城镇污水处理系统的节能低碳技术分析

2022-12-18孙宝雯

现代工业经济和信息化 2022年7期

孙宝雯

（山东省烟台市套子湾污水处理有限公司，山东烟台 264000）

引言

2020 年9 月22 日，国家主席习近平在第75 届联合国大会一般性辩论上提出中国“努力争取2060年前实现碳中和”的宏伟目标。这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任，提升了我国的国际影响力。实施节能减排，提高能源利用率，实现绿色环保高效高质发展，已经成为了新时代社会发展的必然趋势。污水处理系统是城镇主要碳排放源之一，在新形势下有必要开展各环节的节能低碳技术，推动污水处理系统水、能节约和碳减排的可持续发展[1]。随着经济社会发展对水资源保护与再生利用的需要，未来城镇污水处理量必将大幅增长，污水处理面临高能耗和高碳排放挑战。城市污水处理系统的运行涵盖了污水进入系统、处理系统和排除系统多个流程，经过一系列机械和生化处理，最终达到出水标准。在进水到出水的污水处理流程中，会发生物质消耗、能源消耗和一系列生物化学反应，将不可避免地产生碳排放。积极将节能环保技术纳入污水处理有助于促使碳达峰和碳中和目标尽快实现，对于推动社会经济可持续发展具有重要意义。

1 污水处理厂的合理规划与综合性管理

污水处理厂规划建设是充分发挥其节能作用的重要前提，需要根据区域地形地貌、气候条件等地理因素开展综合性规划管理[2]，不仅要考虑单一污水处理厂的建设与规模提升，更要从区域性污水处理入手，需要做好区域性污水流动的管理，如前置考虑雨污分流、居民工业分流等条件，提升范围内污水处理厂的管理力度，全面实现区域污水处理厂的综合性管理，并规划后续建设与应用，提前布局可改造、可替换的低碳技术，更好地满足节能环保的要求。

2 污水处理节能低碳技术

2.1 节能处理技术

在污水处理工艺中可以有效借助物理热能减少额外资源的消耗，可采用热泵技术最大化回收低位热能，该技术能够保证较小的污水温度变化，有利于储存较多的热量。借助太阳能集热板来收集太阳能应用于污水处理，通过太阳能维持较为稳定的污水处理生态系统，不需要额外投入更多的电力资源，能明显节约污水处理成本。回收有机能源是一种重要的节能环保技术方式，比如污泥消化液可以为生物处理提供碳源、氮源等营养条件，可以提高有机物回收率，减少不必要的外源投入并避免额外的能源浪费[3]。有机废渣是污水处理厂的重要副产物，借助有机能源降解和处理技术，依靠先进的技术和设备提高有机废渣回收率，可以显著增强污水处理厂的节能减排效果。有机废气是污水处理厂的隐形碳排放来源，亟需借助新技术和新设备控制转化污泥厌氧发酵产生的甲烷，将甲烷用于产热、发电，形成厂区或区域内水热循环，可明显提升有机能源转化率和利用率，能够大幅减轻温室气体排放。

2.2 低碳处理技术

低碳处理技术是指减少碳投入，借助反硝化、除磷型微生物作用，紧密联系脱氮程序与除磷程序，两者共用污水碳源，进而起到低碳减排的目的。需要注意反硝化会产生一定量的甲烷，需采用上文提到的节能技术将甲烷用于再生产，可实现能源利用的动态化平衡。在脱氮除磷—甲烷协同利用的能源动态循环过程中，可加快反硝化除磷微生物的繁殖速度，与高校科研院所合作开发研究新型脱氮除磷微生物，并积极开展效果评价与温室气体排放监测工作，最大限度满足污水处理厂低碳运行要求。不断优化并引进新型处理技术设备是保证低碳运行的重要措施，例如先进膜处理技术、菌剂再生与循环技术、光催化高级氧化技术等方法和设备，依靠高效的污水处理技术设备来达到节能减排的目标。在污水处理过程中，合理定位曝气装置位置，选择最佳构件严格控制压力确保形成推流，提高氧气输送利用率，可减少无效碳源投入，提供能源利用效率。精准控制污水输送过程，可进一步提高输送泵出水量的准确性，并不断优化出水方法和水头高差，借助管道流出方法来实现缩减跌水高度，尽可能实现污水自流的目标。

2.3 技术升级

先进的污水处理技术，是提升污水处理厂节能环保水平的关键性影响因素。需要从实际的应用角度入手，逐步提升现有技术的应用水平，开展全面的能耗管理和效率管理，实现自动化污水处理。大力开发节能环保新技术，如磁分离法，可将磁性活性炭、磁性粘土矿物、磁性聚合物等高吸附性、高选择性和高适应性磁功能材料投入水处理过程，为降解型微生物提供靶向位点，加速碳源性物质捕获。针对微塑料、持久性有机污染物等新兴污染物，设立实验环节筛选功能材料、优化投加方法并分离特异降解菌株，采用吸附—降解—捕获的处理理念，耦合处理易降解和难降解污染物，提高净化效果和处理效率，可最大化满足节能环保的要求。

3 优化污水处理单元条件

污水处理厂主要耗能阶段包括预处理阶段、生物处理阶段和污泥处理阶段，各阶段的能耗比例分别占总能耗的23.5%～25.1%，62.2%～71.1%和4.07%～13.9%，可见生物处理阶段是耗能关键阶段[4]。在生物处理阶段要避免过度曝气现象，需在好氧池安装在线溶解氧探测仪，实时监测溶解氧数据，并根据进水COD 浓度动态调整曝气方式，实施间歇曝气方案，以上方案不仅明显降低了曝气系统的能耗，又能够维持甚至提高好氧池污泥活性。在预处理阶段设置污水调节池，用于初步沉降和均衡进水水质，调节污水水量，从而达到减少污水提升泵的装机功率。在污泥处理阶段，尝试采用基于生物捕食和内源代谢的原位污泥减量技术，如在生化池中引入适量的蚯蚓延长系统中的生物链，增加物质循环和能量流动，并重点开展污泥脱水和干化技术，如用真空、射流、电渗透脱水技术、生物干化技术、热泵干化技术和水热干化技术等。

4 提升污水处理自动化水平

随着机械自动化和信息技术的广泛应用，污水处理技术也需提高自动化精细管理。如曝气处理可占污水处理流程用电成本的50%，采用基于模型算法的智能曝气控制系统可减少能耗约15%。增加智能化监测系统，例如在对回流污泥量采用MLSS 调节控制，可以保证曝气槽内溶解氧浓度与目标值一致。采用入流废水量与比值作为回流污泥控制值，将定时器与顺序控制相结合调整回流污泥量。单独安装和集成全自动控制系统，维护和升级控制器、智能变送器及其精确测量组件，调整机构和执行机构，确保全自动控制系统正常稳定工作。