（环境工程专业论文）城市污水处理能量模型研究.pdf

重盎查兰要主堂垡丝奎一! 茎! 重墨 摘要 本文主要是研究城市污水处理系统的能耗状况，在了解城市污水处理厂能耗状 况的基础上，从微生物角度分析活性污泥系统能量代谢过程，提出相应的能量代 谢动力学模型，并使之最终指导设计。 本文首先对山东省五个污水处理厂能耗状况调研结果进行了分析。分析结果表 明，所调研的污水处理厂平均电耗值在o 2 6 0 k w t g m 3 左右，其中预处理占2 4 左 右，生物处理6 5 左右，污泥处理1 0 0 左右。曝气设备在污水处理厂电耗中所 占比例在4 0 6 0 之间，在污水厂总电耗中占有相当大的比例。改进曝气方式对污 水处理厂节能具有相当大的意义。 在调研基础上，研究活性污泥系统能量代谢的微观机理，从微生物的能量代谢 入手，从理论上建立能量动力学方程，得到如下三个式子： 毛= k 滢 一k 习a + 脚。x 、q 。= 击c x a + 脚。、q 。= 毒+ m 。 本次研究通过模型试验讨论了d o 对有机物降解速率的影响，证明在不同d o 条件下，有机物降解速率变化不大。在实验过程中，发现低底物浓度与高底物浓 度的降解常数q m a x 值相差一个数量级，经分析后提出能量调控模型进行修正，得 到如下调控模型。并在理论上重新推导设计方程式。 se 日2 吼一k s + s 。k s + e 试验过程中对能量动力学方程及能量调控模型进行了验证，并求得了关键参数 y t 、瞄、k e 、a 、n l n a d h 、y a t p “、m a 弹，得到了相应的动力学方程及调控模型。 能量动力学方程的意义在于给出了泥龄取值的一种理论依据，结合能量的因素， 以比能量消耗速率为中间纽带，在确定泥龄的同时也确定了处理量及进水负荷等 关键参数。 关键词：能耗，能量，能量动力学方程，调控模型，n a d h ，a t p 能量比消耗速率 茎塞盔堂蔓主兰垡笙奎 墨苎塑茎 a b s t r a c t t h ea r t i c t em a i n l yf o c u s e so r t h e e n e r g yc o n s u m p t i o np r o b l e m s ，w h i c h e x i s ti nt h e m u n i c i p a l w a s t e w a t e r s y s t e m s o n t h eb a s e o fc o m p r e h e n s i o n o ft h e e n e r g y c o n s u m p t i o np r o b l e m so fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rs y s t e m s ，as o r t o fe n e r g ym e t a b o l i z e m o d e li s b r o u g h tf o r w a r d ，w h i c ha n a l y s e s t h ec o u r s eo fa c t i v a t e d s l u d g ee n e r g y m e t a b o l i z ef r o mt h ea s p e c to fm i c r o o r g a n i s m a n df i n a l l yt h em o d e lw i l lb eu s e dt o g u i d e t h ee n g i n e e r i n gd e s i g n f i r s t l y , t h ea r t i c l ea n a y s e st h ee n e r g ys u r v yo f f i v ew a s t e w a t e rp l a n t si ns h a n d o n g p r o v i n c e t h er e s u l t si n d i c a t e ：t h ea v e r a g ev a l u eo fe l e c t r i c i t ye n e r g yc o n s u m p t i o no f t h ep l a n t ss u r v e y e di so 