孫寶雯

（山東省煙臺(tái)市套子灣污水處理有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

引言

2020 年9 月22 日，國(guó)家主席習(xí)近平在第75 屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出中國(guó)“努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的宏偉目標(biāo)。這是中國(guó)向全世界的鄭重承諾，彰顯了大國(guó)責(zé)任，提升了我國(guó)的國(guó)際影響力。實(shí)施節(jié)能減排，提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保高效高質(zhì)發(fā)展，已經(jīng)成為了新時(shí)代社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。污水處理系統(tǒng)是城鎮(zhèn)主要碳排放源之一，在新形勢(shì)下有必要開(kāi)展各環(huán)節(jié)的節(jié)能低碳技術(shù)，推動(dòng)污水處理系統(tǒng)水、能節(jié)約和碳減排的可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源保護(hù)與再生利用的需要，未來(lái)城鎮(zhèn)污水處理量必將大幅增長(zhǎng)，污水處理面臨高能耗和高碳排放挑戰(zhàn)。城市污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行涵蓋了污水進(jìn)入系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和排除系統(tǒng)多個(gè)流程，經(jīng)過(guò)一系列機(jī)械和生化處理，最終達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)水到出水的污水處理流程中，會(huì)發(fā)生物質(zhì)消耗、能源消耗和一系列生物化學(xué)反應(yīng)，將不可避免地產(chǎn)生碳排放。積極將節(jié)能環(huán)保技術(shù)納入污水處理有助于促使碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)盡快實(shí)現(xiàn)，對(duì)于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 污水處理廠的合理規(guī)劃與綜合性管理

污水處理廠規(guī)劃建設(shè)是充分發(fā)揮其節(jié)能作用的重要前提，需要根據(jù)區(qū)域地形地貌、氣候條件等地理因素開(kāi)展綜合性規(guī)劃管理[2]，不僅要考慮單一污水處理廠的建設(shè)與規(guī)模提升，更要從區(qū)域性污水處理入手，需要做好區(qū)域性污水流動(dòng)的管理，如前置考慮雨污分流、居民工業(yè)分流等條件，提升范圍內(nèi)污水處理廠的管理力度，全面實(shí)現(xiàn)區(qū)域污水處理廠的綜合性管理，并規(guī)劃后續(xù)建設(shè)與應(yīng)用，提前布局可改造、可替換的低碳技術(shù)，更好地滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

2 污水處理節(jié)能低碳技術(shù)

2.1 節(jié)能處理技術(shù)

在污水處理工藝中可以有效借助物理熱能減少額外資源的消耗，可采用熱泵技術(shù)最大化回收低位熱能，該技術(shù)能夠保證較小的污水溫度變化，有利于儲(chǔ)存較多的熱量。借助太陽(yáng)能集熱板來(lái)收集太陽(yáng)能應(yīng)用于污水處理，通過(guò)太陽(yáng)能維持較為穩(wěn)定的污水處理生態(tài)系統(tǒng)，不需要額外投入更多的電力資源，能明顯節(jié)約污水處理成本?；厥沼袡C(jī)能源是一種重要的節(jié)能環(huán)保技術(shù)方式，比如污泥消化液可以為生物處理提供碳源、氮源等營(yíng)養(yǎng)條件，可以提高有機(jī)物回收率，減少不必要的外源投入并避免額外的能源浪費(fèi)[3]。有機(jī)廢渣是污水處理廠的重要副產(chǎn)物，借助有機(jī)能源降解和處理技術(shù)，依靠先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備提高有機(jī)廢渣回收率，可以顯著增強(qiáng)污水處理廠的節(jié)能減排效果。有機(jī)廢氣是污水處理廠的隱形碳排放來(lái)源，亟需借助新技術(shù)和新設(shè)備控制轉(zhuǎn)化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷，將甲烷用于產(chǎn)熱、發(fā)電，形成廠區(qū)或區(qū)域內(nèi)水熱循環(huán)，可明顯提升有機(jī)能源轉(zhuǎn)化率和利用率，能夠大幅減輕溫室氣體排放。

2.2 低碳處理技術(shù)

