孟偉高（湖南首創(chuàng)投資有限責任公司，湖南 長沙 410007）

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城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)

孟偉高（湖南首創(chuàng)投資有限責任公司，湖南 長沙 410007）

城市污水處理廠的能耗是非常大的，因此，其節(jié)能減排工作受到了社會各界的廣泛關(guān)注，曝氣階段是整個污水處理過程中能耗比較大的環(huán)節(jié)，需要尤其注意這一環(huán)節(jié)的節(jié)能，基于此，本文對城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)進行了研究。

城市污水；處理廠；曝氣節(jié)能；方法技術(shù)

1　引言

污水處理廠的能耗費用是最具節(jié)約潛力的部分，一般污水處理的能耗費用在運營費用中占較大比例，約30%左右，部分污水處理廠更高。因此提高能源的使用效率是提高污水處理廠經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。

2　城市污水處理廠曝氣系統(tǒng)原理及作用

目前我國的城市污水處理廠曝氣技術(shù)多樣，但應(yīng)用最廣泛、最具代表性的是通過鼓風曝氣系統(tǒng)來實現(xiàn)的，鼓風曝氣系統(tǒng)包括曝氣管線、鼓風機以及曝氣器等。鼓風曝氣的原理主要為：通過曝氣管道將空氣輸送到曝氣器，使空氣在曝氣器中形成不同尺寸的氣泡，氣泡的大小主要由空氣擴散裝置的形成來決定。

曝氣系統(tǒng)是污水處理廠處理過程中的重要環(huán)節(jié)之一，曝氣的主要作用可歸納為以下幾點：①充氧，曝氣系統(tǒng)可向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，從而為代謝過程提供充足的氧量。②攪動、混合，使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于劇烈攪動的懸浮狀態(tài)，能夠與廢水充分混合、接觸。當前城市污水處理廠曝氣技術(shù)多通過鼓風曝氣系統(tǒng)來進行，而鼓風曝氣系統(tǒng)又由曝氣管線、鼓風機以及曝氣器構(gòu)成（如圖1所示）。

圖1　微孔曝氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　城市污水處理廠曝氣技術(shù)的試驗和控制分析

在進行曝氣試驗的時候，首先，要向曝氣池中注入自來水，曝氣池的容積一般為24.0m3，注入的水一般要灌滿曝氣池。接下來，需要向水中投放相應(yīng)的硫酸鈉，在投入硫酸鈉之前，要對水中氧氣的溶解程度進行確認，要在確保水中的氧氣充分溶解之后，按照1：8的溶解氧和無水硫酸鈉的比例進行投放，考慮到客觀因素，一般在實際投的時候要按照所計算的比例多投放10%的劑量。在投放硫酸鈉后，為了使水中的氧氣和硫酸鈉充分發(fā)生反應(yīng)，需要進行人工的攪拌工作，直到確認水中的亞硫酸根離子和氧氣含量接近零為止，這時需要再次對水中的氧氣的溶解量進行確認。在確認水中的氧氣濃度為0的時候，要開始進行曝氣工作。在進行曝氣的時候，要注意曝氣時間和DO值，每間隔1min，就要更新一次DO值，同時做好記錄工作。曝氣試驗要一直持續(xù)到曝氣池內(nèi)的氧氣不再溶解后才可以停止。在試驗的時候，要對相應(yīng)的空氣流量、溫度等相關(guān)因素做好記錄。

3.1曝氣量產(chǎn)生的影響

氧氣在水中傳播遵循雙膜理論。雙膜理論指的是，在氣體和液體相接觸的地方存在著液膜和氣膜，它們分別以層流狀態(tài)存在。液相的主體傳遞方式是通過氣體分子的擴散實現(xiàn)傳播的，在傳播過程中，氣體分子通過液膜和氣膜進行傳輸。為了增強推動效果，在實際試驗中，一般可以選擇增大通氣流量來實現(xiàn)。

3.2溫度和曝氣系統(tǒng)充氧的關(guān)系

水溫的變化也可以對曝氣系統(tǒng)產(chǎn)生影響，具體來說當水溫發(fā)生變化的時候，水的物理性質(zhì)也會發(fā)生改變，從而氧氣在水中的傳播速度和溶解性能也會收到相應(yīng)的影響。當水的溫度減小的時候，水中的粘度變大，分子的活動能力減弱，液膜厚度將會增大，從而導(dǎo)致氧氣的傳播速度下降，但此時相對應(yīng)的是氧氣的飽和溶解度會升高。所以氧氣的飽和溶解度和氧氣的傳輸速度之間呈現(xiàn)出負相關(guān)的關(guān)系。在進行試驗的時候，要注意這種負相關(guān)關(guān)系，選擇合適的溫度區(qū)域確保試驗的效果。

3.3曝氣系統(tǒng)的材質(zhì)會影響充氧性能

上文我們已經(jīng)分析了微氣泡曝氣器的運行效率較高，但因為材料的限制，微氣泡曝氣器也比較容易破損和堵塞。同時，由于使用時間較長，也極可能導(dǎo)致曝氣系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)出現(xiàn)問題，例如產(chǎn)生破碎、破裂的現(xiàn)象。這些問題給曝氣系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)帶來了非常不利的影響。在實際操作中，技術(shù)人員要對相關(guān)的問題格外注意，對相關(guān)現(xiàn)象進行進一步的研究，確保曝氣系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的同時保證企業(yè)的經(jīng)濟利益。