2 0 6 k w h m 3 ，a m o n gw h i c ht h ep a r to fp r e - d i s p o s a lo c c u p i e s 2 4 ，b i o l o g i c a l6 5 ，s l u d g ed i s p o s a l1 0 t h ea e r a t i o ne q u i p m e n to c c u p i e s4 0 - 6 0 e n e r g yc o n s u m p t i o n ，w h i c hh o l d s ac o n s i d e r a b l e p a r to fe l e c t r i c i t ye n e r g yc o n s u m p t i o n ， t h e r e f o r , i ti ss i g n i f i c a n tt oi m p r o v et h em a i l t l e ro fa e r a t i o n o nt h eb a s eo ft h es u r v e y , t h ea r t i c l ed i s c u s s e sm i c r o - m e c h a n i s mo fa c t i v a t e d s l u d g ep l a n te n e r g y m e t a b o l i z ea n db u i l d su p e n e r g y k i n e t i c se q u a t i o n sa sb e l o w ： 毛= y d 出s ) 一k 司a + 地一x 、= 瓦1 a + 钵。、吼。= 毒+ 。 t h ea r c t i a ld i s c u s s e st h ei n f l u e n c et o d e c o m p o s i t i o nv e l o c i t yr e c e i v e df r o md o ， w h i c h p r o v e s t h e r ei saf e w c h a n g eo fd e c o m p o s i t i o nv e l o c i t yu n d e rd i f f e r e n td o l e v e l d u r i n gt h ee x p e r i m e n t , w ef i n dt h e r ei sal e v e ld i s c r e p a n c yo ft h ec o n s t a n tq m a xu n d e r h i g hc o n c e n t r a t i o na n dl o wc o n c e n t r a t i o n a f t e ra n a l y z i n gt h ep r o b l e m ，w ea d v a n c ea n e n e r g yd o m i n a n tm o d e l ，w h i c hi su s e d t om o d i f yt h ec o n t r a s to f t h ec o n s t a n t t h em o d e l b e l o wi sa l s ou s e dt od e d u c tn e w d e s i g ne q u a t i o n s s置 q 2 q m “i 一。i 珏 t h ee x p e r i m e n tv a l i d a t e st h ee n e r g yk i n e t i c se q u a t i o n sa n dt h ee n e r g yd o m i n a n t m o d e l i ta l s oe v a l u a t e st h ev a l u eo f c a n s t a n t y t 、k j 、k e 、a 、m n a d h 、y a t p l “、m a t p t h e s i g n i f i c a n c eo ft h ee n e r g yk i n e t i c se q u a t i o n si st op r e s e n tak i