自我膨脹的情況。偏高的曝氣量會加劇電能消耗量，影響了最終的能源消耗情況[2]。與之對應的是如果曝氣量低于正常水平，那么生化池微生物將失去原有的生存空間，失去原有的對污染物的處理能力、處理效率，嚴重影響水質。優化曝氣裝置的過程中，需要做好供氧設備性能的優化工作，這樣才能夠獲得更多的曝氣動力。當前很多污水處理廠生化池所用的方法都是微孔曝氣，這種類型的曝氣裝置很容易發生堵塞問題，且有著較高的維護費用，對污水處理廠的運營管理來說有著不好的負面影響。射流曝氣器能夠改善這一問題，充分彌補這類曝氣裝置缺陷。射流曝氣裝備與微孔曝氣裝備二者的區別是非常顯著的。相較于微孔曝氣器來說，射流曝氣器有著更出眾的抗水力沖擊能力與氧轉移效率。此外，射流曝氣器的處理能力也十分出眾，比如射流曝氣每度電能夠處理COD的量為3.36kg，BOD5的量為1.21kg，而微孔爆氣則只能做到每度電處理COD的量為1.57kg，BOD5的量為0.93kg。因污水處理廠本身的特性便是滯后性，故其運行方式與其他的工藝系統有很大的不同，常應用PID控制方法。該方法會進一步加劇污水處理滯后性，且該技術自控效果并不穩定，很容易出現水質處理不達標的問題。為改變這一情形需要應用精確控制的方式，該方式會降低鼓風機能耗，降低出水TN含量。應用智能專家系統可以將TP濃度控制在0.13mg/L，相較于優化前，其濃度降低了19%[3]。此外，還有雙DO控制閥，保持恒定DO梯度，賦予系統低能耗高效脫氮性能。以上曝氣控制思路均運用了DO單變量控制。傳統單變量控制無法應對當前人們對污水處理的嚴格要求，關于曝氣量的控制如今已經從過去的單變量向多變量方向發展。2.2優化泵控制。影響污水處理廠進水量的因素有很多，諸如季節、時間、天氣等的波動都會帶給其很大的影響。當前比較常用的處理方式為根據流量確定所選用泵。實際過程中在水泵滿負荷條件下，其運轉時間通常不到10%，該現象會浪費大量的中間能源。制定合理的優化思路，全面提升污水優化能力，繪制進出水高程能夠盡最大努力減少水頭損失，確保水泵可以始終維持高效狀態。提升水泵性能。降低水泵能耗的方法有很多，其中，提升泵系統控制是最簡單、直接的節能方法。目前，可用的技術有變頻技術，變頻技術的應用能夠實現能耗12%~40%的控制。資料顯示變頻調速水泵相較于工頻水泵在轉速上下降了20%左右[4]。在提升泵性能的過程中可以引入變參數PID算法與泵站分組輪詢，提高泵開啟效率。可以很好的節約泵耗電量并延長泵使用壽命。國內污水處理廠應用多機組編組控制、變速控制以及多臺水泵等方法，這些方法均沒有很好的節能效果。大小泵配合方法相較于前些方法來說效果要稍好一些。即低峰期使用小泵，高峰期使用大泵，根據集水池情況決定是否使用另一臺泵，這種方式相較于傳統方法能夠節約能耗35%。2.3藥劑用量控制。目前，污水處理廠常見的藥劑包括硫酸、聚合氯化鋁、氫氧化鈉、聚丙烯酰胺等。如果忽視了藥劑用量控制，同樣會導致資源浪費現象的發生。根據試驗得知，每噸污水凈化藥劑最佳使用量為200g。聚丙烯酰胺是上述藥劑中效果非常突出的一種，也是近些年常用的藥劑，該藥劑為有機高分子絮凝劑，這種材料有著很好的助凝、絮凝效果。在投放的時候需要采用多點連續投放式，最大化產品絮凝作用。2.4積極引用節能新工藝當前很多不滿足于如今污水處理技術的學者正在積極開發與探究低能耗、低成本的新技術、新工藝。這類工藝的基礎與原則為高排放標準、節約成本、節能、綠色。在深入研究的過程中，出現了應用生物、化學等為基礎的污水衛生處理技術，比如好氧顆粒污泥、厭氧氨氧化脫氮。早在2005年好氧顆粒污泥就已經在工程領域中得到了應用，DHC公司為此以其為核心同荷蘭delft大學共同開發了Nereda工藝，該工藝一經推出便廣受好評，得到了全世界的認可。如今全世界范圍內已經有了30多座Nereda污水治理廠。這類處理廠應用Nereda能夠實現能耗的有效控制，據資料顯示，該技術相較于傳統技術能耗可降低60%左右。厭氧氨氧化脫氮這項工藝有著無需碳源、耗能較少等優點，故得到了眾多學者的重視，對其展開了深入研究。在以該技術為中心的處理工藝中，自養脫氮即CANON、亞硝化厭氧氨氧化即SharonAnammox得到了十分廣泛的研究與應用。通過對厭氧氨氧化這種工藝的深度研究可以得出，相較于傳統污水處理手段，這種技術能夠在確保出水達標的基礎上，實現污水治理廠自給自足，雖然不能達到100%自給自足，但也能夠實現90%自給自足，并提高了有機物回收能力。當前，基于該技術為核心的污水治理工藝大多被用于工業污水治理，而垃圾滲透液、農業廢水、城市污水等高排放標準當前還沒有得到普及與應用，這意味著今后該工藝在這些領域中將有著很大的發展市場。污水處理工藝的研發能夠為企業帶來更多的收入渠道。基本應用污水處理技術可以將污水轉化為可以直接用于城市應用的非飲用水，日本只不過應用了三級污水處理技術以后，污水就已經能夠用于生活與工作。在熱泵系統的作用下，污水熱能可以被用于融雪工程、城市供暖以及空調供暖。國內也有類似的工藝，我國青島光威的污水處理廠應用沼氣發電每年可產出11520MkWh電量，其創造了年效益601.22萬元。在“十三五”期間，我國大力推廣的分布式光伏項目為污水處理廠提供了很多新的思路。比如六圩的污水處理廠就應用光伏發電每年發電可達600萬kWh以上，其中的85%電量用于污水治理，其余電量用于銷售，該思路每年為其節約396萬電費。

3結語

對污水處理廠能耗問題的優化是不確定、動態、可變的復雜過程。污水處理廠應結合自身條件、情況制定設備控制思路與工藝方法，用合適的技術規劃與管理手段，制定節能降耗思路，優化污水處理廠生產技術與生產方法，達成節能降耗目標。當然，目前的節能降耗方法仍舊不夠成熟，在今后的技術發展下，將會出現更多的節能降耗思路。諸如復雜傳感器多變量控制就能夠為污水處理提供更多的發展走向，此外，污水治理還要注重微生物方面的研究，開設生物、化學、物理交叉學科應用，打造科學體系，實現低能耗、高效率污水治理目標。

參考文獻

[1]黃衛忠.污水處理廠電氣節能措施探討[J].中國設備工程，2018（14）：87-88.

[2]倪鵬.污水處理過程中的綠色節能應用[J].綠色科技，2018（12）：87-88.

[3]張安龍，謝飛，羅清，等.中國城鎮污水處理廠節能降耗研究進展[J].環境科學與技術，2018，41（S1）：116-119.

[4]薛雨樺，王魏龍，俞斌.節能減排觀念在污水處理廠的應用研究[J].中國高新區，2018（11）：20.

作者:臧小華 單位:江蘇欣自然建設工程有限公司