湿式氧化工艺处理城市污水厂剩余污泥技术的LCA评价

摘要

生物处理是目前世界上最经济有效并被广泛采用的污水处理方法，污泥则是二级污水处理过程的必然产物，体积约占所处理污水体积的0.5％～1％。随着我国经济的发展，人口的增长和城市化进程的加快，污泥的排放量也在不断的增加。目前，我国现有污水厂污泥主要有农用、填埋、焚烧等最终处置办法。但是，这些方法随着人们对污泥处置的要求越来越严格，也日渐显示出其局限性：污泥农用易造成二次污染，卫生填埋占用大量土地，焚烧法耗能多且易产生致癌的二恶英。在这种情况下，湿式氧化法处理污泥作为一种处理效率高，二次污染低，氧化速度快，装置小，运行费用低的全新技术受到了人们的广泛关注。从上世纪50年代诞生以来，湿式氧化法已经在美国、日本以及欧洲得到了较广泛的应用。但是在我国，该技术还大部分处于实验室研究阶段。如何比较并优选出适合的湿式氧化工艺为我国所用是一个意义重大的问题，现阶段国内对该方法的研究主要以实验室研究为主，注重研究湿式氧化工艺处理不同对象的不同反应参数，如温度、压力、发应时间以及催化剂的研制开发等，对湿式氧化法的经济和环境影响方面的研究较少。对于工艺的比较及优选，工程界传统采用技术经济比较的方法，这样的方法主要考虑技术本身的可行性、先进性及其建设运行过程中的经济合理性。但是，却并不能真正反映能源、资源的消耗与环境的影响。生命周期评价方法从工艺的整个生命周期的角度考察其能源、资源消耗量和污染物排放量，对整个生命周期内所产生的环境影响进行综合评估，克服了传统的末端污染排放的评价方式的片面性和局限性，能够更加全面地对工艺进行评价和优选。因此，本文采用生命周期评价方法对湿式氧化技术的两个代表性的工艺进行评价，将比选工艺的生命周期分为施工建设、长期运行和施工拆除三个阶段进行考察，分别对每个阶段的能源、资源消耗和污染物排放进行清单分析，并根据清单分析的结果进行生命周期环境影响评价和生命周期解释，得出结论：本文的两个比选工艺，低温低压条件下进行湿式氧化处理，提高污泥的可生化性，将污水回流入原污水处理厂进行生物处理的ATHOS工艺比在高温高压加催化剂的条件下湿式氧化处理污泥到直接排放的工艺对环境更加友好。其主要原因是尽管ATHOS工艺流程更长，在建筑施工和施工拆除阶段耗用更多的资源、能源，但是在生命周期的主要的长期运行阶段，Zimpro工艺高温高压的反应条件使得长期运行能耗增多，设备制造的材料需求更多，最后在对环境的综合影响上大于ATHOS工艺。关键词：城市污泥，湿式氧化，生命周期评价，能耗，物耗，环境影响