n do ff o u n d a t i o no f c o n f i r m i n gs r t t h ee q u a t i o n st a k ee n e r g yi n t oa c c o u n t ，a n dt a k e s p e c i f i ce n e r g y c o n s u m p t i o nr a t i oa sab r i d g eb e t w e e ne n e r g ya n ds u b s t a n c e a tt h es a u et i m e ，i t i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 e v a l u a t e st h eq u a n t i t yo f d i s p o s a la n d i n f l u e n to r g a n i s ml o a d k e yw o r d s ：e n e r g yc o n s u m p t i o n ，e n e r g y ，e n e r g yk i n e t i c se q u a t i o n s ，d o m i n a n tm o d e l n a d h ，a t p , s p e c i f i ce n e r g yc o n s u m p t i o n r a t i o i i i 重盎盔堂堡主堂些笙兰j 塑查 1概述 污水处理是能源密集型综合技术。污水处理的能耗与所处理的污水水量、水质、 处理方法、处理程度及操作运转方式有关。概括而言，用于污水处理的能耗大多 耗费于某些主要污染物的处理，尤其是有机物的稳定化、无害化。污水处理的能 耗可按用途分为赢接能耗和间接能耗。直接能耗定义为污水处理工艺过程现场消 耗的能源，如电能、石油能源消耗；而间接能耗指生产处理过程中所用的原料、 建筑材料等的能耗，如处理药剂、基建材料中的能源。本节所讨论的能耗主要指 直接能耗。 城市污水处理厂的能耗集中在这几个方面：提升污水和污泥：生物处理的供 氧和推动混合；污泥的稳定和处理：专用机械设备的耗能；附属建筑、厂区的照 明等。城市污水处理厂消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源，其中电 耗占总能耗的6 0 9 0 ，具体电耗分布情况因工艺和管理水平的不同而有所差 异。下文考察国内常见污水处理工艺的能量利用特点以及处理厂各工序主要构筑 物的能耗水平，并对常用设备的装机容量和实际利用容量状况，并对直接能耗( 主 要是吨水电耗) 费用作定性评估。 1 1 城市污水处理厂的能耗状况调查 据初步统计瞳3 “4 ，到2 0 0 0 年底，我国已建成城市污水处理厂4 2 7 座，其中 二级生化处理厂2 8 2 座，污水生化处理总规模已达到1 4 7 5 万i n 3 d 。目前在建的污 水处理厂还有3 0 0 余座。然而，国内还从未进行过城市污水处理厂能量利用现状 和能量需求与回收的专项调查。个别污水厂的能耗情况常散见于各类文献，仍然 存在着评价标准不一、数据可靠性差等问题，要达到指导污水厂的建设和运行管 理的目标还有距离。美国早在2 0 世纪7 0 就已由权威部门对城市污水处理公共设 施( p u b l i e o w n e d t r e a t m e n t w o r k s ，p o t w s ) 进行了能耗调查1 9 1 提供了计算当时 不同处理规模和处理程度的能耗能效水平的通用数据。鉴于目前的发展速度和水 平，在我国开展这项工作是必要和紧迫的。 基于本研究的广度和深度，未进行全国范围内污水处理厂的能耗状况调查。调 查范围仅限于数座采用常见工艺的污水厂，调查目的在于提供能量平衡分析的基 础数据并反映该污水厂的典型能耗水平。 1 1 1 所调研的各处理厂概况 污水处理厂a 位于山东省某市，采用侧沟式一体化氧化沟工艺。工程一期设 计规模为目处理量2 5 万m 3 d ，二期设计规模5 万m 3 d ，按一级处理排放标准( 污 重庆大学硕士学位论文1 概述 水综合排放标准) ( g b 8 9 7 8 8 8 ) 设计。设计总停留时间1 6 h ，氧化沟的总有效容 积为8 5 0 0 m 3 ，沟内有效水深为4 1 m ，单沟宽1 0 5 m 。