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              城市污水處理工藝能量平衡分析研究和應用

              來源:中國凹凸棒土網    06-01 19:37
              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措施,但由于處理設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,卻發展緩慢,特別在國內未引起足夠的重視。迄今為止,該領域的基本理論、研究方法和研究框架在國際、國內還無統一的認識。 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,實現了水質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分析的理論模型和能量平衡技術指標體系的框架,提出了處理廠能效評價的方法。在該體系的指導下,本文對數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能運行方案,通過生產性實驗,驗證了方案的可行性與可靠性。主要工作和結論如下: (1)本文在對我國城市污水處理典型工藝能量利用現狀考察的基礎上,概括分析了國內常見污水污泥處理工藝的耗能特點、處理廠常用設備裝置和工藝過程的耗能水平,并對直接能耗(主要是電耗)費用與全廠運轉費用的關系作了定性評估。 (2)本文根據化工熱力學和生物熱力學的相關理論,對有機物代謝的能量轉移、ATP在分解代謝和合成代謝中的耦聯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;在生物反應器系統中發生的是不可逆過程,能量利用存在損失;可以依據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。按照所依據的熱力學定律,污染物化學能分為化學焓與化學()。在化學能量變與質變的不同層面上,本文建立了污染物化學焓和化學()與常規水質指標COD和TOC的定量關系,實現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指標與化學焓的關系為: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指標與化學()的關系為E0xc=13.825kJ/gCOD,即每g有機物可測定的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,這兩個模型統一了處理流程外部能源消耗與內部能量變遷的表達方式。結合采用上述兩類能量分析法(焓和())考察了目前國內常用的四種二級處理工藝的實際運行和用能情況。焓衡算從用能結構上剖析了各處理廠能量形態的變化和流向,()分析方法明確了能量質的損耗發生的位置和途徑。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用進行了對比。結論認為:能量利用率指標較之比能耗指標更為客觀和嚴密,有助于指導現有污水廠具體進行節能降耗。 (5)基于上述能量分析方法,在某二級污水處理廠進行了應用并指導其運轉方式改造的實踐。對該廠的污水生物處理單元進行了連續進出水、間歇曝氣運轉方式的生產性試驗研究。對經試驗后推薦的運行工況進行了能量平衡分析和用能評價,得出如下結論:能量平衡分析方法可以方便地確定能源在處理系統或設備中轉化、傳遞和散逸的情況;間歇曝氣工藝顯著提高了污水生物處理單元的能量利用率和()效率,其用能結構較為合理;該運轉方式的能耗降低主要來自于外部()損失的減少,同時污泥減量明顯;連續流間歇曝氣工藝能取得優良的出水水質,并具備良好的脫氮能力。

                  doi:
                  10.7666/d.y794997
                  關鍵詞:
                  污水處理 能量平衡分析 節能技術 間歇曝氣 污染物化學能 市政工程 城市污水處理工藝
                  作者:
                  高旭
                  學位授予單位:
                  重慶大學
                  授予學位:
                  博士
                  學科專業:
                  市政工程
                  導師姓名:
                  龍騰銳
                  學位年度:
                  2002
                  語種:
                  中文
                  分類號:
                  TU992.7 X703
                  在線出版日期:
                  2012年07月27日

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