胡軼銘

（江西省誠鄉(xiāng)給水工程有限公司 江西南昌 330000）

引言

二十一世紀(jì)各個國家發(fā)展中首要課題就是節(jié)能減排?，F(xiàn)如今世界人口持續(xù)增長，各個國家持續(xù)推進工業(yè)化進程，導(dǎo)致能源消耗與日俱增?？焖僭鲩L的能源消耗問題制約著各個國家的發(fā)展，尤其是水資源這一不可再生資源。水資源是人類賴以生存的資源，是各個行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著人口的增長，水資源消耗量持續(xù)增加，產(chǎn)生的廢水也與日俱增。為控制水資源消耗，應(yīng)加強廢水治理，提高廢水治理水平。

1 城市污水的主要來源

城市運營中承擔(dān)著大量企業(yè)、居民的生產(chǎn)生活工作等功能，產(chǎn)生的污水種類較多，其中最為常見的就是生活污水。生活污水包括居民日常洗漱、衛(wèi)生間沖刷、家居環(huán)境清潔等多種類型的用水。生活污水中受到生活特性的影響，有機污染物含量較大，如果沒有經(jīng)過處理直接排放到自然環(huán)境中，會嚴(yán)重危害到城市土壤。很多人認(rèn)為生活污水中僅僅是日常生活所產(chǎn)生的廢水，可以二次利用不會嚴(yán)重污染環(huán)境，而事實是，生活污水中的有機污染物和化學(xué)元素較多，受到多重因素影響會嚴(yán)重危害到外界環(huán)境[1]。

工業(yè)污水也是城市常見的污水類型，很多重工業(yè)城市在早期排出的污水能夠匯集成一條河流，而工業(yè)污水所含的重金屬、難降解有毒有害物質(zhì)更多，如果不經(jīng)處理直接排放到自然環(huán)境中會嚴(yán)重威脅到周圍環(huán)境和人體健康，即便是經(jīng)過處理，有的工業(yè)廢水中依然存在部分難降解的物質(zhì)，導(dǎo)致周邊環(huán)境受到污染。為此，技術(shù)人員需要加強新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

城市徑流污水是一種容易被忽略的污水。自然環(huán)境中的雨雪天氣等降水會沖刷城市街道、建筑物等，導(dǎo)致水體中含有部分雜質(zhì)、垃圾、廢渣，形成城市徑流污水。徑流污水表面看似乎沒有很大的危害，但是其中含有很多未知的物質(zhì)，所以只有經(jīng)過再處理方可安全地排放到自然環(huán)境中。

通過上述分析可知，城市污水中含有十分復(fù)雜的物質(zhì)成分，多種物質(zhì)還可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的污染，導(dǎo)致污水處理難度較大[2]。

2 污水節(jié)能優(yōu)化控制方法研究的重要意義

2.1 降低能源消耗

通過有效處理污水，并積極應(yīng)用污水處理節(jié)能技術(shù)，不但可以達到污水處理中凈水資源消耗控制的效果，還能夠提高水資源循環(huán)利用水平，為人類社會持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

我國經(jīng)過南水北調(diào)后改善了北方水資源緊缺的問題，但是同時南方地區(qū)面臨著水資源減少的情況，總體來看，我國淡水資源十分緊缺。此時通過合理應(yīng)用污水處理技術(shù)可以將水資源消耗顯著減少，提高水資源的循環(huán)利用率，并且盡可能地降低污水處理中能源消耗，這有助于緩解水資源緊缺的現(xiàn)狀。

2.2 優(yōu)化城市污水處理條件

居民污水、工業(yè)廢水等都屬于城市污水，其類型較多，污水中所含的雜質(zhì)較多，同時污水處理要求也較高?，F(xiàn)階段我國城市經(jīng)濟發(fā)展實力較強的為東南沿海城市，這些區(qū)域污水處理技術(shù)、機械設(shè)備運營能力都較強，但是我國中西部城市、偏遠農(nóng)村等經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)缺乏高水平的污水處理手段，機械設(shè)備也存在一定的不足，污水處理條件有待完善。復(fù)雜化的污水要求需要不斷改進創(chuàng)新污水處理技術(shù)。為此，相關(guān)單位應(yīng)積極響應(yīng)城市污水處理政策和要求，加強更新基礎(chǔ)設(shè)施，這必然會導(dǎo)致污水處理成本增加。高額的污水處理成本會降低城市管理者處理污水的積極性，不利于城市污水處理事業(yè)的長遠發(fā)展，為此，應(yīng)加大污水處理節(jié)能控制力度，通過采取節(jié)能控制方法降低污水處理成本、提高污水處理效率，改善污水處理條件[3]。

