污水處理廠曝氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗研究

楊阿楠

摘要：針對我國大部分的城市污水處理廠所選用的曝氣系統(tǒng)所存在的曝氣量大小不均勻、溶解氧（DO）濃度不穩(wěn)，自動(dòng)化操作不強(qiáng)等問題，進(jìn)行深入研究，提出解決辦法，優(yōu)化管理，達(dá)到降低能耗的最終目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：曝氣系統(tǒng)；節(jié)能；降耗。

中圖分類號：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言

目前，我國的污水處理廠所采用的主要處理方法有活性污泥法和生物膜法，這兩種方法都是利用生物來進(jìn)行生物處理，為了保證處理效果，微生物能發(fā)揮發(fā)最佳的處理作用，就要為生物處理池提供適宜的溶解氧（DO），所以污水處理廠的曝氣系統(tǒng)是必不可少的，也是占整個(gè)污水處理廠總能耗一半以上的能耗大戶，所占比例一般超過60%[1]。由此可見研究如何降低污水處理廠曝氣系統(tǒng)能耗的意義是多么的重大。

2 現(xiàn)有污水處理廠曝氣系統(tǒng)能耗的分析

2.1從生物處理工藝方面分析

在污水處理中必須對曝氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，要對氣量的大小，曝氣的時(shí)間長短進(jìn)行控制，以為污水處理工藝的曝氣池后往往會有二沉池，如果曝氣時(shí)曝氣量過小，在后續(xù)工藝中的二沉池就可能出現(xiàn)因缺氧而造成污泥的腐化，池底厭氧產(chǎn)生大量氣體，使池底的污泥上浮。如果曝氣時(shí)間過長，就會導(dǎo)致曝氣量過大，曝氣池能就會發(fā)生過高的硝化作用，這樣就會有大量的硝酸鹽進(jìn)入沉淀池，再由反硝化細(xì)菌的作用在沉淀池產(chǎn)生大量的N2，致使池底污泥上浮。處理效果降低，能耗增加。

曝氣量的分布是否均勻也影響曝氣效果。一般污水處理工藝會在曝氣池底均勻分布曝氣裝置，但如果有部分曝氣頭堵塞，就會大致發(fā)生堵塞的位置曝氣量少，其他沒有堵塞的位置相應(yīng)的曝氣量就增大；有事也會存在某些位置的曝氣頭損壞，造成損壞位置曝氣量劇增，其他位置曝氣量大大減少。這些情況都會造成生物反應(yīng)池能曝氣不均勻，處理效果降低，造成曝氣系統(tǒng)的能耗損失。

2.2從行業(yè)現(xiàn)狀方面分析

對已經(jīng)建成并運(yùn)行的污水處理廠進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化程度較低，能耗較高。在很多水廠存在設(shè)計(jì)與實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行的自動(dòng)化要求不符，或在運(yùn)行一階段后，把部分自動(dòng)裝置改成手動(dòng)，特別是曝氣系統(tǒng)，半自動(dòng)半手動(dòng)。總結(jié)其原因有以下幾點(diǎn)：

自動(dòng)化技術(shù)未能與工藝設(shè)計(jì)相結(jié)合。由于我國我國污水處理起步較晚，早先的自動(dòng)化系統(tǒng)都是引進(jìn)國外的技術(shù)，即使現(xiàn)在部分產(chǎn)品我國已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，但自動(dòng)化軟件編程工程師一般都不是專業(yè)的污水處理行業(yè)的，大部分都是化工。冶金行業(yè)的自動(dòng)化工程師，所以對無視處理工藝了解不深，不能完全達(dá)到污水處理工藝進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，大多數(shù)是套用自己所熟悉的本行業(yè)的一些技術(shù)及參數(shù)，這樣就導(dǎo)致所用的自動(dòng)化系統(tǒng)與污水處理工藝并不完全相符，造成處理效果不理想。

運(yùn)行維護(hù)時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)操作培訓(xùn)不到位。很多廠家調(diào)試運(yùn)行時(shí)對污水處理廠的運(yùn)行人員的培訓(xùn)不到位，只培訓(xùn)一些基本的操作，運(yùn)行人員不能從理論上深入的研究和了解控制系統(tǒng)，或污水處理廠的運(yùn)行人員更換頻繁，致使部分培訓(xùn)內(nèi)容丟失，使自動(dòng)化操作達(dá)不到運(yùn)行要求。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)利用不足。因?yàn)槲鬯幚韽S在長期的運(yùn)作中，會有規(guī)律可循，但污水處理廠的運(yùn)行和管理人員往往不注意總結(jié)這些經(jīng)驗(yàn)，致使其他相同規(guī)模的水廠在建設(shè)中利用不上這些經(jīng)驗(yàn)。

2.3從計(jì)算建模方面分析

污水處理曝氣量的計(jì)算非常繁瑣，在對曝氣池中溶解氧（DO）的控制時(shí)，自動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)都是根據(jù)水廠的水質(zhì)和季節(jié)不同進(jìn)行不斷的調(diào)整。從理論方面來看，污水的生物處理時(shí)非線性的，具有隨機(jī)性、多變性及滯后性的特征，所建立的模型都是有條件和現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)所確定的參數(shù)，所以通過建模也不能準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)溶解氧（DO）,這樣就造成了風(fēng)機(jī)出口閥門的頻繁開閉，降低設(shè)備壽命，能耗的增大。

