污水处理过程中节能优化的控制方法探微

刘扬

摘 要：现在城市发展的情况日益复杂，对污水处理过程中节能优化的控制要求也随之越来越高。只有不断提高污水处理技术，才可能对百姓的用水安全提供一个强有力的保障。因此对污水处理问题的有效解决，如何在污水处理效率提高的同时兼顾环保是有关的污水处理部门必须解决的一个问题。笔者在下文中对我国污水处理过程中节能优化的控制现状进行了阐述，总结分析了我国污水处理过程中节能优化控制存在的问题，并针对这些问题提出了节能优化的控制方法。

关键词：污水处理；节能优化；控制方法

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-244-2

0 引言

我国近些年人口还在持续增长，对水资源利用数量也在大幅增加，加上工业化进程初期带来的高污染，中国的用水安全保障方面的问题很大。为了解决这一问题，国家对城市污水处理的项目都给予了政策和经济上的极大支持，新建了许多污水处理厂，但由于技术、资金及管理等方面的条件制约，我国污水处理厂的成本一直居高不下，效率却不高，难以创造太大的社会效益。因此，把污水处理过程中的控制方法向节能优化的方向发展，是我国污水处理工作的大方向。

1 我国对于污水处理现状一

我国是世界上严重缺水的国家之一。虽然我国的水资源占全球总量的6%，在世界上名列第六。但由于我国占世界1/5的庞大人口基数，我国也是全世界人均水资源占有量最少的国家之一，只有全球平均水资源占有量的1/4，也就是人均2300立方米左右，所以水资源问题一直是我国的重大隐患。20世纪20年代，我国开始城市水污染的治理工程建设，但直到80年代中后期，污水处理工作才进入了发展的高速期。到2010年为止，我国有2389 座城镇污水处理厂建成，可以每天处理1.15亿立方米的污水。到2014年我国城镇污水处理厂已经达到了6031座，与2013年相比较污水处理厂增加了12.43%，达到了494.3亿吨的年污水处理量[1]。由此可见，我国的城市污水处理厂在每年稳步增加，为保护环境，促进社会可持续发展提供了有力的保障。

虽然我国的污水处理厂的建设有了一定的发展，但和发达国家还有很大的差距，污水排放量一直大于污水的处理量，而且我国污水处理厂能源消耗大，成本也比较高，导致其发展受到了极大阻碍。调查显示，我国污水处理厂对电能的消耗是西方发达国家的两倍多，也就相当于它们上世纪末的耗能水平。论污水处理的技术水平，我国与发达国家差距并不是很大，问题归根结底还在污水处理的自动化及管理水平的差异[2]。我国最早使用的污水处理技术有氧化沟、活性污泥法、A/O（生物除磷工艺）、A2/O（生物脱氮除磷工艺）等，自从“九五”计划的实行以来序批式活性污泥法、人工湿地、延时曝气技术也被相继地应用到污水处理工作中。现在A2/O和氧化沟技术已成为我国主导的污水处理技术。这些技术都是欧美发达国家研发的，在工业化程度高的国家可以适用，但中国引入这些技术后就存在投资建设和运营成本高的问题。降低污水处理成本也就成了国家污水处理的重要问题[3]。目前，污水处理行业也开始转向产业化发展，再加上水资源使用日益紧张，可持续发展的理念已经被大众认可，节能、减污、降耗、增效等也已是人们追求的目标。但就目前而言，污水处理能耗大的问题还将成为长期困扰城市污水处理发展的重要问题。

2 污水处理过程中存在的问题

2.1 污水处理能耗较高

中国污水处理能源的损耗量大的问题，一直是传统的污水处理系统优化中的难题。污水处理系统需要使用许多设备和技术，能源的质量标准要求也相对较高。虽然通过污水处理系统对污水进行了净化处理，保护了生态环境，但高耗能的问题又带来了新的环境问题。因此我们必须要加大对污水处理技术的研发力度，减少污水处理中的能源消耗。

2.2 污水处理适应性差

污水处理工作是一项复杂烦琐的工作，在污水处理的整个流程都需要注意资源的优化，并且对处理过程中的各种数据也要加以科学合理的综合分析。但在实际的施工中会有许多无法预料的情况出现，这就对技术施工人员提出了更高的要求，不但要考虑到材料的合理选择，同时对能耗与出水控制的平衡点也要准确把握。如果施工中有差错出现在任何一个环节，污水处理工作的整体效益就会大打折扣，甚至功亏一篑[4]。我国的污水处理厂在控制结构上都比较简单，控制变量时也不符合标准，故而污水处理系统在工作中很容易被外界因素干扰，污水处理的环境适应性比较差。

2.3 对水质和能耗的控制难以两全

现在的污水处理中不但要求净化过的水要达到一定的标准，而且还要实现低耗能、低成本的目标。但在实际的污水处理中得到的研究分析报告表明，对水质的净化处理和能源消耗两者间并没有必然的联系，也就无法对两者进行一个有效地统一调控，两方面的矛盾长时间存在。如何在保证水质的同时把能耗降到最少，就成了一项漫长而艰巨的任务。

3 污水处理过程中节能优化的控制方法

3.1 采用污水生物脱氮技术

调查发现， 水体富营养化是我国一种很严重的水污染现象，直到现在水污染技术虽然发展迅速，但这个问题还不能得到有效地解决，反而水体富营养化的问题变得越来越严重， 脱氮除磷就可以有效地解决这个问题。在应用这种技术时，对成本和能耗的减低问题同样要进行考虑，要在脱氮除磷技术使用中进行节能优化的控制。我们知道污水中的氮成分存在方式主要为氨氮和硝态氮化合物，在实际的处理中就要依据不同形态的氮使用不同的污水处理方式[4]。比如，有机氮不溶于水，我们就可以利用沉池的方法进行过滤。