低碳處理技術(shù)是指減少碳投入，借助反硝化、除磷型微生物作用，緊密聯(lián)系脫氮程序與除磷程序，兩者共用污水碳源，進(jìn)而起到低碳減排的目的。需要注意反硝化會(huì)產(chǎn)生一定量的甲烷，需采用上文提到的節(jié)能技術(shù)將甲烷用于再生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)能源利用的動(dòng)態(tài)化平衡。在脫氮除磷—甲烷協(xié)同利用的能源動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程中，可加快反硝化除磷微生物的繁殖速度，與高?？蒲性核献鏖_(kāi)發(fā)研究新型脫氮除磷微生物，并積極開(kāi)展效果評(píng)價(jià)與溫室氣體排放監(jiān)測(cè)工作，最大限度滿足污水處理廠低碳運(yùn)行要求。不斷優(yōu)化并引進(jìn)新型處理技術(shù)設(shè)備是保證低碳運(yùn)行的重要措施，例如先進(jìn)膜處理技術(shù)、菌劑再生與循環(huán)技術(shù)、光催化高級(jí)氧化技術(shù)等方法和設(shè)備，依靠高效的污水處理技術(shù)設(shè)備來(lái)達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。在污水處理過(guò)程中，合理定位曝氣裝置位置，選擇最佳構(gòu)件嚴(yán)格控制壓力確保形成推流，提高氧氣輸送利用率，可減少無(wú)效碳源投入，提供能源利用效率。精準(zhǔn)控制污水輸送過(guò)程，可進(jìn)一步提高輸送泵出水量的準(zhǔn)確性，并不斷優(yōu)化出水方法和水頭高差，借助管道流出方法來(lái)實(shí)現(xiàn)縮減跌水高度，盡可能實(shí)現(xiàn)污水自流的目標(biāo)。

2.3 技術(shù)升級(jí)

先進(jìn)的污水處理技術(shù)，是提升污水處理廠節(jié)能環(huán)保水平的關(guān)鍵性影響因素。需要從實(shí)際的應(yīng)用角度入手，逐步提升現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用水平，開(kāi)展全面的能耗管理和效率管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化污水處理。大力開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，如磁分離法，可將磁性活性炭、磁性粘土礦物、磁性聚合物等高吸附性、高選擇性和高適應(yīng)性磁功能材料投入水處理過(guò)程，為降解型微生物提供靶向位點(diǎn)，加速碳源性物質(zhì)捕獲。針對(duì)微塑料、持久性有機(jī)污染物等新興污染物，設(shè)立實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)篩選功能材料、優(yōu)化投加方法并分離特異降解菌株，采用吸附—降解—捕獲的處理理念，耦合處理易降解和難降解污染物，提高凈化效果和處理效率，可最大化滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

3 優(yōu)化污水處理單元條件

污水處理廠主要耗能階段包括預(yù)處理階段、生物處理階段和污泥處理階段，各階段的能耗比例分別占總能耗的23.5%～25.1%，62.2%～71.1%和4.07%～13.9%，可見(jiàn)生物處理階段是耗能關(guān)鍵階段[4]。在生物處理階段要避免過(guò)度曝氣現(xiàn)象，需在好氧池安裝在線溶解氧探測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶解氧數(shù)據(jù)，并根據(jù)進(jìn)水COD 濃度動(dòng)態(tài)調(diào)整曝氣方式，實(shí)施間歇曝氣方案，以上方案不僅明顯降低了曝氣系統(tǒng)的能耗，又能夠維持甚至提高好氧池污泥活性。在預(yù)處理階段設(shè)置污水調(diào)節(jié)池，用于初步沉降和均衡進(jìn)水水質(zhì)，調(diào)節(jié)污水水量，從而達(dá)到減少污水提升泵的裝機(jī)功率。在污泥處理階段，嘗試采用基于生物捕食和內(nèi)源代謝的原位污泥減量技術(shù)，如在生化池中引入適量的蚯蚓延長(zhǎng)系統(tǒng)中的生物鏈，增加物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，并重點(diǎn)開(kāi)展污泥脫水和干化技術(shù)，如用真空、射流、電滲透脫水技術(shù)、生物干化技術(shù)、熱泵干化技術(shù)和水熱干化技術(shù)等。

4 提升污水處理自動(dòng)化水平

隨著機(jī)械自動(dòng)化和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，污水處理技術(shù)也需提高自動(dòng)化精細(xì)管理。如曝氣處理可占污水處理流程用電成本的50%，采用基于模型算法的智能曝氣控制系統(tǒng)可減少能耗約15%。增加智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如在對(duì)回流污泥量采用MLSS 調(diào)節(jié)控制，可以保證曝氣槽內(nèi)溶解氧濃度與目標(biāo)值一致。采用入流廢水量與比值作為回流污泥控制值，將定時(shí)器與順序控制相結(jié)合調(diào)整回流污泥量。單獨(dú)安裝和集成全自動(dòng)控制系統(tǒng)，維護(hù)和升級(jí)控制器、智能變送器及其精確測(cè)量組件，調(diào)整機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保全自動(dòng)控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作。

5 結(jié)語(yǔ)

城市化進(jìn)程的加快、人口的快速增長(zhǎng)，帶來(lái)了嚴(yán)重的污水處理問(wèn)題。在對(duì)污水處理的過(guò)程中造成了較大的資源和能耗的浪費(fèi)，需要不斷研究污水處理的節(jié)能低碳技術(shù)和自動(dòng)智能優(yōu)化控制方法，推進(jìn)污水處理技術(shù)和工藝的創(chuàng)新和完善，在降低能耗的基礎(chǔ)上，把污水處理的問(wèn)題解決好，提高污水的處理效率。