城市环境污水处理过程节能优化控制方法探索

胡轶铭

（江西省诚乡给水工程有限公司 江西南昌 330000）

引言

二十一世纪各个国家发展中首要课题就是节能减排。现如今世界人口持续增长，各个国家持续推进工业化进程，导致能源消耗与日俱增。快速增长的能源消耗问题制约着各个国家的发展，尤其是水资源这一不可再生资源。水资源是人类赖以生存的资源，是各个行业发展的基础。随着人口的增长，水资源消耗量持续增加，产生的废水也与日俱增。为控制水资源消耗，应加强废水治理，提高废水治理水平。

1 城市污水的主要来源

城市运营中承担着大量企业、居民的生产生活工作等功能，产生的污水种类较多，其中最为常见的就是生活污水。生活污水包括居民日常洗漱、卫生间冲刷、家居环境清洁等多种类型的用水。生活污水中受到生活特性的影响，有机污染物含量较大，如果没有经过处理直接排放到自然环境中，会严重危害到城市土壤。很多人认为生活污水中仅仅是日常生活所产生的废水，可以二次利用不会严重污染环境，而事实是，生活污水中的有机污染物和化学元素较多，受到多重因素影响会严重危害到外界环境[1]。

工业污水也是城市常见的污水类型，很多重工业城市在早期排出的污水能够汇集成一条河流，而工业污水所含的重金属、难降解有毒有害物质更多，如果不经处理直接排放到自然环境中会严重威胁到周围环境和人体健康，即便是经过处理，有的工业废水中依然存在部分难降解的物质，导致周边环境受到污染。为此，技术人员需要加强新技术的研发和应用。

城市径流污水是一种容易被忽略的污水。自然环境中的雨雪天气等降水会冲刷城市街道、建筑物等，导致水体中含有部分杂质、垃圾、废渣，形成城市径流污水。径流污水表面看似乎没有很大的危害，但是其中含有很多未知的物质，所以只有经过再处理方可安全地排放到自然环境中。

通过上述分析可知，城市污水中含有十分复杂的物质成分，多种物质还可能发生化学反应产生新的污染，导致污水处理难度较大[2]。

2 污水节能优化控制方法研究的重要意义

2.1 降低能源消耗

通过有效处理污水，并积极应用污水处理节能技术，不但可以达到污水处理中净水资源消耗控制的效果，还能够提高水资源循环利用水平，为人类社会持续发展提供有力支持。

我国经过南水北调后改善了北方水资源紧缺的问题，但是同时南方地区面临着水资源减少的情况，总体来看，我国淡水资源十分紧缺。此时通过合理应用污水处理技术可以将水资源消耗显著减少，提高水资源的循环利用率，并且尽可能地降低污水处理中能源消耗，这有助于缓解水资源紧缺的现状。

2.2 优化城市污水处理条件

居民污水、工业废水等都属于城市污水，其类型较多，污水中所含的杂质较多，同时污水处理要求也较高。现阶段我国城市经济发展实力较强的为东南沿海城市，这些区域污水处理技术、机械设备运营能力都较强，但是我国中西部城市、偏远农村等经济欠发达地区缺乏高水平的污水处理手段，机械设备也存在一定的不足，污水处理条件有待完善。复杂化的污水要求需要不断改进创新污水处理技术。为此，相关单位应积极响应城市污水处理政策和要求，加强更新基础设施，这必然会导致污水处理成本增加。高额的污水处理成本会降低城市管理者处理污水的积极性，不利于城市污水处理事业的长远发展，为此，应加大污水处理节能控制力度，通过采取节能控制方法降低污水处理成本、提高污水处理效率，改善污水处理条件[3]。

2.3 推动经济效益的增长

在城市污水处理中通过应用先进的节能控制方法可以将污水处理所需时间有效减少，节约污水处理成本，提高污水处理效率，同时减少污水中的有害成分含量、种类，进而避免危害周边环境。

通过应用节能污水处理技术，城市可以节约污水污染处理、治理方面的费用，可以说，在城市发展运营中，污水处理节能优化控制方法至关重要，从总体来看，其不但可以进行污水处理成本的节约，还能够节约净水资源，是落实可持续发展、促进城市经济效益提升的重要途径。

3 污水处理中的能源消耗类型

3.1 电能资源消耗

污水处理厂在运营中消耗的电量十分庞大，通过以往数据分析以及数据发展趋势可知，未来我国城市污水处理厂消耗的电能会持续增加，并且在电能消耗中占比会逐渐增加，同时也说明我国污水处理电能资源消耗控制方面有着较大的发展空间。污水处理厂运营中通常会采用生活处理供氧系统和污泥提升系统等，这些系统的运行会消耗较多的电能，可以从污水处理工艺入手提高节电水平。

3.2 药剂资源消耗

在污水处理中，絮凝剂可以聚集泥沙，泥沙沉积于底部，进而通过过滤清除。常见絮凝剂为聚合氯化铝及其他人工合成物。城市污水处理中使用的絮凝剂较多，提高了污水处理的成本。同时，污水处理厂在使用药剂资源进行污水处理时消耗的成本也会增加，影响环境，加上药剂的生产、处理难度大，能耗高，导致污水处理节能效果不明显[4]。