3.2 采用反硝化除磷技术

这种技术是在厌氧条件下，使污水中的基质首先被转化为以PHB（聚羟基丁酸酯）为主要成分的聚合物质，位于细胞内的多聚磷酸盐为这个过程提供了能量。这样，磷酸盐就被排到了细胞之外。好氧条件出现后，在厌氧条件下贮存的聚羟基丁酸酯就会因为环境中缺乏 COD（化学需氧量）而被充当基质，聚磷酸盐就在细菌过量摄取磷酸盐的过程中产生，同时也使细菌得到了增殖[5]。除此之外，糖源在好氧条件下也得到了补充。这样在好氧条件下离析出的增殖细菌便能被排除。细胞内磷含量在聚磷细菌中只论干细胞可达到12%左右，而1%-3%则是一般细菌细胞的磷含量[6]。由此可见。污水中的磷酸盐可以被生物聚磷中出现的细菌分离有效脱离。这就为污水处理过程中节能优化的发展奠定了十分有利的技术基础。反硝化除磷细菌在缺氧和好氧条件下一样，都可以利用硝酸氮作为电子受体，同样产生生物摄磷功效，把硝酸氮还原为氮气。结果很明显，反硝化除磷过程中COD与曝气量可以积累很多，这就使得污水处理中的污泥产量大大减少。

3.3 加强电气节能优化控制工作

电气节能是污水处理中的一项重要内容。随着我国资源的日益枯竭，节约能源这个亘古不变的概念也越来越受国家重视。因此，在电气方面就要求要最大可能的节约电能，做好对工厂电路的维修管理工作。除此之外，工厂中线缆铺设时要尽量选择质量好、性价比高的电路材料，保证施工的质量要求。为解决线路的损耗问题，必须要有一个完善的管理规章体系。在污水处理施工作业时，选择的变压器要合理，并且要全面了解变压器的三相线路有功耗损，减少线路损坏情况。污水处理厂在建设时的工程量是相当大的，对电缆、电线的质量要求很是严格。在对污水处理厂进行整体规划配电时，要尽量减少线路数量，以此减少对电能的损耗。一般而言，电阻会与电阻率以及电路的长度出现一个正比，而和线路截面则是反比，我们就可以此为依据，对如何减少线路损耗的问题进行研究，尽量减少具备导体特性材质的电阻率[7]。根据对污水处理厂已用的线路材质进行的检测研究表明，铝材质的电阻率要比铜材质的电阻率高很多。而且我们在装置线缆时要注意，由于在污水处理场的线缆一般铺设在腐蚀性的环境中，所以，铜质材料的线缆是选取线缆材质时的首选，而且在电缆铺设过程中，一定要遵守制定的线路铺设原则，负荷中心要保持和变压器的距离不能太大，以此最大可能地缩短电缆的铺设长度[8]。只有对这些问题加以重视和解决，才可以保证在污水处理中，减少电能的损耗，延长电线使用寿命。

3.4 使用遗传算法对污水控制参量DO实施优化

在参量DO优化中使用遗传算法，主要是利用遗传算法遗传机理和自然选择中的搜索算法，从而对污水中参量DO变量更好地控制。我国现在常用的污水处理方法是SBR（序批式活性污泥法）的方法，反应池是这种方法污水处理过程中的场所，这种方法的污水处理过程不复杂，具有良好的净化效果。但SBR法污水处理过程中由于是耗氧过程，所以我们在净化过程中必须供应足够的氧气，这样才可以活跃生存于污水中微生物的活动。对氧气输入量也要加以合理控制，溶氧量或多或少都会影响到污水的处理效果[9]。因此，污水处理工作中的对DO一定要有相应的仪器时刻进行监控，防止出现溶氧量过多或不足的问题。

依据实践表明，遗传算法是一种对DO变化量进行有效控制的方法，它利用遗传算法遗传机理和自然选择中的搜索算法为基础，把繁殖与变异现象在自然选择的变化更好地模拟出来。遗传算法如果可以在污水处理中被科学合理地应用，那么就可以减少污水处理中的能源消耗，并且降低污水处理过程中的成本投入。

4 结语

污水处理工作近年来受人民越来越多的重视。我国现在也在积极地进行节能减排的倡导工作，而污水处理行业作为一种高能耗的行业，污水处理厂能够保证水质的同时把能耗降到最少，是社会发展对其必然的要求。

参 考 文 献

[1] 常院，陈雷.污水处理过程节能优化控制方法的研究[J].化工管理，2015（35）：225.

[2] 张冠男.污水处理过程中的节能优化控制方法[J].技术与市场，2016（03）：115.

[3] 许玉格，宋亚龄，陈立定.基于人工免疫的污水处理系统自适应优化策略[J].信息与控制，2015，01：99-103+109.

[4] 卢志铭.节能优化控制方法在污水处理过程中的相关研究[J].资源节约与环保，2015，03：23.

[5] 李晓明.污水处理过程节能优化控制方法的研究[J].民营科技，2015，07：9.

[6] 李丽丽.浅谈污水处理过程的节能优化控制[J].资源节约与环保，2015，06：13-14.

[7] 刘本强，杨超，宣兆伟.污水处理厂供配电设计计算与节能控制优化方法[J].科学技术与工程，2012，12：3027-3031.

[8] 罗隆，周力尤.自动化技术在污水处理节能领域中的应用现状与前景[J].南方职业教育学刊，2011，04：1-3+39.

[9] 王夙，刘峻.污水处理厂能耗分析与节能技术研究进展[J].四川有色金属，2011，03：59-64.