工业水处理中节能优化控制的研究

薛张辉

苏州市环科环保技术发展有限公司，江苏苏州 215007

节能技术就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。节能包括节约原材料消耗，提高产品质量、劳动生产率、减少人力消耗、提高能源利用效率等[1]。随着国家水排放标准和各行业排放标准的日趋严格，以及工业用水水质要求的提高，工业水处理的技术要求也越来越高。工业水处理，涉及到大量水耗，电耗，耗材更换，化学药品使用，废物处置和设备的维护更换等，是一个非常耗能的过程，在工业水处理中展开节能优化控制是非常重要的一步。

1 工业水处理过程中的能源消耗问题

工业水处理包括工业废水处置，回用水处理和纯水制造等，是多级处理设备联合运行的组合工艺过程。水处理设备的运行，需要使用大量耗电机器，如泵、风机、搅拌器等，合理的设备选型和工艺设计对降低电耗有明显的影响。在中水回用和纯水制造中，还涉及到水耗，如设备的反冲洗用水排放、活性炭过滤器（ACF）反冲洗、超滤膜（UF）的清洗、反渗透膜（RO）浓水排放等，都可能产生一定的水耗，降低水耗也是节能的重要部分。工业水处理中的能耗，还涉及设备耗材的更换量及更换频率、化学药品的使用量、废物的产生及处置量（如污泥的产量和处置），以及管理不善导致的损耗。工业水处理过程中的节能控制涉及到很多方面，需要统筹设计和综合协调，最大程度降低设备的运行成本，提高设备的效率，并且还要保证处理效果。

2 工业水处理过程中节能优化控制

2.1 工业水处理中电耗的控制

水处理设备的运行，涉及到大量电器，如泵类、风机类、空压机、搅拌器以及电保温装置等。想要降低电耗，需要优化这些电器的使用[2]。根据常规的废水处理排水要求，一般指的是处理悬浮颗粒物（SS）、化学耗氧量（CODcr）和营养盐（N和P）等要求，有很多处理这些污染物的工艺方法，各种组合工艺的电耗也不尽相同。首先，还是得优化工艺设计，在选择合适的工艺流程的同时控制电器的使用数量，从而自然降低电耗。比如，可以使用溢流的方式，来减少泵的使用数量。研究表明，生物处理时，采用MBR工艺可以代替常规的生物处理装置，从而降低能耗[3]。其次，着眼于选型和过程控制来减少电耗，比如，尽量选取能耗低的电机，从根本上降低电耗从而达到节能效果。有研究表明，采用变频控制[4]，合理地运行和停止使用电机，也能降低电能的损耗。也有研究表明，生物处理中，合理的过程控制，如控制合理的曝气量和优化风机选型，也能降低能源的损耗[2,5,6]。

2.2 工业水处理中水耗的控制

工业生产中需要大量的清洗水，所以会产生大量的废水。同时不同行业对于清洗水的要求也不同，所以会有自来水为原水的纯水制造。常规的废水处理处置中，不涉及水耗，通常废水处置达标就可以排放。废水的水耗只能改进生产工艺从而减少废水的产生。但是回用水和纯水中通常会涉及到水耗。中水回用通常就是节省了生产工艺中水的消耗而进行的水的循环使用的方法，所以水的回用量也是水耗的减少量[7]。尤其是在自来水原水的纯水制造中，水耗十分明显，生产的纯水量越大，排出的浓水量越少，水的消耗越小。纯水和回用水制造的处理工艺的不同，水耗也不尽相同。比如纯水和回用水常用的去离子工艺，离子交换树脂工艺和反渗透膜（RO）工艺，水的利用率也不一样，通常反渗透的水耗更大[8]。实际水处理工艺中，根据实际的情况选择合适的工艺，增加水的循环利用量，是降低水耗的有效方法。

2.3 工业水处理中其他能耗的控制

水处理过程中需使用大量的耗材和药品，控制药品和耗材的使用，也是一种重要的节能方式[9]。

对于常用的滤料，比如，活性炭过滤器中的活性炭等，合理的工艺设计和优质材质的选择，都能够降低滤料的更换频率从而减少能耗[10]。再者，对于滤料再生的研究，也能从重复利用角度，较少滤料的消耗。废旧的滤料也是废物的一种，需要额外处置，也增加了运行成本。

对于药品量的控制，可以从2个方面来考虑。首先是工艺的选择，在处理效能和经济性兼顾的基础上，尽量选择药品使用量少的工艺，或者选择性能更加优越的优质药剂。比如，对于化学耗氧量（CODcr）和营养盐（N、P）的处理，化学氧化和生物氧化都可以有一定的处理效果，但是生物处理，能够最大程度地节能，药品使用量很少，且处理效果好。另一个方面，是严格选择适宜药品和控制药品的使用量[11]，避免实际处理中投加不适合的药品或过多的药品来减少损耗。

水处理过程中产生的废物如废弃滤料，化学和生物污泥等需要进一步处理处置，也增加了运行成本，所以减少废物量或者废物资源化也是一种节能的途径。对于水处理过程中产生的污泥，通常需要外部继续处置，一般按照重量计算处置费用。所以污泥的进一步处置也是非常重要的环节，污泥处理工艺和脱水机的选择也是非常重要的节能环节。涉及到生物污泥，处置后还可以进行资源化利用，更加符合节能的需求。

2.4 工业水处理设备运行管理中的节能控制

除了工艺设计的节能，管理也是非常重要的节能环节。首先，提高设备的自动化控制水平，是一种重要的节能控制方法。提高自动化水平能够高效地运行设备，减少手动操作的误差，减少管理人员数量，同时能够精准地控制整个系统流程，为检修维护提供方便，是一种系统的节能控制方法。其次，就是制定合理的设备管理维护方案。设备运行管理中，科学地管理和维护，能够保持处理系统的稳定运行，且能够减少由于操作不当引起的维修维护，所以管理人员的定期技术培训和管理制度的落实，也是降低能源损耗的重要手段。

2.5 工业水处理中综合的能耗控制

工业水处理包括废水处置，中水回用和纯水制造，不同的要求下，工艺方法也不尽相同，所以工业水处理中的节能也是一个综合的过程。比如降低电耗，降低水耗或者减少药品的使用，减少废物产生，都是一个综合的过程，需要统筹兼顾综合的能耗及处理效果。比如，一个处理设备的电耗可能较大，但是节省了药品和水耗，另一个工艺电耗较小，但是其他消耗更大，综合的运行成本需要叠加比较。如在上文所述的去离子工艺中，离子交换和反渗透膜的比较，离子交换的水耗小，但是需要大量的药品，并且有大量的废旧树脂需要处置，反渗透水耗大，电耗大，但是药品使用量很少，没有废弃物产生，所以实际水处理工程中，需要根据综合的能耗和运行成本，来选取经济技术可能的最节能的处理工艺。

3 结语

工业水处理工艺中的能耗包括大量的电耗、水耗、耗材的消耗、药品的消耗以及废物的处置消耗，还有管理不善造成的损耗等。所以工业水处理节能控制是一个值得研究的方向。工业水处理包括废水处置、中水回用和纯水制造，不同的排放要求和用水要求使用的工艺也有很大的差别，能耗也各有不同。综合选取最适宜的处理方法，兼顾降低综合能耗和保证处理效果的同时，提高自动化水平，完善管理水平，从而实现工业水处理节能优化控制。