2.3 推動經(jīng)濟效益的增長

在城市污水處理中通過應(yīng)用先進的節(jié)能控制方法可以將污水處理所需時間有效減少，節(jié)約污水處理成本，提高污水處理效率，同時減少污水中的有害成分含量、種類，進而避免危害周邊環(huán)境。

通過應(yīng)用節(jié)能污水處理技術(shù)，城市可以節(jié)約污水污染處理、治理方面的費用，可以說，在城市發(fā)展運營中，污水處理節(jié)能優(yōu)化控制方法至關(guān)重要，從總體來看，其不但可以進行污水處理成本的節(jié)約，還能夠節(jié)約凈水資源，是落實可持續(xù)發(fā)展、促進城市經(jīng)濟效益提升的重要途徑。

3 污水處理中的能源消耗類型

3.1 電能資源消耗

污水處理廠在運營中消耗的電量十分龐大，通過以往數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢可知，未來我國城市污水處理廠消耗的電能會持續(xù)增加，并且在電能消耗中占比會逐漸增加，同時也說明我國污水處理電能資源消耗控制方面有著較大的發(fā)展空間。污水處理廠運營中通常會采用生活處理供氧系統(tǒng)和污泥提升系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)的運行會消耗較多的電能，可以從污水處理工藝入手提高節(jié)電水平。

3.2 藥劑資源消耗

在污水處理中，絮凝劑可以聚集泥沙，泥沙沉積于底部，進而通過過濾清除。常見絮凝劑為聚合氯化鋁及其他人工合成物。城市污水處理中使用的絮凝劑較多，提高了污水處理的成本。同時，污水處理廠在使用藥劑資源進行污水處理時消耗的成本也會增加，影響環(huán)境，加上藥劑的生產(chǎn)、處理難度大，能耗高，導(dǎo)致污水處理節(jié)能效果不明顯[4]。

3.3 自然水資源消耗

和國外發(fā)達國家相比，我國污水處理技術(shù)發(fā)展晚，很多技術(shù)存在一定的不足，有的處理后的污水難以達到排放標(biāo)準(zhǔn)，加上部分污水處理上的水資源回用裝置不健全，污水排放過程中沒有合理進行分類，導(dǎo)致存在不同程度的污染問題。此外，一些未被污染的水資源和污水同時處理并排放不但會浪費自然水資源，還會增加污水處理成本，不符合污水處理節(jié)能目標(biāo)。為此，應(yīng)分類排放，減少自然水資源消耗，比如我國很多城市都在陸續(xù)推進雨污分流改造工程，其中大部分雨水資源可以回用。

4 節(jié)能技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

4.1 生態(tài)水處理系統(tǒng)

所謂生態(tài)水處理系統(tǒng)，是采用人工濕地、生態(tài)公園等原生態(tài)的方式進行水處理，其中人工濕地是最為常見的生態(tài)處理系統(tǒng)形式。人工濕地是人按照生態(tài)環(huán)境搭建的一種類似于沼澤的地面，能夠利用淤泥和微生物的共同作用達到清潔污水、改善水質(zhì)環(huán)境的效果，此種污水處理對環(huán)境負面影響小，污水處理產(chǎn)生的副作用很小。在污水處理中，人工濕地可以持續(xù)處理，城市管理者還可以借助人工濕地建設(shè)旅游景點、打造濕地公園，進而提高人工濕地的經(jīng)濟效益，在保證污水處理的同時提高城市綜合發(fā)展水平。不過人工濕地處理污水過程中需要投入較多的精力進行建設(shè)和維護，對環(huán)境和地質(zhì)有著較高的要求，通常在人口密度不高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者城市邊緣采用此種處理方式[5]。

4.2 生物膜法

生物膜法是水體凈化中充分借助生物膜的選擇性滲透作用，將一些特定物質(zhì)過濾。生物膜法相比于常規(guī)活性污泥處理法有著顯著的節(jié)能減排效果，其消耗小、濃度大，不過在具體進行污水處理中存在一定不足，可以綜合使用好氧活性污泥法進行綜合性處理。當(dāng)前污水處理中較為常見的是旋轉(zhuǎn)式接觸生物膜反應(yīng)器，能夠去除污水中超過65%的2-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚等。該方法在難降解有機物處理中有著十分良好的應(yīng)用效果，污水處理人員可以根據(jù)污水處理需求合理應(yīng)用該技術(shù)[6]。

4.3 微生物制劑技術(shù)