设计污泥浓度 m l s s = 4 0 0 0 m g l ，设计泥龄3 0 d ，污泥负荷f m = 0 0 4 6 k g b o d 5 ( k g m l v s s d ) 。 设计进出水水质见表2 1 ，实际进水水质状况见表l 一2 。a 厂的主要工艺流程如图 1 1 。 进水- 亘匿匿医旦耍耍卜吐堑噩蔓厦亟堕 e l 亘量塑! i ! 卜一出水 图1 1 污水处理厂a 工艺流程图 f i g 1 1f l o wc h a r t f o r w a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t a 表1 1 设计进出水水质 i项目 b o d 。c o d c r s s n h ，nt p ( m g l )( m e j l ) ( m g l )( m g l ) ( m g j l ) l 设计进水1 8 03 5 02 5 0 3 54 l 出水值2 06 02 0 1 5 lo 表1 2 实际进水水质 l 项目 b o d 。 c o d o rs s n h 3 - nt p ( r a g l ) ( m g ，l )( m g l ) ( m e l )( m 扎) l范围4 0 5 1 2 0 08 0 0 一3 8 8 4 1 4 6 - - 1 0 7 7 3 7 5 9 8 o2 1 3 1 12 3 i 平均值6 0 2 81 5 5 9 7 3 8 0 45j2 7 0 2 处理厂a 各工序主要构筑物和机电设备可见表1 3 。 表1 3 处理厂a 主要构构筑物和设备览 序号构筑物 设备 设备功刊数量参数 设计功率实际功率 百分比 i删贮埋 l 格栅问 回转型机械格栅2 22 g h 一0 9 x 6 64 4 4 4 2 污水泵房潜水捧污泵 4 52 b = 8 4 0 b = 2 5 9 04 5 3 电动葫芦 3 5 0 0 、v ，7 0 0 i 0 4 5 o 4 启闭机 m d ，2 一妨 0 5 细格栅 回转型机械格栅l52 l q d 4 型手动电动式33 1 5 1 4 漩流除砂机07 52 g s h z 一9 0 0 i 5l5 6沉砂池 砂水分离器2 b = 9 0 0 ，b = 5 空气压缩机32 y r s f x 1 8 66 合计 1 0 49 5 9 9 i i 7 厌氧池 水下搅拌罂2 22 q j b 22 8 - - 3 2 0 3 7 4 0 s 4 44 4 罂气转盘3 08 z p 一9 一1 4 0 0 2 4 02 4 0 7 6 9 4 8 氧化沟 水下推动器756 q j b 4 ，2 2 5 0 0 ，2 4 2 伊 4 54 5 回流泵 7 ，52 3 5 0 0 z 一7 0 d a 1 51 5 2 重庆大学硕士学位论文 l 概述 台计 3 0 4 43 0 4 4 i l i污泥处理 9 集泥池 ld = 8 0 0 0h = 3 0 0 0 带式浓缩压滤机4 3 id n y l 5 0 0 一n434 _ 3 无轴螺旋输送机1 5 lw l $ 3 2 01 5l _ 5 溶解罐、溶药罐0 7 5 10 7 507 5 浓缩脱水计量泵 o 5 5 l q = 0 5 m 3 h 05 505 5 1 079 2 机房 立式排污泵 1 521 0 0 w l 9 0 2 6 一1 53 01 5 立式离心泵7 ，52k l 5 0 - - 2 0 0 ( i )1 57 5 管道静态混合器0 7 5 1g h 一2 5 007 507 5 电磁流量计l 1d n l 5 0ll 合计5 38 53 1 3 5 总计4 6 3 1 53 9 5 6 51 0 00 。4 设备利用率8 5 4 吨水电耗0 3 7 803 2 3k w t d m 3 每天耗电量1 1 1 1 569 4 9 56 k w h m 3 吨水电耗0 2 8 002 3 9 元a 污水处理厂b 也位于山东某市，原一期设计规模为2 2 5 万m 3 d ，二期设计规 模为4 5 万一d 。该厂采用传统活性污泥法，设计进出水水质见表1 4 。污水经格 栅后进入纵向水力旋流沉砂池，经平流式初沉池进入曝气池。曝气池为内循环柱 塞反应池，这种池型类似于氧化沟，每池分为四格，污水受曝气器产生的旋流推 移循环。