基于清洁生产理念的污水处理系统节能降耗支撑技术研究

【摘要】：污水处理系统的能源资源消耗已经占到我国消耗总量的一定比重。但是污水处理系统开展节能降耗在工程技术和实施管理层面上仍然存在着很多技术难点，特别是缺乏可行性高的工程技术措施和可持续实施的系统方案。清洁生产作为一个全新的战略对策，为污水处理系统的节能降耗提供了一个系统解决方案。 本研究通过现场调研、试验分析和工程示范，以清洁生产理念为指导，针对污水处理系统的节能降耗进行研究，重点解决评价指标的合理性、进水碳源高效利用降耗技术和曝气系统优化控制节能技术的工程可实施性问题，并利用自适应方式来推进污水处理清洁生产的持续实施。 通过对污水处理系统和清洁生产发展过程的回顾评价，分析了污水处理系统的生产过程属性，清洁生产方法的理论意义，论述了在清洁生产理念指导下进行包括评价体系、工程技术、管理方案在内的污水处理系统节能降耗概念模式。在此基础上，通过对国内11个城市污水处理系统调研分析，建立了直接反映污水处理系统COD、氨氮、总氮、总磷等重点污染物总量削减所需电耗和运行成本的模型。并通过模型确定的节能降耗评价指标，提出了高碑店和清河二期两个污水处理系统节能降耗的关键分别是进水碳源高效利用和曝气系统优化控制两项节能降耗技术。 中试试验和高碑店厂生产性示范表明活性初沉池同时具有开发进水碳源和去除进水中污染物的效果，根据实际情况组合使用传统初沉池和活性初沉池，可以同时达到节能和无外加碳源条件下强化生物脱氮除磷的目的。清河二期污水处理厂生产性示范采用进水水量调节堰来均衡各单元水量，采用硝化过程控制来合理分配曝气量在好氧段的分布，减少了污水处理各子系统之间水量分配不均匀引起的曝气系统压力较高、好氧段过度曝气等问题造成的能耗浪费。论文最后提出了污水处理系统节能降耗自适应实施方法，并针对高碑店和清河二期污水处理系统进行了详细分析，从而保障污水处理节能降耗技术的持续实施。 【关键词】：清洁生产 节能降耗 总量削减 进水碳源利用 曝气系统控制
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 主要符号对照表10-11
• 第1章 引言11-24
• 1.1 背景11-16
• 1.1.1 污水处理系统的发展与现状11-13
• 1.1.2 清洁生产的产生与发展13-15
• 1.1.3 污水处理系统的清洁生产15-16
• 1.2 国内外在污水处理节能降耗领域的进展16-22
• 1.2.1 污水处理系统节能降耗评价管理技术16-17
• 1.2.2 强化生物脱氮除磷工艺节能降耗技术17-20
• 1.2.3 污水处理系统自动控制系统节能降耗技术20-22
• 1.3 研究目的和内容22-24
• 第2章 基于清洁生产理念的节能降耗概念模式24-30
• 2.1 污水处理过程的全过程控制24-26
• 2.1.1 污水处理过程边界24-25
• 2.1.2 污水处理全过程控制途径25-26
• 2.2 污水处理节能降耗的系统集成26-27
• 2.2.1 污水处理节能降耗的系统工程方法26
• 2.2.2 污水处理节能降耗的自适应实施方法26-27
• 2.3 污水处理系统节能降耗概念模式27-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 节能降耗指标设计与方案识别30-52
• 3.1 COD 和氨氮的总量削减电耗和运行成本30-39
• 3.1.1 范围与方法30-32
• 3.1.2 典型污水厂 COD 和氨氮总量削减电耗分析32-35
• 3.1.3 全国部分污水厂 COD 和氨氮总量削减成本分析35-39
• 3.2 总氮总磷的总量削减电耗和运行成本39-45
• 3.2.1 分析方法39
• 3.2.2 生物脱氮除磷增加电耗与成本分析39-42
• 3.2.3 化学除磷和外加碳源的成本42-43
• 3.2.4 总氮和总磷总量削减情景分析43-45
• 3.3 污水处理系统节能降耗评估与方案识别45-50
• 3.3.1 北京高碑店污水处理系统评估与识别46-49
• 3.3.2 北京清河污水处理系统评估与识别49-50
• 3.4 小结50-52
• 第4章 进水碳源高效利用研究与示范52-73
• 4.1 活性初沉池强化生物脱氮除磷中试研究52-59
• 4.1.1 试验装置与方法52-54
• 4.1.2 结果与讨论54-59
• 4.2 活性初沉池强化生物脱氮生产性示范59-66
• 4.2.1 常规初沉池改造为活性初沉池的可行性分析60
• 4.2.2 生产性试验60-66
• 4.3 基于碳源需求的分段进水研究66-72
• 4.3.1 试验装置与方法66-67
• 4.3.2 结果与讨论67-72
• 4.4 小结72-73
• 第5章 曝气系统优化控制研究与示范73-84
• 5.1 精确配水研究与应用73-79
• 5.1.1 高程测量分析73-75
• 5.1.2 水质改善分析75-77
• 5.1.3 节能分析77-79
• 5.2 基于硝化过程控制的工艺优化节能79-81
• 5.2.1 试验方法与取样位置79
• 5.2.2 氨氮沿程分布变化79-80
• 5.2.3 供气量变化80-81
• 5.3 曝气系统优化控制对水质与能耗的影响81-83
• 5.3.1 水质指标81
• 5.3.2 能耗统计81-83
• 5.4 小结83-84
• 第6章 节能降耗自适应实施分析84-90
• 6.1 污水处理系统节能降耗自适应实施框架84-85
• 6.2 进水碳源高效利用自适应实施分析85-87
• 6.2.1 节能降耗效果的系统评估85-86
• 6.2.2 自适应实施分析86-87
• 6.3 曝气系统优化控制自适应实施分析87-89
• 6.3.1 节能降耗效果的系统评估87
• 6.3.2 自适应实施分析87-89
• 6.4 小结89-90
• 第7章 结论与建议90-92
• 7.1 结论90-91
• 7.2 建议91-92
• 参考文献92-102
• 致谢102-104
• 附录 A 高碑店污水处理系统清洁生产数据汇总104-107
• 附录 B 清河污水处理系统清洁生产数据汇总107-110
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果110

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