城市污水处理工艺能量平衡分析研究和应用

发布时间：2020-05-06 09:56

【摘要】： 建造城市污水处理厂是解决城市水污染问题最重要和最有效的技术措施，但由于处理设施基建和运营费用高昂，能源消耗量大，使这一进程在我国的推进受到制约。城市污水处理工艺能耗能效研究虽起步较早，却发展缓慢，特别在国内未引起足够的重视。迄今为止，该领域的基本理论、研究方法和研究框架在国际、国内还无统一的认识。 本研究以有机污染物降解的热力学分析和微生物能量利用的热力学原理为基础，实现了水质指标与能量指标的耦合，建立了城市污水处理工艺能量平衡分析的理论模型和能量平衡技术指标体系的框架，提出了处理厂能效评价的方法。在该体系的指导下，本文对数座城市污水处理厂进行了实例研究并提出了其中一座厂的节能运行方案，通过生产性实验，验证了方案的可行性与可靠性。主要工作和结论如下： (1)本文在对我国城市污水处理典型工艺能量利用现状考察的基础上，概括分析了国内常见污水污泥处理工艺的耗能特点、处理厂常用设备装置和工艺过程的耗能水平，并对直接能耗(主要是电耗)费用与全厂运转费用的关系作了定性评估。 (2)本文根据化工热力学和生物热力学的相关理论，对有机物代谢的能量转移、ATP在分解代谢和合成代谢中的耦联作用等作了概括和归纳，并对细胞增殖的热力学模型作了分析。污水处理工艺过程遵守热力学基本定律；在生物反应器系统中发生的是不可逆过程，能量利用存在损失；可以依据化工热力学和生物热力学的基本理论建立污水处理工艺的能量平衡分析方法。 (3)本文完善了污染物化学能的概念和计算方法。按照所依据的热力学定律，污染物化学能分为化学焓与化学(火用)。在化学能量变与质变的不同层面上，，本文建立了污染物化学焓和化学(火用)与常规水质指标COD和TOC的定量关系，实现了污染物浓度指标与能量指标的耦合：污水有机污染物水质指标与化学焓的关系为：h_(ch)=13.91kJ/gCOD，即每g有机物可测定的COD包含13.91kJ的化学焓；微生物细胞的平均化学焓含量为22.15kJ/gVSS；污水有机污染物水质指标与化学(火用)的关系为E_(xc)~0=13.825kJ/gCOD，即每g有机物可测定的COD包含13.825kJ的化学(火用)；微生物细胞的平均化学(火用)含量为22.605kJ/gVSS。 (4)本研究在国内首次建立了污水生物处理单元能量衡算的黑箱模型和(火用)平衡分析的灰箱模型，这两个模型统一了处理流程外部能源消耗与内部能量变迁的表达方式。结合采用上述两类能量分析法(焓和(火用))考察了目前国内常用的四种二级处理工艺的实际运行和用能情况。焓衡算从用能结构上剖析了各处 重庆大学博士学位论文 理厂能量形态的变化和流向，佣分析方法明确了能量质的损耗发生的位置和 途径。本研究提出和建立了评价城市污水处理厂能量利用和口收效率的技术 指标体系（包括单耗指标、综合能耗指标、利用率指标和回收率指林），并对 比能耗指标与热效率指标的实际应用进行了对比。结论认为：能量利用率指 标较之比能耗指标更为客观和严密，有助于指导现有污水厂具体进行节能降 耗。 K）基于上述能量分析方法，在某二级污水处理厂进行了应用并指导其运转方式 改造的实践。对该厂的污水生物处理单元进行了连续进出水、间歇曝气运转 方式的生产性试验研究。对经试验后推荐的运行工况进行了能量平衡分析和 用能评价，得出如下结论：能量平衡分析方法可以方便地确定能源在处理系 统或设备中转化、传递和散逸的情况；问歇曝气工艺显著提高了污水生物处 理单元的能量利用率和佣效率，其用能结构较为合理：该运转方式的能耗降 低主要来自于外部佣损夫的减少，同时污泥减量明显；连续流间歇曝气工艺 能取得优良的出水水质，并具备良好的脱氮能力。
【图文】：

电费=旦型些-K。入一水泵、鼓风机等电气设备的电动机功率之和(实际设备的功率)，kw;沙一一电费单价，元/kWh;及—污水量总变化系数。当用于计算的流量为平均日水数。蒸汽、煤、药剂等资源消耗的费用。有些厂将该项作为材福利费:各地给水排水行业的实际水平存在一定差距。基金及中小修费用:按实际发生计。费用:包括维护、行政管理费用等。理厂运行费用分析99年各项费用结构如图2.17。电费单价为0.50元/kWh。其他乙

F19·2.18OperationeosteompositionforWWTpCinl998(s000om3zd)1999年下半年各项费用结构如图2.19。电费单价为0.56元/kWh。包括厂区绿化和部分基建费用。其他大小修费用药剂费工资描利19%图2.290厂(90000:二3zd)1999年下半年运行费用分析.2.19operationeosteompositionforwwTP0inseeond一lalfof1999(g000om3zd对比，天津纪庄子污水处理厂1986一1992年的生产成本分析该厂‘在这一期间日处理污水为255497m，，电费单价由1986年的逐年上升，到1992年时为0.2肠元/kWh。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X799.3

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 章荣芳;左飞鸿;;干燥装置能量平衡测试与节能[J];江西化工;2006年03期