曝气设备采用射流喷射器，该喷射器用回流污泥和曝气池中的混合液的 混合污水与池底喷出的压缩空气相混合，属于微一中气泡系统。二次沉淀池为平 流式沉淀池。剩余污泥由二沉池排出，用泵送至预浓缩池浓缩后进入消化池。消 化池采用中温消化，用安装在池顶的回转搅拌器搅拌。消化后污泥进一步浓缩， 最后用带式压滤机脱水。该厂的工艺流程图见图1 2 。 图1 2 处理厂b 工艺流程图 f i g i 2f l o wc h a r t f o r w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t b 3 重壅盔堂堡主兰垡鲨塞上! 垡 表1 4b 厂设计进出水水质 l项目 b o d c o d “s s n h ，j n t p ( m g l )( m 窖，l ) ( m e l )( m g l )( m g l ) 设计进水 1 8 03 5 0 2 5 03 5 4 出水值 2 0 6 02 01 5 1 0 处理厂b 近年运行情况见表l 一5 。 表1 5 近年运行情况 项甘埘间 2 0 0 2 芷2 0 0 1 笠2 0 0 0 盆1 9 9 9 在 b o d ；( 进，出水)1 2 5 7 3 7 5 4 0 66 96 3 6 8 1 5 7 0 4 1 1 1 3 c o d ( 进出水)6 l 犹7 92 5 1 2 7 9 2 1 8 3 1 72 0 2 ，3 82 s s ( 进出水)6 2 倒2 43 0 5 2 5 2 0 6 ，2 41 4 2 1 2 0 n i l 3 - n ( 进，出水) 2 8 9 0 32 82 31 3 5 4 22 2 8 4 6 9 1 t n ( 进出水)4 5 6 7 1 4 6 23 0 6 0 ，2 33 0 3 0 6 6 1 8 6 9 t p ( 进础水)7 7 0 ，1 5 5 2 6 6 n 4 13 ，7 3 2 2 7 b 厂主要构筑物和机械设备见表1 - 6 。 表1 处理厂b 主要构构筑物和设备览 数配用设i 设计功 各注 实际利 序号构筑物设备参数 备功率i 率用功率 功率百分比 量 i 预处理设计实际 l 格栅间机械格栅 2 栅距b = 2 5 m m 366 进水泵 空压机 4o 10 40 4 0 = 1 4 0 6 m 3 h ，h 8 用2 各2 1 7 2 65 2 无阻螺旋叶轮 = 1 4 m 7 57 5 06 0 0 站 1 0 潜水泵 除砂桥启动电 纵向水 机 2 o 2 50 50 2 5 3力漩流 除砂泵( 潜水 4 q = 3 0 r a z h , h = 1 56 3 用1 各目 泵)2 m前运行2 台 3 沉砂池 水力漩流泵 3 q = 9 0 0 m ，h h 2 26 6 目前运行2 ( 潜水泵)= 7 m 4 4 合计8 2 8 96 5 3 6 52 4 0 2 8 9 1 1一级处理 初沉池 副拢桥驱动电 440 1 30 5 201 3 配水渠机 污泥抽吸泵 2 q = 1 5 m 3 ，h ，h = ( 潜水泵)4 m 151 1 21 1 2 初沉池 摊混泵( 潜水 q = 3 s m ，h h = 5 21 51 1 2l l 2 泥斗 泵)6 m 刮泥机驱动电 机 41 45 65 6 刮泥挡板驱动 6初沉沲4 l566 电机 初沉池 q = 1 0 0 m j h h 7 污泥泵2751 51 5 泵站= 1 2 m 合计4 9 5 24 91 3 1 4 2 2 i i i l 二级处理 4 重鏖奎兰堡主兰垡丝茎! 塑垄 射流喷射器 4 4 8o0o 8曝气池 助推泵( 潜水n ： 泵) 27 51 5 01 5 0 2 2 k 9 0 2 k w h 刮泥桥驱动电 机 40 1 8o 7 20 ，7 2 二沉池 q = 1 5 一h ，h = 9 污泥抽吸泵 2 1 533 配水渠4 m 剩余污泥排放 阀驱动电机 20 3 70 7 4 0 7 4 纵向刮泥桥电 机 81 41 1 21 1 2 1 0二沉池 刮泥挡板驱动 电机 8 151 21 2 回流污泥泵 q = 1 6 0 0 m 3 h ，h 回流污( 潜水泵) 67 54 5 0 4 5 0 1 1 = 1 0 9 m 泥泵房 剩余污泥泵 q = 2 0 0 m 3 