3.3 自然水资源消耗

和国外发达国家相比，我国污水处理技术发展晚，很多技术存在一定的不足，有的处理后的污水难以达到排放标准，加上部分污水处理上的水资源回用装置不健全，污水排放过程中没有合理进行分类，导致存在不同程度的污染问题。此外，一些未被污染的水资源和污水同时处理并排放不但会浪费自然水资源，还会增加污水处理成本，不符合污水处理节能目标。为此，应分类排放，减少自然水资源消耗，比如我国很多城市都在陆续推进雨污分流改造工程，其中大部分雨水资源可以回用。

4 节能技术在污水处理中的应用

4.1 生态水处理系统

所谓生态水处理系统，是采用人工湿地、生态公园等原生态的方式进行水处理，其中人工湿地是最为常见的生态处理系统形式。人工湿地是人按照生态环境搭建的一种类似于沼泽的地面，能够利用淤泥和微生物的共同作用达到清洁污水、改善水质环境的效果，此种污水处理对环境负面影响小，污水处理产生的副作用很小。在污水处理中，人工湿地可以持续处理，城市管理者还可以借助人工湿地建设旅游景点、打造湿地公园，进而提高人工湿地的经济效益，在保证污水处理的同时提高城市综合发展水平。不过人工湿地处理污水过程中需要投入较多的精力进行建设和维护，对环境和地质有着较高的要求，通常在人口密度不高的乡镇或者城市边缘采用此种处理方式[5]。

4.2 生物膜法

生物膜法是水体净化中充分借助生物膜的选择性渗透作用，将一些特定物质过滤。生物膜法相比于常规活性污泥处理法有着显著的节能减排效果，其消耗小、浓度大，不过在具体进行污水处理中存在一定不足，可以综合使用好氧活性污泥法进行综合性处理。当前污水处理中较为常见的是旋转式接触生物膜反应器，能够去除污水中超过65%的2-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚等。该方法在难降解有机物处理中有着十分良好的应用效果，污水处理人员可以根据污水处理需求合理应用该技术[6]。

4.3 微生物制剂技术

该方法主要包括新型微生物菌剂、微生物吸附剂、微生物絮凝剂等。在污水处理中使用微生物强化处理的菌剂能够改善水体中的微生物菌种，进而发挥不同类型菌种的作用，该方法有着较大的潜力空间。新型微生物剂发酵工艺较为独特，工作人员按照一定的比例混合好氧微生物和厌氧微生物，培养多种微生物群落，形成的微生物生态系统可以有效保证污水的净化效果。生物絮凝剂主要以蛋清、多糖等为培养基通过发酵、培养、纯化等步骤完成细菌、真菌等微生物处理，进而处理污水中的有机物。生物破乳剂在含油乳化液废水处理中有着良好的应用效果，其利用气浮作用将乳状液形式的难降解的有机污染物高效去除。当前城市污水节能处理中常常使用生物破乳剂，有着十分良好的应用效果。

4.4 细胞固定技术

该技术是对游离细胞采取物理或者化学处理，使其定位于有限区域内，保证细胞在该区域保持良好的代谢活性，进而循环应用于污水处理中。当前海藻酸钙、琼脂、聚丙烯酰胺、多孔二氧化硅等都是常用的细胞固定化材料。该方法常常用于处理污水中的藻类、细菌等，有着较高的处理效率和较为简单的操作方式，消耗的成本较低，在污水处理方面可以显著发挥其作用。通过分析细胞固定技术在不曝气及曝气条件处理绿苔、藻类中氮、磷能力可知，不同系统按照固定细胞与曝气、固定细胞不曝气、游离细胞与曝气的顺序去除营养物。细胞固定技术是一种较为理想的处理方式，但是在具体应用中污水处理效果会受到固定化藻类所用载体类型、藻类球粒径、生长状态、生长密度等因素的影响[7]。

4.5 生物除磷脱氮技术

该技术在污水处理中有着较为广泛的应用，有着较为良好的污水处理效果。具体实践中该技术可以将污水中的磷有效去除，磷处理中发挥主要作用的是聚磷微生物，其可以吸收废水中的磷。当前假单胞菌、气单胞菌和不动杆菌都是常见的生物除磷常用的菌种。

污水富营养化的主要原因是氮元素含量较多，可以在封闭、半封闭的污水中应用生物脱氮技术。污水脱氮处理中应用效果较好的为水解-好氧生物，其可以将厌氧过程控制在水解酸化阶段。和传统污水处理方式相比，生物除磷脱氮技术在印染废水、焦化废水、表面活性剂废水处理中有着较高的去除效率，能够提高COD 去除率，实现污水水质改善的效果。

