污水处理厂曝气系统的节能降耗研究

杨阿楠

摘要：针对我国大部分的城市污水处理厂所选用的曝气系统所存在的曝气量大小不均匀、溶解氧（DO）浓度不稳，自动化操作不强等问题，进行深入研究，提出解决办法，优化管理，达到降低能耗的最终目标。

关键词：曝气系统；节能；降耗。

中图分类号：TE08 文献标识码：A

1 引言

目前，我国的污水处理厂所采用的主要处理方法有活性污泥法和生物膜法，这两种方法都是利用生物来进行生物处理，为了保证处理效果，微生物能发挥发最佳的处理作用，就要为生物处理池提供适宜的溶解氧（DO），所以污水处理厂的曝气系统是必不可少的，也是占整个污水处理厂总能耗一半以上的能耗大户，所占比例一般超过60%[1]。由此可见研究如何降低污水处理厂曝气系统能耗的意义是多么的重大。

2 现有污水处理厂曝气系统能耗的分析

2.1从生物处理工艺方面分析

在污水处理中必须对曝气系统进行控制，要对气量的大小，曝气的时间长短进行控制，以为污水处理工艺的曝气池后往往会有二沉池，如果曝气时曝气量过小，在后续工艺中的二沉池就可能出现因缺氧而造成污泥的腐化，池底厌氧产生大量气体，使池底的污泥上浮。如果曝气时间过长，就会导致曝气量过大，曝气池能就会发生过高的硝化作用，这样就会有大量的硝酸盐进入沉淀池，再由反硝化细菌的作用在沉淀池产生大量的N2，致使池底污泥上浮。处理效果降低，能耗增加。

曝气量的分布是否均匀也影响曝气效果。一般污水处理工艺会在曝气池底均匀分布曝气装置，但如果有部分曝气头堵塞，就会大致发生堵塞的位置曝气量少，其他没有堵塞的位置相应的曝气量就增大；有事也会存在某些位置的曝气头损坏，造成损坏位置曝气量剧增，其他位置曝气量大大减少。这些情况都会造成生物反应池能曝气不均匀，处理效果降低，造成曝气系统的能耗损失。

2.2从行业现状方面分析

对已经建成并运行的污水处理厂进行调查，发现自动化程度较低，能耗较高。在很多水厂存在设计与实际投产运行的自动化要求不符，或在运行一阶段后，把部分自动装置改成手动，特别是曝气系统，半自动半手动。总结其原因有以下几点：

自动化技术未能与工艺设计相结合。由于我国我国污水处理起步较晚，早先的自动化系统都是引进国外的技术，即使现在部分产品我国已经有成熟产品，但自动化软件编程工程师一般都不是专业的污水处理行业的，大部分都是化工。冶金行业的自动化工程师，所以对无视处理工艺了解不深，不能完全达到污水处理工艺进行编程设计，大多数是套用自己所熟悉的本行业的一些技术及参数，这样就导致所用的自动化系统与污水处理工艺并不完全相符，造成处理效果不理想。

运行维护时自动化系统操作培训不到位。很多厂家调试运行时对污水处理厂的运行人员的培训不到位，只培训一些基本的操作，运行人员不能从理论上深入的研究和了解控制系统，或污水处理厂的运行人员更换频繁，致使部分培训内容丢失，使自动化操作达不到运行要求。

运行经验利用不足。因为污水处理厂在长期的运作中，会有规律可循，但污水处理厂的运行和管理人员往往不注意总结这些经验，致使其他相同规模的水厂在建设中利用不上这些经验。

2.3从计算建模方面分析

污水处理曝气量的计算非常繁琐，在对曝气池中溶解氧（DO）的控制时，自动系统的参数都是根据水厂的水质和季节不同进行不断的调整。从理论方面来看，污水的生物处理时非线性的，具有随机性、多变性及滞后性的特征，所建立的模型都是有条件和现有的经验所确定的参数，所以通过建模也不能准确的调节溶解氧（DO）,这样就造成了风机出口阀门的频繁开闭，降低设备寿命，能耗的增大。

