城市污水处理厂运行能耗影响因素研究

【摘要】：本论文调取了我国现有的正在运行的1441座污水处理厂各指标数据,通过SPSS数理统计软件对数据进行多种统计方法结合统一进行处理,其中包括频数分析方法、单样本K-S检验、K-Means快速聚类法、频数分析和描述性分析、Kruskal-WallisH方法(K-W检验)、回归分析和多元回归、多变量主成分分析、交叉列联表分析等,对污水厂各水质指标能耗、单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗等水质指标进行处理,研究其内部各指标之间关系,影响能耗、单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗等水质指标的因子分析,其中包括污水厂处理工艺(A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、活性污泥工艺)、设计规模、实际排放标准、环评批复标准等因子,从而得出相关能耗、单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗等水质指标的理论参考范围。 地区间能耗值的差异,实质是污染物削减浓度的差异造成的,随COD削减浓度的增加,单方水电耗增加,单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗均下降。随NH3-N削减浓度增大,单方水电耗增加,单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗均上升。 相同工艺和规模的污水处理厂,因出水水质排放级别不同,单方水电耗和单位耗氧污染物削减电耗都随排放级别提高而增加,以上四种工艺在不同规模下均有此规律。相同工艺,相同出水标准,不同规模的污水处理厂,规模越大,能耗越小。 四种工艺,日进水规模对三种能耗相关性均呈负相关；进水COD浓度对单方水电耗和单位耗氧污染物削减电耗均呈负相关；进水BOD浓度对单位耗氧污染物削减电耗均呈正相关；除活性污泥外,进水NH3-N浓度对单位耗氧污染物削减电耗呈负相关；总磷浓度对单方水电耗和单位耗氧污染物削减电耗均呈正相关。 对不同污水处理工艺,进水BOD浓度对单方水电耗相关性有不同表现：(1)氧化沟工艺：进水BOD浓度对单方水电耗负相关。(2)A2/O工艺和SBR工艺：进水BOD浓度对单方水电耗正相关。(3)活性污泥工艺：进水BOD浓度对单方水电耗不相关。 按工艺、规模及出水环评批复分类考核单方水电耗及单位耗氧污染物削减电耗的交叉列联表分析,得到的考核方法及考核区间比较严格。按设计环评批复排水级别并不能完全反映运行实际,一是不少厂已完成提标改造,二是实际控制和管理水平对出水级别有较大影响。按实际出水等级、分规模的进行单方水电耗及单位耗氧污染物削减电耗的交叉列联表分析,统计得出考核区间,该指标考核设计由分析统计结果后提出,基本反映我国现在的管理和运行水平。按照几个区间把全国污水处理厂单位水量电耗进行统计考核,比较符合实际,能作为全国污水处理厂绩效考核分段考核的依据。特别是上下限之间增加60%分位值数据,考核方法适用性更强。 将聚类分析方法应用于污水处理厂能耗绩效的考核,宏观上不用分规模、工艺及出水标准,提出不同的考核区间、考核方法及警戒上限值。即单方水电耗大于0.375kWh/m3(共占总数的22.3%),考核不得分；单方水电耗小于0.166kWh/m3(共占总数的35.7%)考核得10分；单方水电耗在0.166kWh/m3至0.254kWh/m3考核得6至10分(共占总数的21.35%)；单方水电耗在0.254kWh/m3至0.375kWh/m3(共占总数的20.65%)考核得1至6分。这样,共有(35.7%+21.35%)的厂即57.05%的厂合格,得6分以上。警戒上限值为0.480kWh/m3。 K-Means快速聚类法确定政府监管污水处理厂运行绩效时的警戒上限值0.48kWh/m3和频数分析90%分位值的厂单方水电耗大于0.471kWh/m3值接近。频数分析90%分位值的单位COD削减电耗、单位耗氧污染物削减电耗数值2.603kWh/kg、3.249kWh/kg也可确定为政府监管污水处理厂运行绩效时的警戒上限值。按实际出水等级、分规模考核方法的考核区间较按工艺、规模及出水环评批复分类考核方法区间上下限更宽,要求降低,甚至个别单方水电耗指标接近或超过聚类分析方法警戒上限值0.480kWh/m3。 【关键词】：城市污水处理厂 单方水能耗 单位COD削减电耗 单位耗氧污染物削减电耗 频数分析 快速聚类 多元回归分析
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 国内外污水处理绩效管理研究13-29
• 1.1 国外污水处理系统运行绩效管理研究现状13-19
• 1.1.1 国外污水处理系统运行绩效管理现状分析13-15
• 1.1.2 城市污水处理系统运行绩效评价研究及进展15
• 1.1.3 标杆管理法15-16
• 1.1.4 平衡记分法16-18
• 1.1.5 关键绩效指标法18-19
• 1.2 国内城市污水处理系统运行绩效管理现状分析19-20
• 1.3 在我国污水系统绩效管理的应用和发展20-26
• 1.3.1 我国污水处理行业标杆管理体系20-22
• 1.3.2 我国污水处理行业平衡计分法指标体系22-23
• 1.3.3 我国污水处理厂节能降耗绩效评估研究现状23-26
• 1.4 城市污水处理系统绩效指标体系构建方法研究26-27
• 1.5 污水处理厂节能途径与手段27-29
• 1.5.1 提高能效的技术手段27-28
• 1.5.2 节能的新工艺28-29
• 2 运行绩效数据分布规律研究的统计分析方法和模式29-37
• 2.1 采用频数分析和描述性分析方法对绩效数据的分布特征进行研究31-33
• 2.2 政府监管污水处理厂运行绩效时的警戒上限值研究33-37
• 3 影响污水处理厂运行能耗因素的研究37-77
• 3.1 采用频数分析对全国能耗分析37-39
• 3.2 采用频数分析对不同工艺和不同规模能耗分析39-41
• 3.3 全国污水处理厂进出水浓度及削减浓度的统计分析41-49
• 3.4 全国污水处理厂不同地区污染物削减和能耗情况的统计分析49-53
• 3.5 不同规模、不同出水等级的能耗分布特征研究及绩效考核方法设计53-71
• 3.5.1 按工艺、规模及出水环评批复分类考核能耗的交叉列联表分析53-55
• 3.5.2 按规模、实际出水等级分组考核55-57
• 3.5.3 污水处理厂单位水量电耗及单位耗氧污染物削减电耗考核方法的比较57-71
• 3.6 影响污水处理厂能耗的因素71-77
• 3.6.1 采用单变量回归分析来量化实际污染物处理量和能耗之间的关系72
• 3.6.2 应用多变量主成分分析和多元回归模型研究影响能耗因素(线性拟合)72-77
• 4 50示范厂能耗指标验证数据分析及指标图77-83
• 4.1 单位水量电耗,单位耗氧污染物削减电耗77-78
• 4.2 50示范厂能耗指标得分图对比78-83
• 5 改进城市污水处理系统运行绩效水平的措施、方法和途径83-89
• 5.1 系统改进措施83
• 5.2 规划设计改进措施83-84
• 5.3 运行调控及管理改进措施84-86
• 5.4 技术改进措施86-89
• 6 总结89-91
• 参考文献91-95
• 作者简历95-99
• 学位论文数据集99

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