4　城市污水處理廠曝氣節(jié)能方法與技術(shù)

4.1智能曝氣控制技術(shù)

城市污水處理廠在運行的過程中，進水水質(zhì)和數(shù)量并不是固定的，經(jīng)常會發(fā)生變化，這樣一來，在利用微生物對污染物進行降解時，所需消耗的氧量也會相應(yīng)的發(fā)生變化，為了保證生化反應(yīng)的正常進行，就需要在一定的時間段內(nèi)，實現(xiàn)供氧量與耗氧量的平衡，這樣才能保證出水的質(zhì)量，實現(xiàn)控制的穩(wěn)定性及可靠性。智能曝氣是一種控制方法，以活性污泥動力學模型為基礎(chǔ)，通過相應(yīng)的計算，來對曝氣進行智能控制。在進行污水處理時，活性污泥法是一種比較重要的方法，對于微生物生長的環(huán)境、曝氣池中的有機物去除等工藝，由人工來進行恰當?shù)目刂?，以便于提高控制的有效性。在利用單體設(shè)備進行節(jié)能時，具備一定的范疇，但是應(yīng)用了智能曝氣之后，實現(xiàn)了范疇的超越，有效的實現(xiàn)了降低能耗的目的。

4.2構(gòu)建智能曝氣控制系統(tǒng)

根據(jù)相應(yīng)的動力學數(shù)學模型的建立以及相應(yīng)的計算，構(gòu)建起智能曝氣控制系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，采用四級控制方式，也就是在進行控制時，將智能總控制室和PLC控制站結(jié)合起來的方式。在智能總控制室中，設(shè)置智能曝氣控制模塊，在模塊的下方，再設(shè)置PLC控制站，通過計算機和以太網(wǎng)，對曝氣進行智能控制，通過PLC站點的采集，獲得相應(yīng)的實時參數(shù)，進而將各個曝氣池中的需氧量科學的計算出來。在智能曝氣控制系統(tǒng)中，智能控制模塊是系統(tǒng)中的核心，通過智能模塊的控制作用，根據(jù)曝氣池實際的需氧量，完成氧氣的供應(yīng)，以實現(xiàn)節(jié)能的目的。智能曝氣控制系統(tǒng)在實際運行的過程中，實行人工強制控制模式和正常模式相結(jié)合的控制模式，所謂正常模式，就是指自動控制模式，當自動控制模式無法起作用時，就由工作人員來進行人工強制控制。

4.3智能曝氣系統(tǒng)的性能分析

在對智能曝氣系統(tǒng)的性能進行分析時，通過以下幾個部分的控制分析來進行。①對鼓風機的控制分析，在智能曝氣系統(tǒng)中，通過對不同時段鼓風機需氣量和實際曝氣量的對比可知，即使時段不同，變化規(guī)律也基本一致，同時，需氣量與實際曝氣量的運行曲線基本重疊，可見，通過智能曝氣系統(tǒng)的調(diào)劑作用，鼓風機的實際曝氣量與需求質(zhì)量基本實現(xiàn)了平衡。另外，通過對比實際曝氣量與總電流的曲線圖可知，二者之間的變化規(guī)律也是一致的，說明通過智能控制，鼓風機的能耗實現(xiàn)了有效的控制，達到了降低能耗的目的；②對DO控制的分析，在未采用此系統(tǒng)之前，DO控制的效果波動性非常大，呈現(xiàn)出比較明顯的不穩(wěn)定性，但是DO控制應(yīng)用了智能曝氣控制系統(tǒng)之后，控制趨于平穩(wěn)，波動范圍比較小，由此也說明，智能曝氣系統(tǒng)有利于提升DO控制的穩(wěn)定性；③對出水水質(zhì)的影響，在進行此項分析時，通過對比分析來實現(xiàn)，對比的對象為應(yīng)用系統(tǒng)前后的出水水質(zhì)，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，智能曝氣系統(tǒng)有利于提升出水的水質(zhì)，提高能源的利用效率；④節(jié)電分析，通過對比智能曝氣實施前后的電耗圖可以發(fā)現(xiàn)，在實施了智能曝氣之后，電耗降低了許多。通過這四個方面的分析可知，城市污水處理廠通過智能曝氣系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)曝氣節(jié)能的目的。

5　結(jié)束語

總而言之，在污水處理廠的建設(shè)過程中，盡可能地選擇合理的處理工藝，使用節(jié)能設(shè)備及裝置。對于已建成投產(chǎn)的污水廠要大膽進行技術(shù)改造，引進新技術(shù)、新設(shè)備，加強科學管理，逐步實現(xiàn)污水資源化，才能使污水處理技術(shù)向低耗、高效率的方向發(fā)展。

［1］王高峰.城市污水處理廠曝氣節(jié)能措施探析［J］.水能經(jīng)濟，2015（12）：277.

［2］劉飛，張雁秋.污水處理廠曝氣池節(jié)能及新型生物脫氮技術(shù)［J］.科技致富向?qū)В?011（14）：59～60.

［3］喬文如，田偉.淺述城市污水處理廠的節(jié)能降耗［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（11）：89.

孟偉高（1982-），男，工程師，本科，主要從事環(huán)境保護工作。

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2095-2066（2016）16-0012-02

2016-5-21