城市污水处理厂曝气节能方法与技术

2016-08-12孟伟高湖南首创投资有限责任公司湖南长沙410007

低碳世界 2016年16期

关键词：曝气池鼓风机城市污水

孟伟高（湖南首创投资有限责任公司，湖南长沙 410007）

城市污水处理厂曝气节能方法与技术

孟伟高（湖南首创投资有限责任公司，湖南长沙 410007）

城市污水处理厂的能耗是非常大的，因此，其节能减排工作受到了社会各界的广泛关注，曝气阶段是整个污水处理过程中能耗比较大的环节，需要尤其注意这一环节的节能，基于此，本文对城市污水处理厂曝气节能方法与技术进行了研究。

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1　引言

污水处理厂的能耗费用是最具节约潜力的部分，一般污水处理的能耗费用在运营费用中占较大比例，约30%左右，部分污水处理厂更高。因此提高能源的使用效率是提高污水处理厂经济效益的关键。

2　城市污水处理厂曝气系统原理及作用

目前我国的城市污水处理厂曝气技术多样，但应用最广泛、最具代表性的是通过鼓风曝气系统来实现的，鼓风曝气系统包括曝气管线、鼓风机以及曝气器等。鼓风曝气的原理主要为：通过曝气管道将空气输送到曝气器，使空气在曝气器中形成不同尺寸的气泡，气泡的大小主要由空气扩散装置的形成来决定。

曝气系统是污水处理厂处理过程中的重要环节之一，曝气的主要作用可归纳为以下几点：①充氧，曝气系统可向活性污泥微生物提供足够的溶解氧，从而为代谢过程提供充足的氧量。②搅动、混合，使活性污泥在曝气池内处于剧烈搅动的悬浮状态，能够与废水充分混合、接触。当前城市污水处理厂曝气技术多通过鼓风曝气系统来进行，而鼓风曝气系统又由曝气管线、鼓风机以及曝气器构成（如图1所示）。

图1　微孔曝气系统结构图

3　城市污水处理厂曝气技术的试验和控制分析

在进行曝气试验的时候，首先，要向曝气池中注入自来水，曝气池的容积一般为24.0m3，注入的水一般要灌满曝气池。接下来，需要向水中投放相应的硫酸钠，在投入硫酸钠之前，要对水中氧气的溶解程度进行确认，要在确保水中的氧气充分溶解之后，按照1：8的溶解氧和无水硫酸钠的比例进行投放，考虑到客观因素，一般在实际投的时候要按照所计算的比例多投放10%的剂量。在投放硫酸钠后，为了使水中的氧气和硫酸钠充分发生反应，需要进行人工的搅拌工作，直到确认水中的亚硫酸根离子和氧气含量接近零为止，这时需要再次对水中的氧气的溶解量进行确认。在确认水中的氧气浓度为0的时候，要开始进行曝气工作。在进行曝气的时候，要注意曝气时间和DO值，每间隔1min，就要更新一次DO值，同时做好记录工作。曝气试验要一直持续到曝气池内的氧气不再溶解后才可以停止。在试验的时候，要对相应的空气流量、温度等相关因素做好记录。

3.1曝气量产生的影响

氧气在水中传播遵循双膜理论。双膜理论指的是，在气体和液体相接触的地方存在着液膜和气膜，它们分别以层流状态存在。液相的主体传递方式是通过气体分子的扩散实现传播的，在传播过程中，气体分子通过液膜和气膜进行传输。为了增强推动效果，在实际试验中，一般可以选择增大通气流量来实现。

3.2温度和曝气系统充氧的关系

水温的变化也可以对曝气系统产生影响，具体来说当水温发生变化的时候，水的物理性质也会发生改变，从而氧气在水中的传播速度和溶解性能也会收到相应的影响。当水的温度减小的时候，水中的粘度变大，分子的活动能力减弱，液膜厚度将会增大，从而导致氧气的传播速度下降，但此时相对应的是氧气的饱和溶解度会升高。所以氧气的饱和溶解度和氧气的传输速度之间呈现出负相关的关系。在进行试验的时候，要注意这种负相关关系，选择合适的温度区域确保试验的效果。

