城镇生活污水处理技术创新与节能降耗研究

李 伟

（庆阳市供排水公司，甘肃 庆阳 745000）

1 国内污水处理能耗综述

当前，在改革开放的历史背景下，我国的城市规模不断扩大，导致城市的污水排放总量持续增加，且相应的城市水污染问题也日益突出。而在治理水污染的过程中，污水处理能耗过大的问题受到了社会各界的广泛关注。但在以前，因为政府部门只注重发展社会经济效益，并没有对此项工作给予足够的重视，从而在很长一段时间内一直使用传统的处理技术。而现阶段，以牺牲环保和能耗为代价来发展国民经济的弊病已严重突出，因此，在大力推动可持续发展战略的过程中，对于如何实现污水处理技术的节能降耗，已成为当前水处理工作中的重要挑战[1]。通常情况下，污水处理厂的能耗主要在于能源消耗，其中用电能耗费用最高可达污水处理厂运行费用的70%，所以，这项工作的重点在于：要实现有效降低污水提升泵以及相应处理设备等的用电量，且如何应用技术创新来落实这一要求，已成为相关部门关注的焦点。

2 污水处理的节能降耗措施

2.1 应用污水提升泵

污水提升泵的应用，主要目的是在于降低污水处理过程中应用的电能，这就需要有关人员要科学合理地选用污水提升泵，并兼顾污水提高泵的综合性能。例如，可在污水提升泵中增加变频器控制，这样就可以合理地减少污水提升泵的扬程，进而实现了节省电力的效果。同时，还可以通过合理降低污水提升泵的用水量，以在一定程度上提高电能的使用率，从而降低了维修工作量，也实现了节能降耗的目的。同时，变频器还可以自动地调整污水处理装置的速度，实现在出水达标的前提下减少自动化泵的扬程，从而使污水提升泵获得了最佳的工作效率。此外，污水提升泵的功率因素与其流量、有效功率、泵扬程等都存在着相应的线性关系，比如，流速因素与污水提升泵的有效功率因素呈反比例，而有效功率因素则与污水提升泵成三次方正比，所以，有关人员在污水提升泵的设计过程中[2]，往往需要通过变频器调速的方法，来增加污水提升泵的输出功率，从而使污水提升泵可以在有变频器的状况下正常工作，也因此有效地减少了污水提升泵的能量消耗。

2.2 应用曝气系统

曝气体系是工业污水处理工艺技术中的核心技术，之所以选用更高效的曝气装置，因为这是工业污水处理工艺与技术节能降耗的关键。首先，要改变鼓风机的运行效率，例如，使用离心式鼓风机就可以提高曝气设备运行的稳定性，一方面，选择高效率的鼓风设备能有效提高氧的传质效率，使鼓风设备能够长时间地满负荷运行；而另一方面，离心式鼓风机还具有变频调控的功能，能精确控制曝气量。其次，相关工作人员还应制定精确的曝气解决方案，从而解决微孔曝气表面积比大的问题，而且，还可以通过使用智能系统来设计曝气流量的控制方案，但目前，大多数的工厂都采用人工调节曝气的方式。相比于智能调控，人工调节的劳动强度较大，也比较依赖于人工的精确计算，因此，节能效果远不如智能控制系统。

此外，阀门开度与气量控制也都需要模型的精确计算，而使用智能控制系统就比较容易实现。同时，智能控制系统还能对污水处理设备的曝气量进行连续检测，且一些微小的变化都能被检测到，这为曝气系统提供了智能化的工具。此外，相关工作人员还可以利用智能控制系统对曝气量进行有效调节，从而使污水处理过程中的曝气、底物等均达到平衡。

2.3 节约自来水的消耗

节省自来水的耗费也是污水处理厂创新与节水降耗的主要目标，特别是在污泥脱水技术的使用过程中，会形成大量水资源的耗费，这对于一些极度缺乏水资源的大型都市无疑是雪上加霜。所以，企业必须要构建完整的调节机制，以发掘污水处理中各环节的自来水减耗的潜能。通常，工业产品中自来水耗费主要包含了风机制冷水、绿化加水、反冲水以及清洗的车间水等，为了有效控制企业成本，有关主管部门必须清楚各部分的能源要求，进而再提出合理节能降耗的方法。同时，还要加大对节约自来水消耗的宣传，使全体企业职工都投入到污水处理创新和节能降耗的工作中来。