該方法主要包括新型微生物菌劑、微生物吸附劑、微生物絮凝劑等。在污水處理中使用微生物強化處理的菌劑能夠改善水體中的微生物菌種，進而發(fā)揮不同類型菌種的作用，該方法有著較大的潛力空間。新型微生物劑發(fā)酵工藝較為獨特，工作人員按照一定的比例混合好氧微生物和厭氧微生物，培養(yǎng)多種微生物群落，形成的微生物生態(tài)系統(tǒng)可以有效保證污水的凈化效果。生物絮凝劑主要以蛋清、多糖等為培養(yǎng)基通過發(fā)酵、培養(yǎng)、純化等步驟完成細菌、真菌等微生物處理，進而處理污水中的有機物。生物破乳劑在含油乳化液廢水處理中有著良好的應(yīng)用效果，其利用氣浮作用將乳狀液形式的難降解的有機污染物高效去除。當(dāng)前城市污水節(jié)能處理中常常使用生物破乳劑，有著十分良好的應(yīng)用效果。

4.4 細胞固定技術(shù)

該技術(shù)是對游離細胞采取物理或者化學(xué)處理，使其定位于有限區(qū)域內(nèi)，保證細胞在該區(qū)域保持良好的代謝活性，進而循環(huán)應(yīng)用于污水處理中。當(dāng)前海藻酸鈣、瓊脂、聚丙烯酰胺、多孔二氧化硅等都是常用的細胞固定化材料。該方法常常用于處理污水中的藻類、細菌等，有著較高的處理效率和較為簡單的操作方式，消耗的成本較低，在污水處理方面可以顯著發(fā)揮其作用。通過分析細胞固定技術(shù)在不曝氣及曝氣條件處理綠苔、藻類中氮、磷能力可知，不同系統(tǒng)按照固定細胞與曝氣、固定細胞不曝氣、游離細胞與曝氣的順序去除營養(yǎng)物。細胞固定技術(shù)是一種較為理想的處理方式，但是在具體應(yīng)用中污水處理效果會受到固定化藻類所用載體類型、藻類球粒徑、生長狀態(tài)、生長密度等因素的影響[7]。

4.5 生物除磷脫氮技術(shù)

該技術(shù)在污水處理中有著較為廣泛的應(yīng)用，有著較為良好的污水處理效果。具體實踐中該技術(shù)可以將污水中的磷有效去除，磷處理中發(fā)揮主要作用的是聚磷微生物，其可以吸收廢水中的磷。當(dāng)前假單胞菌、氣單胞菌和不動桿菌都是常見的生物除磷常用的菌種。

污水富營養(yǎng)化的主要原因是氮元素含量較多，可以在封閉、半封閉的污水中應(yīng)用生物脫氮技術(shù)。污水脫氮處理中應(yīng)用效果較好的為水解-好氧生物，其可以將厭氧過程控制在水解酸化階段。和傳統(tǒng)污水處理方式相比，生物除磷脫氮技術(shù)在印染廢水、焦化廢水、表面活性劑廢水處理中有著較高的去除效率，能夠提高COD 去除率，實現(xiàn)污水水質(zhì)改善的效果。

4.6 電氣節(jié)能優(yōu)化控制方法

在污水處理過程中，離不開各類電氣系統(tǒng)，而電氣設(shè)備設(shè)施的運行需要消耗一定的資源，污水處理節(jié)能優(yōu)化控制方法中，重要途徑之一就是電氣節(jié)能優(yōu)化。近些年煤炭資源緊缺，電能供應(yīng)受到影響，甚至有的地區(qū)開始出現(xiàn)限電行為。當(dāng)前我國全國范圍內(nèi)都加大了節(jié)約用電的力度，這對于節(jié)約電能，促進社會持續(xù)長遠的發(fā)展有著積極意義。污水處理中可以從電能節(jié)約入手，加強改進優(yōu)化電氣系統(tǒng)，積極改造創(chuàng)新，提高電氣節(jié)能水平，盡量避免在污水處理過程中出現(xiàn)短路、閉路等問題。工作人員在日常巡檢中需要加強電線損耗的重視，在電纜敷設(shè)過程中盡量選擇優(yōu)質(zhì)電纜，將后期維修費用減少，同時避免電路問題引發(fā)安全事故[8]。

高品質(zhì)的變壓器有助于污水處理工作的穩(wěn)定進行。污水處理通常需要全天運作，有著較大的工作量，消耗較多的電能，這對供電系統(tǒng)要求更高。為保證供電正常，應(yīng)盡量降低配件的損耗，將供電線路縮短，同時預(yù)防線路問題。此外，工作人員還要合理選擇輸電材料，將電流輸送過程中出現(xiàn)電阻的問題有效減少，從而將電能損耗降低。污水中含有的元素較多，電路可能受到不同元素的影響容易發(fā)生腐蝕問題，銅質(zhì)線纜電阻小且反腐蝕能力強，所以污水處理廠常常選用銅線作為電路主要線路。通過優(yōu)化污水處理過程中電氣系統(tǒng)，可以避免意外事故的發(fā)生，有助于控制不必要的支出，有助于節(jié)約電能，進而達到污水處理節(jié)能效果。

4.7 人工智能技術(shù)優(yōu)化曝氣環(huán)節(jié)

