城市污水處理工藝能量平衡分析研究和應(yīng)用.pdf

1、建造城市污水處理廠是解決城市水污染問題最重要和最有效的技術(shù)措施，但由于處理設(shè)施基建和運營費用高昂，能源消耗量大，使這一進程在我國的推進受到制約。城市污水處理工藝能耗能效研究雖起步較早，卻發(fā)展緩慢，特別在國內(nèi)未引起足夠的重視。迄今為止，該領(lǐng)域的基本理論、研究方法和研究框架在國際、國內(nèi)還無統(tǒng)一的認識。 本研究以有機污染物降解的熱力學分析和微生物能量利用的熱力學原理為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了水質(zhì)指標與能量指標的耦合，建立了城市污水處理工藝能量平衡

2、分析的理論模型和能量平衡技術(shù)指標體系的框架，提出了處理廠能效評價的方法。在該體系的指導(dǎo)下，本文對數(shù)座城市污水處理廠進行了實例研究并提出了其中一座廠的節(jié)能運行方案，通過生產(chǎn)性實驗，驗證了方案的可行性與可靠性。主要工作和結(jié)論如下： (1)本文在對我國城市污水處理典型工藝能量利用現(xiàn)狀考察的基礎(chǔ)上，概括分析了國內(nèi)常見污水污泥處理工藝的耗能特點、處理廠常用設(shè)備裝置和工藝過程的耗能水平，并對直接能耗(主要是電耗)費用與全廠運轉(zhuǎn)費用的關(guān)系作了

3、定性評估。 (2)本文根據(jù)化工熱力學和生物熱力學的相關(guān)理論，對有機物代謝的能量轉(zhuǎn)移、ATP在分解代謝和合成代謝中的耦聯(lián)作用等作了概括和歸納，并對細胞增殖的熱力學模型作了分析。污水處理工藝過程遵守熱力學基本定律；在生物反應(yīng)器系統(tǒng)中發(fā)生的是不可逆過程，能量利用存在損失；可以依據(jù)化工熱力學和生物熱力學的基本理論建立污水處理工藝的能量平衡分析方法。 (3)本文完善了污染物化學能的概念和計算方法。按照所依據(jù)的熱力學定律，污染物化學

4、能分為化學焓與化學()。在化學能量變與質(zhì)變的不同層面上，本文建立了污染物化學焓和化學()與常規(guī)水質(zhì)指標COD和TOC的定量關(guān)系，實現(xiàn)了污染物濃度指標與能量指標的耦合：污水有機污染物水質(zhì)指標與化學焓的關(guān)系為：hch=13.91kJ/gCOD，即每g有機物可測定的COD包含13.91kJ的化學焓；微生物細胞的平均化學焓含量為22.15kJ/gVSS；污水有機污染物水質(zhì)指標與化學()的關(guān)系為E0xc=13.825kJ/gCOD，即每g有機物可

5、測定的COD包含13.825kJ的化學()；微生物細胞的平均化學()含量為22.605kJ/gVSS。 (4)本研究在國內(nèi)首次建立了污水生物處理單元能量衡算的黑箱模型和()平衡分析的灰箱模型，這兩個模型統(tǒng)一了處理流程外部能源消耗與內(nèi)部能量變遷的表達方式。結(jié)合采用上述兩類能量分析法(焓和())考察了目前國內(nèi)常用的四種二級處理工藝的實際運行和用能情況。焓衡算從用能結(jié)構(gòu)上剖析了各處理廠能量形態(tài)的變化和流向，()分析方法明確了能量質(zhì)的損

6、耗發(fā)生的位置和途徑。本研究提出和建立了評價城市污水處理廠能量利用和回收效率的技術(shù)指標體系(包括單耗指標、綜合能耗指標、利用率指標和回收率指標)，并對比能耗指標與熱效率指標的實際應(yīng)用進行了對比。結(jié)論認為：能量利用率指標較之比能耗指標更為客觀和嚴密，有助于指導(dǎo)現(xiàn)有污水廠具體進行節(jié)能降耗。 (5)基于上述能量分析方法，在某二級污水處理廠進行了應(yīng)用并指導(dǎo)其運轉(zhuǎn)方式改造的實踐。對該廠的污水生物處理單元進行了連續(xù)進出水、間歇曝氣運轉(zhuǎn)方式的生