2.4 污泥的综合利用

在污水处理过程中，会形成大量的淤泥，但要想制止二次污染的形成，就必须对污泥进行集中处理。一般来说，污水处理所产生的污泥无外乎回填、农用、垃圾焚烧，尽管减少了环境污染，但并不能实现污泥的综合利用，因此，如果要使污泥实现再利用性质，就可以将其变成建材[3]，这样一来，不仅解决了污泥二次污染的问题，还实现了污泥的再利用，也赋予了污泥一定的利用价值。此外，通过将污泥进行资源化利用，既实现了循环使用的目的，又可以合理地减少生产所需能源，从而达到了经济效益和社会效益的统一。

3 在污水处理过程中实施技术创新的有效途径

3.1 在深度处理技术上的有效优化

在实施深度处理技术以前，必须先对工艺技术的可行性进行分析，并且，还必须实现科技经济效益的最优化。所以，在实际处理中，就要尽可能地在初级、二次深处理工艺中，将空气污染物中所包含的氮磷等物质全部去掉，然后再实施深层处理技术，可通过应用物理或生物处理技术来进一步将污水中所含有的有机物进行清除。在整个深度处理工艺中，其最核心的部分就是过滤工序，并在此基础上，再通过混凝沉淀来保证实际的处理效果，从而达到处理标准的要求。

当前，最普遍采用的深度处理工艺流程是：由高效混凝池和斜管（板）式沉淀罐组成相应的基础处理装置，在此基础上再加入过滤装置，从而最大程度地达到节能降耗目标。而在这一阶段的深度处理工艺技术中，进行了如下革新：第一种方法是以高效混凝沉淀池结合V型过滤池的处理技术来构成深度处理工艺，而另一种方法是以微砂循环的高速沉积加上V型过滤池。以上方法通过科学研究证明，如果单纯使用其中一个新工艺难免会出现某些漏洞，因此，必须把二者加以融合应用，才能实现科技创新的目的，才能达到对污染物的有效节能管理。

3.2 污水处理设备的节能降耗

首先，泵是进行污水处理所必需的重要机械设备，但由于这一机械设备的使用种类较多，且对应的能源用量较大。所以，就针对此处理工艺环节提出了具体要求，要合理选用尺寸适当的泵装置，还要做到对变频泵工艺参数的统一管理，从而使具体工艺参数的设定符合设计需要，这样就可以通过灵活的处理工艺进行节水降碳。

其次，是鼓风与曝气道上的装置选型问题，这部分也是整个污水处理工艺的关键环节，所以，对这部分领域的节能研究也必不可少。通常情况下，会选择机械曝气这一装置，这也是比较普遍的方法，但应该考虑室内空气调节池的控制作用[4]，以此达到生物反应池的水量恒定，或选择空气悬浮离心送风机，是通过空中对气量进行合理调节，从而达到节约能耗的目的；并且，这一装置的正常操作也不需要维修保养，也能够相应减少投入。

最后，在爆头装置上必须要选用能够达到制氧效率较高，且相应的操作维修投入成本较低的装置。一般情况下，会选用橡胶隔膜型微孔装置，这样在达到节能降耗目标的时候，也能够减少爆裂问题的发生，也因此会提高这一装置的寿命。

3.3 工艺技术创新

当前，国内外在污水处理技术上，所使用的工艺技术大致分为以下几类：BAF法（如图1所示）、SBR法（如图2所示）以及A210法（如图3所示）和细菌膜法等，特别是以A210的处理技术较为普遍，处理效能相当好。该技术除具有独特的污水处理工艺流程外，还在操作方式上进行了进一步革新。在实际应用中，具体的设计是，首先要进行生化池的科学合理设计，以确保在实际的污水处理阶段，能有效适应实际水质、水量等变化，然后再进行相关处理装置的合理可靠配置和操作，最后达到节能降耗的目标。

图1 BAF污水处理法

图2 SBR污水处理法

图3 A210污水处理法

3.4 膜分离技术的应用

当前，在部分城市的生活污水处理中，膜分离法技术已取得了快速进展，并且，通过该技术处理后的土地和水体还可以重复使用。不过，膜分离法技术尽管具备相当的前瞻性，且达到了不错的生活污水处理效果，但由于反复使用的处理膜会导致其处理能力逐渐减弱，进而形成了严重的膜环境污染问题。因此，在今后的发展趋势中，应用该技术首先要解决的就是膜污染环境的问题。此外，由于当前的技术大多是先通过处理滤液、再改善处理环境等方式来进行处理，尽管能把滤液中的大粒子及时处理掉，使膜污染环境的程度降低，但也要花费较多的人力资源和时间，所以，该技术的发展仍然深受膜污染环境的影响。