1 1 ，h 1 3 1 2 0 0 ( 潜水泵) 2 5 51 l1 l = 7 m q = 6 6 8 0 m 1 h ，p5 用2 备( 目 罗茨风机72 0 01 4 0 0 4 0 0 = 7 3 0 m b a r 前启用2 台) q = 3 0 0 0 m 3 ( 最 鼓风机 旋转活塞型鼓大6 5 2 8 m 3 h ) ， 罗茨风机的 5 2 3 1 3 5 5 8 1 2 2 2 0 04 0 0 4 0 0 房风机 5 2 0 r p m ( 最大启动风机 9 0 0 r a m ) 调节范围1 v r 1 2 变频器2 00 o 5 0 8 7 h z 3 8 0 ，4 0 l - s 合计 2 4 3 8 7 1 4 3 8 77 0 5 6 3 6 污泥处理系统 污泥前栅条式浓缩机2 0 8i 61 6 1 3 浓缩池 栅条式浓缩机2 0 81 6 1 6 污泥后管廊室偏心螺 q = 3 1 4 34 1 21 2 浓缩池杆泵 2 2 m h ，h = 6 0 m 消化池 3 用1 各，消 1 5 投配单 偏心螺杆泵4 q = 2 7 m ，h h = 兀 4 0 m 7 53 0 化池污泥投2 2 5 配泵 消化池搅拌电 机 3 3 0 污泥消 能力：o = 自投产后运 1 6 双室脱硫器1 1 851 85 行不佳，现已0 化池 3 0 0 m o h 脱硫器再生鼓 停用 风机 l q = 5 0 0 m 3 h 0 80 8 0 污泥加 q = 1 2 6 m h 17 污泥循环泵4 5 52 2 3 用1 各1 6 5 热单元= 5 5 m 带式压滤机3b = 2 0 m 2 26 6 6 6 p 丑。= 1 0 b a r ， 空气压缩机3 0 82 4 2 ，4 q 1 6 0 l m i n 带式输送机2 4 。2 ，22 目前启用2 2 污泥脱 污掘搅拌杌3 1l 33 台用于带的 3 3 1 8 水间 药荆搅拌机2 q = 1 2 6 m 饥h 启动 3 = 5 5 m l5 3 加药泵3b a r 0 82 4 2 4 q = 2 0m 3 h , h = 工作用水泵3 l l 3 3 3 3 6 2 m 5 重庆大学硕士学位论文1 概述 燃烧能力： 沼气锅炉2】3 0 02 6 0 01 3 0 0 5 4 2 m 3 h p 耐。= 2 0 m b a r 功 燃烧器22 6525 2 奉3 0 0 - - 1 7 5 0 k w 热水循环给水 q = 4 7 m 3 h h = 泵 4393 1 9热水站 78 m加热锅炉3 o = 9 0m j m ，h = 用1 各 消化池循环泵 222 22 2 2 3 m q = l0 m 3 m h 热水脱硫泵 l0 0 800 8 0 0 8 = 3 m q = 4 5m 3 1 1 h = 锅炉泵 2o 7 l41 4 i2 m 沼气燃沼气燃烧器 l 功率3 6 0 0 k w ， 2 0 5 5 0 m 3 h 11 烧器 火柜阀电机l0 6o 6 0 6 合计1 4 2 5 8 1 2 0 3 84 1 5 3 共计3 4 5 9 7 2 2 6 1 8i 0 0 0 1 0 0 0 9 6 设备利用率6 5 4 吨水电耗0 3 1 4k w h m 3 0 2 0 5k 、m h r r l 3 扣除沼气回收利用后电耗3 4 4 0 8k w 2 2 4 8 3k w 每天耗电量7 0 1 9 2k w d 4 5 8 6 6k w 坩 吨水电耗0 3 1 2 k w h m 30 ，2 0 4 k w 1 d m 3 处理厂c 位于山东某市，设计日处理量为2 0 万1 1 1 3 d ，由于管网的配套问题， 实际处理水量为1 2 万1 1 1 3 d 。设计进出水水质和实际进出水水质见表1 - 7 和表1 - 8 。 表1 7 c 厂设计进出水水质 表1 8 c 厂实际进出水水质 采用d e 型氧化沟工艺，通过改变进出水顺序和曝气转刷的转速使两沟交替在缺氧 和好氧条件下运行，该工艺以4 h 为一个运行周期： 阶段一： 污水进入沟i ，沟i 内转刷低速运转，沟i i 内转刷高速运转，沟i 出水堰关闭， i i 出水堰开启并排水。沟i 为缺氧区，进行反硝化脱氮，沟i i 为 好氧区，进行硝化。该段历时约1 5 h 。 6 垩鏖查兰堡主兰垡堡皇j ! 