2 沈锦林,张惠庆,吴水泉;罐头瓶车间能量平衡分析[J];玻璃与搪瓷;1983年04期

3 陈延东;淮钢70t UHP电弧炉能量平衡分析[J];特殊钢;2001年05期

4 孙南屏;李林;朱中华;;合成氨能量平衡分析(造气部分)[J];纯碱工业;2010年04期

5 许秀梅,李东明,王志国;稠油集输系统能量平衡分析及节能对策[J];节能;2005年10期

6 陈红斌;;40×10~4t/a加氢裂化装置能量平衡分析[J];石油炼制与化工;1988年03期

7 王志国,马一太,张守军,张洪江,胡伟;注汽锅炉系统用能分析方法研究[J];油气田地面工程;2003年01期

8 薛银皎;注汽锅炉系统用能分析及改进建议[J];特种油气藏;2005年03期

9 王春花;陈梓剑;;延迟焦化装置的用能分析及优化改进[J];石油学报(石油加工);2010年05期

10 方向晨;张英;;加氢裂化装置用能分析及节能途径探讨[J];化工进展;2008年01期

相关会议论文 前10条

1 曹琦;;太阳没有给我们“浅层地热能”[A];浅层地温（热）能资源特性及评价方法对地源热泵工程的意义研讨会论文集[C];2008年

2 杨扬;李丕和;廖伟;赵明特;;乳化炸药生产线节能途径浅析[A];中国爆破新技术Ⅱ[C];2008年

3 王明娜;罗卫红;孙彦坤;朱建国;;CO_2浓度升高对小麦冠层小气候和能量平衡的影响[A];中国气象学会2007年年会生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集[C];2007年

4 王明娜;罗卫红;孙彦坤;朱建国;;CO_2浓度升高对小麦冠层小气候和能量平衡的影响[A];中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集[C];2007年

5 孙红娟;丁玄同;刘泽田;刘仪;董云波;董春凤;;HL-2A上电子回旋加热期间热输运的分析[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年

6 娄德仓;;高超声速组合动力装置热防护技术及整机热管理[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年

7 于泽庭;韩吉田;;基于燃料电池的热电冷三联供系统热力学分析[A];制冷空调新技术进展——第三届制冷空调新技术研讨会论文集[C];2005年

8 林惠娟;钱永甫;张耀存;;区域海气耦合模式的建立及模拟SST误差成因的分析[A];中国气象学会2006年年会“气候系统模式发展与应用”分会场论文集[C];2006年

9 徐磊;侯扶江;;陇东黄土高原作物/天然草地-家畜综合系统分析[A];第八届博士生学术年会论文摘要集[C];2010年

10 王天兰;;排污费征收制度的政策作用及改进[A];黄河流域资源环境与生态文明建设学术研讨会交流材料[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 杭州嘉泰园艺有限公司 沈士华 钱江华;污水处理可用水生植物[N];中国花卉报;2008年

2 记者 汤晓峰;国家环保总局来通检查减排工作[N];南通日报;2007年

3 记者王方杰;甘肃将投资近九亿元净化黄河[N];人民日报;2002年

4 邓慧玲;突出污染防治 强化责任考核[N];中国环境报;2008年

5 本报记者 周海霞 马燕;巴州污染减排工作名列全疆首位[N];巴音郭楞日报;2008年

6 黄敏;滇池面源污染防治成为示范[N];中国化工报;2008年

7 ;警惕身边的危害[N];北京科技报;2001年

8 记者 贾莹;饮用水源水质达标率100%[N];兰州日报;2005年

9 通讯员 魏善涛 黄宜鹤 记者 孙铁军;力保完成今年污染减排任务[N];连云港日报;2007年

10 通讯员 任润山 薛喜忠 记者 李仁堂;废弃物利用最大化 污染物排放最小化[N];中国煤炭报;2008年

相关博士学位论文 前7条

1 高旭;城市污水处理工艺能量平衡分析研究和应用[D];重庆大学;2002年

2 查同刚;北京大兴杨树人工林生态系统碳平衡的研究[D];北京林业大学;2007年

3 王圃;城市给水处理厂及泵站能耗分析与应用研究[D];重庆大学;2004年

4 刘艳彪;新型电极材料光/电催化降解有机污染物及污染物化学能的综合利用[D];上海交通大学;2011年

5 李胜;生物质燃料乙醇企业循环经济模式研究[D];中国农业大学;2005年

6 王凯;镉—多环芳烃复合污染土壤植物修复的强化作用及机理[D];浙江大学;2012年

7 马艳飞;非饱和含水介质中石油污染物迁移—转化与淋洗技术研究[D];中国海洋大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 张莉娜;城市污水处理能量平衡分析与应用评价[D];郑州大学;2011年

2 王娜;联合站的运行优化[D];中国石油大学;2008年

3 辜渝嘉;皮卫星电源系统的研制[D];浙江大学;2010年

4 侯扶琴;石河子绿洲农业系统能量、经济与物质平衡特征[D];兰州大学;2007年

5 李华山;濮城油田油气集输处理系统优化改造[D];中国石油大学;2008年

6 王建宁;某中速机热力循环的能量平衡分析和（火用）分析[D];武汉理工大学;2010年

7 欧阳冬;自供能量主动悬挂系统研究[D];西南交通大学;2008年

8 廖志强;土壤中挥发性有机物的气相抽提处理热强化技术研究[D];华东理工大学;2013年

9 李春为;中国黄土高原半干旱地区地表能量收支分析[D];兰州大学;2008年

10 袁永惠;油气集输能量系统的热力学评价与分析[D];大庆石油学院;2009年

本文编号：2651089