3.5 水泵和调节池的应用

这两种设备是城市污水处理过程中的重点装置，而对于处理成本而言也是非常重要的因素。这主要是因为泵在城市污水处理装置中的数量较多，其节水降碳的任务比较繁重。在实际应用中，一旦装置通过变频泵工艺的调整，就只能确保工艺参数的设定只符合相应的要求。所以，就要通过不断地改进工艺技术，以更加灵活地利用设备的调控功能来达到节约降耗的总体目标。而在城市污水处理过程的重要核心环节中，该设备通常会占总功率的50%以上[5]。当前，在技术革新后，采用机械曝气的方法已比较普遍，调节池的控制作用能促进生物反应从而达到净化的目的，而应用空气悬浮粒子通风机也能合理地调整风速。同时，这种装置还不需要定期保养，从而也相应节省了生产成本。此外，在曝气装置的选用上，要尽可能选用氧效率高的装置，比如橡胶隔膜型的微孔装置，这样就可以在达到降耗要求的同时，还能防止出现爆炸问题，同时，也延长了装置的使用寿命。

3.6 生物滤池的应用

生态滤池的填料技术大多是塑料和碎石块，是由人工方式组成的生态处理体系，在实际应用中，可利用污染物和填充物表面的细菌膜空隙，实现对天然水域净化的目标。通常情况下，颗粒较大的污染物可利用人工填料技术消除，而水解性较强的污染物可利用细菌膜空隙分解。该技术的优势在于：处理效果相对较为理想，对周围环境的危害系数也较小。同时，由于用地面积较小，总体构造简洁，以及可以进行智能化技术管理，有效地减少了劳动力成本，且管理起来也较为方便。此外，因使用的是自然通风，有效地节省了曝气成本；而且，还不需要电力的高效支撑，稳定性也较高。所以，利用这个技术可以很好地解决水体污染管理问题，其处理效果也较为理想。当前，不少地方已积极引进该项技术，未来前景不错。

3.7 厌氧生物处理技术的应用

厌氧生物处理技术的基本原理是，在无氧环境下利用厌氧微生物有效溶解污水中的有机质。通常，该工艺技术大多被应用于解决高含量的有机合成污水中。但在污染日益严重和能量缺乏的背景下，因为在厌氧状态生物处理过程的产品中存在高能量物质，逐渐引起了人们的重视。近年来，意大利、荷兰、哥伦比亚、印度、巴西等发达国家也开始根据生活污染物量大、含量低的特性，来进行实验研究，并且投放了较多的生产性设备。近年来，我国也逐渐加强了对该方面的科研力量，而较早开展研究厌氧法处置城市生活污染物的是中国市政工程西南设计院，还有，北京市环境科技研究院也开展了厌氧水解－好氧工艺，清华大学环境工程系也进行了这方面的科学研究。

3.8 人工湿地技术的应用

人工湿地污水处理技术是典型的土地管理技术，主要是利用天然湿地公园体系，以及利用物理、生态和化学等协同效应逐步消除水体的污染。该工艺的主要处理过程包括：吸收、过滤、离子交换和植物吸收等。在实际应用中，这项技术可以很好地缓解城市生活污水处理困难问题，同时也可以作用于农业生产的污泥，主要包括：被土壤中重金属根离子污染的饮用水、矿山污泥以及生活垃圾渗滤液等，因此，该技术有着十分广阔的使用前景。

人工湿地管理控制系统主要包括表层流动人工湿地管理控制系统和潜流人工湿地管理控制系统。其中，表层流动人工湿地管理是在各种淡水池或池塘的主要渠道中栽植各种种类的水生植物，并利用种植植物的深浅与密度系数的差异来有效改善人工湿地生态系统的生物多样性，从而保持污水处理的高效平衡，其管理方法是通过湿地土壤在各区域中好氧程度的差异，实现生物脱氮的功能。而潜流人工湿地环境处置体系一般的工作机制是通过使用粘附于砾石或水生植物根部的细菌溶解水体污染物。许多科学研究均已证实，人工湿地对于处理废水有着良好的去除效果。同时，因为人工湿地有着投资少、运行管理简易以及操作维修简单等优点，非常适合于城市中缺乏健全的污水管网体系的区域和城镇。