3 污水处理厂曝气系统的节能分析

好样生物处理的曝气过程是个非常重要的过程，处理出水的水质的好坏，直接受曝气池内溶解氧（DO）的多少和污水混合程度的影响。曝气有充氧和搅动、混合的作用。常用的生物反应池内的曝气系统是由鼓风机、管道及曝气装置组成[2]。所以实现曝气系统的节能就要从这几方面组成着手。

3.1曝气装置的选择

选择曝气装置应遵循系列原则：

为了节能效果好 ，应选用氧利用率较高的曝气装置；

应选择不易堵塞，便于维护，故障易于排除的曝气装置；

应选择结构简单，工程造价较低的曝气装置。

现在常用的曝气装置时微孔爆气器，其主要有盘式微孔爆气器和管式微孔爆气器，盘式微孔爆气器分为橡胶膜和陶瓷。盘式曝气器以其低廉的价格首先被广泛采用，但在应用过程中其易老化、易堵塞、使用寿命短等缺点就暴露出来了，所以技术更为先进的管式曝气器就被当下设计人员广泛选用。通过应用对比，管式曝气器要比盘式曝气器的氧利用率高20%，可以降低能耗20%左右[3]。随着技术的进步，要选用更先进的曝气器，这样才能真正实现能耗的降低。

3.2曝气装置的分布

曝气池内微生物降解污水中的有机物的工程，包含微生物自身生长的过程，微生物经历对数期、衰减期及内源呼吸期。同时曝气池能的溶解氧（DO）也随之变化，符合曲线（见图1），通过曲线可以看出曝气池能的曝气装置应该按照推流式进行分布，沿池长方向，污染物浓度减低，所需曝气量递减，这样分布就避免了沿池长末端的曝气量的浪费，达到节能的作用[4]。

活性污泥的增殖曲线

3.3曝气量的控制

我们在计算曝气量的时候，曝气池不按平均需氧量计算，这样就会造成曝气池进口端有机污染物含量高的位置曝气量不够，曝气池出口端的有机污染物含量低的位置曝气量过多，造成能耗的浪费，出水也不合格。所以在曝气池内布置曝气管时，要根据每段的曝气量合理的选用曝气管，如曝气池进口端选用φ63的UPVC管道，在中间端选用φ53的UPVC管道，在出口端选用φ32的UPVC管道。这样就避免了曝气量的浪费。

3.4鼓风机的选择

鼓风机是目前应用最广的曝气风机，所以合理的选用风机，也是节能的关键，鼓风机的出口一般会有挡板、逆止阀、调节阀等，阀门和管道管件过多会造成能耗。由于曝气池内的曝气量和曝气时间是变化的，所以曝气风机出口的阀门就处于频繁的调节状态，随着科技的进步，一种采用变频器改变电机转速的变频分风机慢慢的得到大多数人得认同，通过曝气量的大小改变曝气风机电机的转速，这样就避免了传统机械运行方式的能耗的损失。

4 结论

综上所述，造成曝气系统能耗的原因有很多，节能方面我们主要从曝气装置的选择、分布、曝气量的控制及鼓风机选择这几个方面进行系统的论述，选用管式曝气器代替盘式曝气器，曝气装置选用沿池长方向渐疏的布置方式，严格控制曝气量，在满足工艺对风量及风压的要求下选用变频风机，来有效的降低污水处理厂曝气系统的能耗。

污水处理厂的曝气系统的节能，不是一天两天就能实现的，是需要做好长期作战的准备的，要想实现污水处理厂曝气系统的真正节能，就要从污水处理厂的最初设计着手，从建设前的设计阶段就完善设计，选用合理的工艺和设备，并在运行时加强管理，发现有落后的工艺或设备，就马上进行的改造，这样才能不断的降低污水处理厂的能耗，真正的为国家倡导的“节能减排”贡献力量。

参考文献

[1]林荣忱，李金河.污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径[J].中国给排水.1999.15（1）.

[2]李建勇，王建华.曝气流量控制系统用于污水处理厂的节能降耗[J].中国给排水.2007.23（12）.

[3]王彩霞.城市污水处理厂能源开发利用与节能技术[J].设计与研究.1991.（11）.

[4]张统，方小军，张志仁.SBR及其变法污水处理与回用技术[M].北京.化学工业出版社.2003.