在曝氣環(huán)節(jié)使用智能技術(shù)能夠高效處理水質(zhì)參數(shù)、設(shè)備能耗等復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)信息，將設(shè)備運轉(zhuǎn)所需信息提取出來。科研人員針對污水處理中曝氣環(huán)節(jié)可以加強改造，比如運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析污水處理系統(tǒng)能耗情況，通過對水質(zhì)和能耗影響因素關(guān)系的歷史數(shù)據(jù)的深入分析，建立活性污泥分析模型，確定水質(zhì)和能耗的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，可以依靠預(yù)測控制技術(shù)對曝氣系統(tǒng)控制器的控制參數(shù)實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化，消除生化反應(yīng)和污水處理負荷不確定性帶來的影響，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)控制設(shè)備的運行。

5 環(huán)境污水處理過程中節(jié)能控制保障措施

5.1 優(yōu)化污水處理設(shè)施的設(shè)計和設(shè)備控制模式

在規(guī)劃設(shè)計城市環(huán)境污水處理設(shè)施時，首先要建立分析模型，然后對建筑物和機械設(shè)備的安裝布局進行優(yōu)化，設(shè)計方案的優(yōu)化要充分考慮設(shè)備運行性能指標(biāo)，通過合理的途徑有效的對污水處理過程中的能耗及生產(chǎn)成本進行控制，例如變頻調(diào)速與自動化控制功能設(shè)備的合理選擇等。其次，需要對污水處理設(shè)施進行評估，檢查其運行狀態(tài)及控制模式，將自動化控制系統(tǒng)或者變頻控制裝置安裝于污水處理提升泵等設(shè)備中，達到控制精度提升的作用。

5.2 改善污水處理各項技術(shù)

在污水處理中應(yīng)遵循節(jié)能性的原則，通過合理的措施降低應(yīng)用成本，并改進現(xiàn)有技術(shù)，提高污水處理效率。通過改良設(shè)備，例如污水提升泵改造中可以積極使用智能一體化技術(shù)，這樣一臺水泵工作狀況就能夠得到良好的改善，還可以采用自動化技術(shù)控制水流量，促進水泵運行效率的提升，同時污水對設(shè)備的不良影響也得到有效控制。在工業(yè)廢水及生活污水處理中，曝氣機較為常見，其主要應(yīng)用于生化池方面，對其進行節(jié)能方面的研究也至關(guān)重要。當(dāng)前隨著節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，工作人員可以加強對曝氣機的改造，改善了其應(yīng)用效果。此外，對傳統(tǒng)風(fēng)機能耗大的問題進行改善，可以顯著增強設(shè)備運行節(jié)能效果。在污水處理過程中，曝氣系統(tǒng)有著較大的能耗，需要高度重視其節(jié)能降耗改造，不斷的對其進行優(yōu)化。通過合理的改善曝氣系統(tǒng)能夠強化其節(jié)能效果。在污水處理過程中，污泥回流泵能夠?qū)⒊恋沓刂械奈勰嗷厥盏絽捬醭刂校ㄟ^控制回流比，能夠改善回流泵的功效，并促進污泥處理效率的提升，提高污泥的處理水平，促進能耗的降低。在具體應(yīng)用中能夠更好的降低應(yīng)用成本，值得廣泛的應(yīng)用和推廣。

5.3 根據(jù)工業(yè)園區(qū)條件合理應(yīng)用

工業(yè)園區(qū)若是具備相應(yīng)條件可以對廢水的綜合治理及循環(huán)利用進行統(tǒng)籌規(guī)劃，促進企業(yè)間用水的串聯(lián)用水、分質(zhì)用水、一級用水及梯級利用，并通過長效機制的建立，促進企業(yè)用水成本的降低，這樣能夠提升制水企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能夠提升環(huán)境效益，有利于能碳減排的實現(xiàn)。積極應(yīng)用和推廣新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等，促進廢水“近零排放”的實現(xiàn)，例如高效冷卻、洗滌、加濕、循環(huán)用水、廢污水再生利用等技術(shù)。以鋼鐵企業(yè)為例，其高爐沖渣水經(jīng)過沉淀后，燒結(jié)工藝的混合機添加水可使用焦化廢水的處理水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、余熱鍋爐的排污水等，提升了水資源的利用率。

結(jié)語

污水處理技術(shù)的發(fā)展完善不但可以將城市污水問題有效解決，還能夠控制城市污水的排放量，減少污染城市周邊環(huán)境的概率，改善城市發(fā)展水平和城市居民居住環(huán)境水平。在污水處理中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)符合可持續(xù)發(fā)展理念，相關(guān)工作者應(yīng)加大生物膜、生物制劑、細胞固定技術(shù)等節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，并積極利用智能化技術(shù)，提高污水處理的節(jié)能水平。