3.3曝气系统的材质会影响充氧性能

上文我们已经分析了微气泡曝气器的运行效率较高，但因为材料的限制，微气泡曝气器也比较容易破损和堵塞。同时，由于使用时间较长，也极可能导致曝气系统的运转出现问题，例如产生破碎、破裂的现象。这些问题给曝气系统的正常运转带来了非常不利的影响。在实际操作中，技术人员要对相关的问题格外注意，对相关现象进行进一步的研究，确保曝气系统正常运转的同时保证企业的经济利益。

4　城市污水处理厂曝气节能方法与技术

4.1智能曝气控制技术

城市污水处理厂在运行的过程中，进水水质和数量并不是固定的，经常会发生变化，这样一来，在利用微生物对污染物进行降解时，所需消耗的氧量也会相应的发生变化，为了保证生化反应的正常进行，就需要在一定的时间段内，实现供氧量与耗氧量的平衡，这样才能保证出水的质量，实现控制的稳定性及可靠性。智能曝气是一种控制方法，以活性污泥动力学模型为基础，通过相应的计算，来对曝气进行智能控制。在进行污水处理时，活性污泥法是一种比较重要的方法，对于微生物生长的环境、曝气池中的有机物去除等工艺，由人工来进行恰当的控制，以便于提高控制的有效性。在利用单体设备进行节能时，具备一定的范畴，但是应用了智能曝气之后，实现了范畴的超越，有效的实现了降低能耗的目的。

4.2构建智能曝气控制系统

根据相应的动力学数学模型的建立以及相应的计算，构建起智能曝气控制系统，在此系统中，采用四级控制方式，也就是在进行控制时，将智能总控制室和PLC控制站结合起来的方式。在智能总控制室中，设置智能曝气控制模块，在模块的下方，再设置PLC控制站，通过计算机和以太网，对曝气进行智能控制，通过PLC站点的采集，获得相应的实时参数，进而将各个曝气池中的需氧量科学的计算出来。在智能曝气控制系统中，智能控制模块是系统中的核心，通过智能模块的控制作用，根据曝气池实际的需氧量，完成氧气的供应，以实现节能的目的。智能曝气控制系统在实际运行的过程中，实行人工强制控制模式和正常模式相结合的控制模式，所谓正常模式，就是指自动控制模式，当自动控制模式无法起作用时，就由工作人员来进行人工强制控制。

4.3智能曝气系统的性能分析

在对智能曝气系统的性能进行分析时，通过以下几个部分的控制分析来进行。①对鼓风机的控制分析，在智能曝气系统中，通过对不同时段鼓风机需气量和实际曝气量的对比可知，即使时段不同，变化规律也基本一致，同时，需气量与实际曝气量的运行曲线基本重叠，可见，通过智能曝气系统的调剂作用，鼓风机的实际曝气量与需求质量基本实现了平衡。另外，通过对比实际曝气量与总电流的曲线图可知，二者之间的变化规律也是一致的，说明通过智能控制，鼓风机的能耗实现了有效的控制，达到了降低能耗的目的；②对DO控制的分析，在未采用此系统之前，DO控制的效果波动性非常大，呈现出比较明显的不稳定性，但是DO控制应用了智能曝气控制系统之后，控制趋于平稳，波动范围比较小，由此也说明，智能曝气系统有利于提升DO控制的稳定性；③对出水水质的影响，在进行此项分析时，通过对比分析来实现，对比的对象为应用系统前后的出水水质，通过对比可以发现，智能曝气系统有利于提升出水的水质，提高能源的利用效率；④节电分析，通过对比智能曝气实施前后的电耗图可以发现，在实施了智能曝气之后，电耗降低了许多。通过这四个方面的分析可知，城市污水处理厂通过智能曝气系统能够有效地实现曝气节能的目的。