3 污水處理廠曝氣系統(tǒng)的節(jié)能分析

好樣生物處理的曝氣過程是個(gè)非常重要的過程，處理出水的水質(zhì)的好壞，直接受曝氣池內(nèi)溶解氧（DO）的多少和污水混合程度的影響。曝氣有充氧和攪動(dòng)、混合的作用。常用的生物反應(yīng)池內(nèi)的曝氣系統(tǒng)是由鼓風(fēng)機(jī)、管道及曝氣裝置組成[2]。所以實(shí)現(xiàn)曝氣系統(tǒng)的節(jié)能就要從這幾方面組成著手。

3.1曝氣裝置的選擇

選擇曝氣裝置應(yīng)遵循系列原則：

為了節(jié)能效果好 ，應(yīng)選用氧利用率較高的曝氣裝置；

應(yīng)選擇不易堵塞，便于維護(hù)，故障易于排除的曝氣裝置；

應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單，工程造價(jià)較低的曝氣裝置。

現(xiàn)在常用的曝氣裝置時(shí)微孔爆氣器，其主要有盤式微孔爆氣器和管式微孔爆氣器，盤式微孔爆氣器分為橡膠膜和陶瓷。盤式曝氣器以其低廉的價(jià)格首先被廣泛采用，但在應(yīng)用過程中其易老化、易堵塞、使用壽命短等缺點(diǎn)就暴露出來了，所以技術(shù)更為先進(jìn)的管式曝氣器就被當(dāng)下設(shè)計(jì)人員廣泛選用。通過應(yīng)用對比，管式曝氣器要比盤式曝氣器的氧利用率高20%，可以降低能耗20%左右[3]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，要選用更先進(jìn)的曝氣器，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)能耗的降低。

3.2曝氣裝置的分布

曝氣池內(nèi)微生物降解污水中的有機(jī)物的工程，包含微生物自身生長的過程，微生物經(jīng)歷對數(shù)期、衰減期及內(nèi)源呼吸期。同時(shí)曝氣池能的溶解氧（DO）也隨之變化，符合曲線（見圖1），通過曲線可以看出曝氣池能的曝氣裝置應(yīng)該按照推流式進(jìn)行分布，沿池長方向，污染物濃度減低，所需曝氣量遞減，這樣分布就避免了沿池長末端的曝氣量的浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能的作用[4]。

活性污泥的增殖曲線

3.3曝氣量的控制

我們在計(jì)算曝氣量的時(shí)候，曝氣池不按平均需氧量計(jì)算，這樣就會造成曝氣池進(jìn)口端有機(jī)污染物含量高的位置曝氣量不夠，曝氣池出口端的有機(jī)污染物含量低的位置曝氣量過多，造成能耗的浪費(fèi)，出水也不合格。所以在曝氣池內(nèi)布置曝氣管時(shí)，要根據(jù)每段的曝氣量合理的選用曝氣管，如曝氣池進(jìn)口端選用φ63的UPVC管道，在中間端選用φ53的UPVC管道，在出口端選用φ32的UPVC管道。這樣就避免了曝氣量的浪費(fèi)。

3.4鼓風(fēng)機(jī)的選擇

鼓風(fēng)機(jī)是目前應(yīng)用最廣的曝氣風(fēng)機(jī)，所以合理的選用風(fēng)機(jī)，也是節(jié)能的關(guān)鍵，鼓風(fēng)機(jī)的出口一般會有擋板、逆止閥、調(diào)節(jié)閥等，閥門和管道管件過多會造成能耗。由于曝氣池內(nèi)的曝氣量和曝氣時(shí)間是變化的，所以曝氣風(fēng)機(jī)出口的閥門就處于頻繁的調(diào)節(jié)狀態(tài)，隨著科技的進(jìn)步，一種采用變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻分風(fēng)機(jī)慢慢的得到大多數(shù)人得認(rèn)同，通過曝氣量的大小改變曝氣風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣就避免了傳統(tǒng)機(jī)械運(yùn)行方式的能耗的損失。

4 結(jié)論

綜上所述，造成曝氣系統(tǒng)能耗的原因有很多，節(jié)能方面我們主要從曝氣裝置的選擇、分布、曝氣量的控制及鼓風(fēng)機(jī)選擇這幾個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的論述，選用管式曝氣器代替盤式曝氣器，曝氣裝置選用沿池長方向漸疏的布置方式，嚴(yán)格控制曝氣量，在滿足工藝對風(fēng)量及風(fēng)壓的要求下選用變頻風(fēng)機(jī)，來有效的降低污水處理廠曝氣系統(tǒng)的能耗。

污水處理廠的曝氣系統(tǒng)的節(jié)能，不是一天兩天就能實(shí)現(xiàn)的，是需要做好長期作戰(zhàn)的準(zhǔn)備的，要想實(shí)現(xiàn)污水處理廠曝氣系統(tǒng)的真正節(jié)能，就要從污水處理廠的最初設(shè)計(jì)著手，從建設(shè)前的設(shè)計(jì)階段就完善設(shè)計(jì)，選用合理的工藝和設(shè)備，并在運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)管理，發(fā)現(xiàn)有落后的工藝或設(shè)備，就馬上進(jìn)行的改造，這樣才能不斷的降低污水處理廠的能耗，真正的為國家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排”貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]林榮忱，李金河.污水處理廠泵站與曝氣系統(tǒng)的節(jié)能途徑[J].中國給排水.1999.15（1）.

[2]李建勇，王建華.曝氣流量控制系統(tǒng)用于污水處理廠的節(jié)能降耗[J].中國給排水.2007.23（12）.

[3]王彩霞.城市污水處理廠能源開發(fā)利用與節(jié)能技術(shù)[J].設(shè)計(jì)與研究.1991.（11）.

[4]張統(tǒng)，方小軍，張志仁.SBR及其變法污水處理與回用技術(shù)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2003.