目录

文摘

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声明

1.1 剩余污泥的产生及产量

1.1.1 剩余污泥的来源

1.1.2 剩余污泥的产量

1.2 剩余污泥的组成与性质

1.2.1 污泥的物理性质

1.2.2 污泥的化学组成

1.3 污泥的常见处理处置方法

1.4 消化、焚烧与湿式氧化法的比较

1.5 本章小结

第二章 湿式氧化技术的研究现状及在城市污泥处理中的应用

2.1 湿式氧化法的基本概念

2.1.1 湿式氧化法的典型工艺流程

2.2 湿式氧化技术的研究进展和应用现状

2.2.1 传统的非催化湿式氧化工艺

2.2.2 催化湿式氧化工艺

2.3 国内外湿式氧化法处理城市污水厂污泥的研究进展

2.3.1 普通的湿式氧化法(WAO)处理污泥

2.3.2 催化湿式氧化法(CWAO)处理污泥

2.4 国内外湿式氧化法处理城市污水厂污泥的工程现状

2.4.1 美国US Filter公司Zimpro工艺

2.4.2 法国VEOLIA Water Systems工艺ATHOS工艺

2.4.3 瑞士CarbaGas工艺

2.5 湿式氧化技术的特点及前景展望

2.6 本章小结及采用LCA对不同工艺进行评价的意义

第三章 生命周期评价方法综述

3.1 生命周期评价的基本概念

3.2 生命周期评价的发展历史

3.3 生命周期评价的应用现状

3.3.1 各类工业产品的生命周期评价

3.3.2 生产工艺的生命周期评价

3.3.3 污染治理技术的生命周期评价

3.4 生命周期评价的技术框架

3.5 生命周期评价的作用

3.6 生命周期评价的工作程序和内容

3.6.1 目的和范围的确定

3.6.2 生命周期清单分析

3.6.3 生命周期影响评价

3.6.4 生命周期解释

3.7 污染控制技术的生命周期评价

3.8 生命周期评价的特征

3.9 本章小结

第四章 生命周期评价目的与范围的确定

4.1 生命周期评价对象的确定

4.1.1 ATHOS工艺

4.1.2 Zimpro工艺

4.2 生命周期评价的目的

4.3 城市污泥处理工艺LCA应用的技术关键与难点

4.3.1产品和服务系统与基本流

4.4 城市污泥处理工艺的生命周期

4.5 生命周期评价范围的确定

4.6 湿式氧化工艺系统的功能和功能单位

4.6.1 功能

4.6.2 功能单位

4.7 城市污泥处理工艺系统的边界

4.8 污泥处理设施的服务期限

4.9 分配方式

4.10本章小结

第五章 比选工艺LCA的清单分析程序和工艺分析

5.1 生命周期评价的清单分析程序

5.2 比选方案的基本参数识别

5.3 ATHOS工艺的基本参数识别

5.3.1 ATHOS工艺中湿式氧化流程的工艺识别

5.3.2 ATHOS湿式氧化工艺出水后续活性污泥法处理工艺参数

5.3.3 ATHOS工艺平面流程布置示意图：

5.4 Zimpro工艺的基本参数识别

5.4.1 Zimpro工艺的基本参数识别：

5.4.2 Zimpro工艺平面流程布置示意图

第六章 比选工艺施工建设阶段清单分析

6.1 本章假设条件

6.2 能源消耗清单

6.2.1 主要建筑材料生产能耗

6.2.2 建筑施工直接能耗清单

6.2.3 建筑材料运输能耗清单

6.2.4 建筑施工阶段总能耗清单

6.3 材料和水资源消耗清单

6.3.1 主要建筑材料的原料消耗清单

6.3.2 能源生产的资源消耗清单

6.4 主要污染物排放清单

6.4.1 主要建材生产过程的污染物排放清单

6.4.2 能源生产的污染物排放清单

6.4.3 施工过程的污染物排放清单

6.5 本章小结

第七章 长期运行阶段清单分析

7.1 长期运行阶段的能量消耗清单

7.1.1 方案比较对象和范围确定以及假设条件

7.1.2 比选工艺设备的计算以及选取

7.1.3 比选工艺能耗清单分析

7.2 长期运行阶段的材料和水资源消耗清单

7.2.1 主要运行材料消耗清单

7.2.2 能源生产的资源消耗清单

7.3 长期运行阶段的污染物排放清单

7.3.1 随着尾水排出的污染物

7.3.2 污泥处理过程中排放的污染物清单

7.3.3 能源生产排放的污染物清单

7.3.4 设备材料生产排放的污染物清单

7.4 本章小结

第八章 拆除阶段的清单分析和生命周期清单分析结果汇总

8.1 施工拆除阶段的生命周期分析

8.1.1 本章假设条件

8.1.2 能源消耗清单

8.1.3 材料资源和水资源消耗清单

8.1.4 污染物排放清单

8.2 比选工艺生命周期清单分析汇总

8.3 本章小结

第九章 比选工艺生命周期环境影响评价

9.1 生命周期环境影响评价概述

9.1.1 生命周期环境影响评价的目的

9.1.2 生命周期环境影响评价的步骤及要素

9.2 生命周期环境影响评价影响类型和类型指标的选择

9.3 生命周期清单分析结果归类不同的环境影响类型及其特征化

9.3.1 能源消耗

9.3.2 资源消耗

9.3.3 废气、废水和废渣排放

9.3.4 其他环境影响

9.4 比选工艺环境影响类型的分组

9.5 比选工艺环境影响的加权赋值

9.6 比选工艺生命周期环境影响评价的矩阵

9.7 本章小结

第十章 比选工艺的生命周期解释

10.1 比选工艺的生命周期能耗分析

10.1.1 比选工艺的能耗相对比较

10.1.2 比选工艺的能耗构成分析

10.1.3 比选工艺的比能耗分析

10.2 比选工艺的生命周期物耗分析

10.2.1 比选工艺的材料消耗分析

10.2.2 比选工艺的水资源消耗分析

10.3 比选工艺的生命周期污染物排放分析

10.3.1 比选工艺生命周期的大气污染物排放分析

10.3.2 比选工艺生命周期的废水污染物排放分析

10.3.3 比选工艺生命周期的废渣排放分析

10.5 比选工艺的生命周期评价结论

10.6 本文比选工艺生命周期评价研究的局限性

10.7比选工艺生命周期评价结果的讨论和展望

10.8本章小结

参考文献

致谢