4.6 电气节能优化控制方法

在污水处理过程中，离不开各类电气系统，而电气设备设施的运行需要消耗一定的资源，污水处理节能优化控制方法中，重要途径之一就是电气节能优化。近些年煤炭资源紧缺，电能供应受到影响，甚至有的地区开始出现限电行为。当前我国全国范围内都加大了节约用电的力度，这对于节约电能，促进社会持续长远的发展有着积极意义。污水处理中可以从电能节约入手，加强改进优化电气系统，积极改造创新，提高电气节能水平，尽量避免在污水处理过程中出现短路、闭路等问题。工作人员在日常巡检中需要加强电线损耗的重视，在电缆敷设过程中尽量选择优质电缆，将后期维修费用减少，同时避免电路问题引发安全事故[8]。

高品质的变压器有助于污水处理工作的稳定进行。污水处理通常需要全天运作，有着较大的工作量，消耗较多的电能，这对供电系统要求更高。为保证供电正常，应尽量降低配件的损耗，将供电线路缩短，同时预防线路问题。此外，工作人员还要合理选择输电材料，将电流输送过程中出现电阻的问题有效减少，从而将电能损耗降低。污水中含有的元素较多，电路可能受到不同元素的影响容易发生腐蚀问题，铜质线缆电阻小且反腐蚀能力强，所以污水处理厂常常选用铜线作为电路主要线路。通过优化污水处理过程中电气系统，可以避免意外事故的发生，有助于控制不必要的支出，有助于节约电能，进而达到污水处理节能效果。

4.7 人工智能技术优化曝气环节

在曝气环节使用智能技术能够高效处理水质参数、设备能耗等复杂多变的数据信息，将设备运转所需信息提取出来。科研人员针对污水处理中曝气环节可以加强改造，比如运用神经网络系统分析污水处理系统能耗情况，通过对水质和能耗影响因素关系的历史数据的深入分析，建立活性污泥分析模型，确定水质和能耗的关系。在此基础上，可以依靠预测控制技术对曝气系统控制器的控制参数实现动态优化，消除生化反应和污水处理负荷不确定性带来的影响，根据实时监测数据精准控制设备的运行。

5 环境污水处理过程中节能控制保障措施

5.1 优化污水处理设施的设计和设备控制模式

在规划设计城市环境污水处理设施时，首先要建立分析模型，然后对建筑物和机械设备的安装布局进行优化，设计方案的优化要充分考虑设备运行性能指标，通过合理的途径有效的对污水处理过程中的能耗及生产成本进行控制，例如变频调速与自动化控制功能设备的合理选择等。其次，需要对污水处理设施进行评估，检查其运行状态及控制模式，将自动化控制系统或者变频控制装置安装于污水处理提升泵等设备中，达到控制精度提升的作用。

5.2 改善污水处理各项技术

在污水处理中应遵循节能性的原则，通过合理的措施降低应用成本，并改进现有技术，提高污水处理效率。通过改良设备，例如污水提升泵改造中可以积极使用智能一体化技术，这样一台水泵工作状况就能够得到良好的改善，还可以采用自动化技术控制水流量，促进水泵运行效率的提升，同时污水对设备的不良影响也得到有效控制。在工业废水及生活污水处理中，曝气机较为常见，其主要应用于生化池方面，对其进行节能方面的研究也至关重要。当前随着节能技术的不断发展，工作人员可以加强对曝气机的改造，改善了其应用效果。此外，对传统风机能耗大的问题进行改善，可以显著增强设备运行节能效果。在污水处理过程中，曝气系统有着较大的能耗，需要高度重视其节能降耗改造，不断的对其进行优化。通过合理的改善曝气系统能够强化其节能效果。在污水处理过程中，污泥回流泵能够将沉淀池中的污泥回收到厌氧池中，通过控制回流比，能够改善回流泵的功效，并促进污泥处理效率的提升，提高污泥的处理水平，促进能耗的降低。在具体应用中能够更好的降低应用成本，值得广泛的应用和推广。

5.3 根据工业园区条件合理应用

工业园区若是具备相应条件可以对废水的综合治理及循环利用进行统筹规划，促进企业间用水的串联用水、分质用水、一级用水及梯级利用，并通过长效机制的建立，促进企业用水成本的降低，这样能够提升制水企业的经济效益，还能够提升环境效益，有利于能碳减排的实现。积极应用和推广新技术、新工艺、新设备等，促进废水“近零排放”的实现，例如高效冷却、洗涤、加湿、循环用水、废污水再生利用等技术。以钢铁企业为例，其高炉冲渣水经过沉淀后，烧结工艺的混合机添加水可使用焦化废水的处理水、循环水系统的排污水、余热锅炉的排污水等，提升了水资源的利用率。

结语

污水处理技术的发展完善不但可以将城市污水问题有效解决，还能够控制城市污水的排放量，减少污染城市周边环境的概率，改善城市发展水平和城市居民居住环境水平。在污水处理中应用节能技术符合可持续发展理念，相关工作者应加大生物膜、生物制剂、细胞固定技术等节能技术的应用，并积极利用智能化技术，提高污水处理的节能水平。