城市污水处理厂(火用)分析方法和节能途径初步研究

摘要

建设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之一，但是庞大的日常污水处理费用严重制约着污水处理厂的正常生产运行。能耗占污水处理成本的60～70％。能源消耗量大，不仅仅直接增加了污水处理成本，更重要的是不利于能源、资源等的可持续利用，还可能导致能源生产过程产生新的环境污染问题。为此，研究城市污水处理厂能耗分析方法，并在此基础上提出节能措施对降低污水处理厂的能耗及城市污水处理厂的设计和运行具有指导意义。主要工作和结论如下： (1)污水处理工艺过程遵守热力学基本定律，本文以热力学分析为基础，建立了城市污水处理工艺(火用)平衡模型并提出了各处理单元的(火用)效率公式。生物处理反应器(火用)平衡模型中引入了氨氮带入的能量，并首次提出厌氧消化池(火用)平衡模型。 (2)本文应用(火用)平衡模型对北石桥污水净化中心及乌鲁木齐市河东污水处理厂消化系统进行了(火用)平衡分析。北石桥污水净化中心污水提升泵站(火用)效率仅约为59％，存在很大的节能潜力；曝气系统的炯效率为85.54％，但是大部分(火用)损失为外部炯损失，即由于氧气的供需不匹配造成能量的大量流失，应致力于降低不必要的、过大的推动力或改变运行方式以减少过程和设备的(火用)损失；乌鲁木齐市河东污水处理厂消化系统的(火用)效率为43.11％，(火用)效率较低，应致力于提高污泥消化的整体水平，提高产气率与能源的回收率，尽量减少污泥体积。 (3)基于(火用)平衡分析法及对北石桥污水净化中心及乌鲁木齐市河东污水处理厂消化系统的能耗分析，本文对污水处理厂的节能途径进行了分析，由于(火用)分析是基于无驱动力的理想过程来分析实际过程的，它只指出了过程特性改进的潜力或可能性，而不能指出这些可能的改进是否可行。因此，将(火用)损失分为可避免(火用)损失和不可避免(火用)损失，并由此得出实用(火用)效率，与上述常规(火用)效率相比，实用(火用)效率对污水处理厂在实际运行中更具实用价值，可避免(火用)损失与不可避免(火用)损失的提出，明确了节能改进的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1我国水环境的污染与防治

1.1.1我国的水环境现状

1.1.2解决水体污染的主要方法

1.2我国城市污水处理厂的现状及存在的主要问题

1.3国内外城市污水处理工艺能源及能耗概况

1.3.1我国城市污水处理工艺能耗概况

1.3.2国外城市污水处理工艺能耗概况

1.4国内外研究现状

1.5课题的研究目的和研究内容

1.5.1课题的研究目的

1.5.2研究内容

第二章污水处理工艺能量分析热力学基础

2.1热力学基本概念

2.1.1热力学体系与环境

2.1.2平衡状态与稳态

2.1.3热力学状态函数及热力学过程

2.1.4能、热和功

2.2热力学第一定律与能量衡算式

2.3热力学第二定律和(火用)

2.3.1热力学第二定律的表述及熵增加原理

2.3.2(火用)的定义

2.3.3能量的(火用)计算

2.3.4污染物化学能与常规水质指标的定量关系

2.4小结

第三章污水处理厂各处理单元能量平衡分析

3.1(火用)分析法和(火用)平衡方程的建立

3.1.1(火用)分析法

3.1.2(火用)平衡方程

3.1.3(火用)效率

3.2污水处理各单元过程(火用)平衡模型的建立

3.2.1污水泵站的(火用)平衡模型

3.2.2生物反应器(火用)平衡模型

3.2.3厌氧消化池(火用)平衡模型

3.3小结

第四章北石桥污水净化中心处理工艺能量平衡分析应用研究

4.1北石桥污水净化中心处理工艺介绍

4.2北石桥污水净化中心主要设备及运行概况

4.3北石桥污水净化中心运行数据

4.4污水处理厂各处理单元能耗分析

4.4.1污水提升泵的炯输入和输出

4.4.2曝气系统各部分能量输入和输出

4.4.3全厂能耗分析

4.5某厂消化池(火用)平衡分析

4.6小结

第五章城市污水处理厂节能途径分析

5.1泵站的节能分析

5.1.1工艺设计和选型的节电措施

5.1.2变频调速技术的应用

5.1.3水泵优化组合节能

5.1.4污水源热泵节能

5.2曝气系统的节能分析

5.2.1扩散装置的节能

5.2.2曝气量的变频调速控制

5.3污泥处理的节能分析

5.4节能理论新进展

5.4.1(火用)平衡分析法的局限性

5.4.2实用(火用)效率

5.4.3城市污水处理厂主要耗能设备的实用(火用)效率分析

5.5小结

第六章结论和建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