垦l 堕 阶段二：污水进入沟i ，沟i 与沟i i 内转刷均高速运转，沟i 出水堰关闭，沟 j i 出水堰开启并排水。沟i 和沟i i 均为好氧区，进行硝化a 该段历时约0 5 h 。 g # g t - - ：污水进入沟i i ，沟i 内转刷高速运转，沟i i 内转刷低速运转，沟i 出 水堰开启并排水，沟i i 出水堰关闭。沟i 为好氧区，沟i i 为缺氧区。该段历时约 1 ，5 h 。 阶段四：污水进入沟1 i ，沟i 与沟i i 内转刷均高速运转，沟i 出水堰开启并排 水，沟出水堰关闭。沟i 和沟均为好氧区。该段历时约0 5 h 。 该厂的工艺流程图见图1 3 。 囊h ；h 蓉 她 i 悼 盘j l u 厂 扣药消毒 ；m；h | | 连# 一l 律矗i 【一 f 泵房l 抖 际赢1 图1 3c 厂工艺流程图 f i g ，1 3f l o wc h a r t f o r w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p i a n t c c 厂主要构筑物和机电设备见表1 - 9 。 表1 9 处理厂c 主要构构筑物和设备览 数功设计功实际利 序号构筑物设备参数型号各注 量 盘窒 用功率 i预处理 粗格搬3g l t 9 0 01 t3 33 3间隙2 0 m m l格栅问 处理前含水率9 5 9 5 螺旋压榨机 1l y 3 0 02 2222 2 ，处理后5 0 5 5 2 进水泵站潜水排污泵 8 3 5 0 1 7 0 0 - 1 5 5 1 l o w 0 1 1 08 8 02 6 586 用2 各 细格栅3s z l j 一2 2 0 0 5399间隙5 m m 3 纫格栅房螺旋输送机1l s w 一3 2 0333 栅渣压实机 lj 2 i s 3 0 0222 22 2 旋流沉砂嚣4x l 2 x - 0 1 21 5 66 4钟式沉砂池 吸砂泵 23 2 c ，a h488 合计9 1 3 2 9 95 i ii 生物处理 鼬向推动力1 6 3 0 n 单 5厌氧池搅拌器8a m a m i x3 ，62 982 44 8 台实际功率1 9 b k w 6氧化沟 曝气转剧 3 2b l 艮9 04 51 4 4 0 2 8 1 8 81 台停用其余交替运行 7 茎壅奎兰堡主兰垒笙奎 ! 垫垄 4 5 3 3 2b l r 9 11 4 4 03 l l6 2 台停用其余低速运行 0 推动器 3 22 58 06 7 4 2 直径2 0 5 0 m m 7回流泵房潜污泵83 0 0 1 4 0 0 - 1 1 7 57 56 0 01 2 36 用2 备 合计功率3 5 8 8 88 0 8 3 8 i l l 污泥处理 9 一机、挹 刮泥机4z x 0 - 5 4562 2 41 1 2 1 0浮渣泵房 污泥泵 4 5 0 w q 3 0 - 1 5 1 564 8 1 1剩余污泥泵污泥泵3 8 0 w q 7 0 7 - 4 41 26 4 2 用1 各 管道污泥切碎机 l s e e p e x l l 0 1 5 0 1 - l f2 4 - 1 7 57 56 污泥浓缩转鼓 2a f m e g a 污泥浓缩转鼓 1533 絮凝反应器 10 2 50 2 5o2 5 污泥浓缩脱水 循环与清洗系统 12 22 2 22 1 2 进科泵 2 s e e p e x 2 0 0 - 6 l b n 3 06 04 2 机房 排放泵 2 s e e p e x 5 5 - 6 l b nl l2 21 5 4 浓缩机投药泵 1 s e e p e x l - 6 l b n0 3 703 70 3 7 脱水机投药泵 1 s e c x l 6 l b n0 5 50s 50 5 s 离心污泥脱水机 2 a v n x 4 5 6 5366 合计功率1 4 22 7 9 81 7 合计总功率4 6 4 4 7 7 1 2 0 6 ，0 5 设备利用率 2 5 9 7 每天耗电量 9 4 7 5 3 32 4 6 0 34k w ，d 吨水电耗0 4 7 4 0 2 4 lk w h m 污水处理厂d 位于山东某市，设计规模日处理水量为1 4 万m 3 d ，因该厂处于 设备维修更换期间，实际运行2 0 万m 3 d 。该厂主要处理以工业废水为主的城市污 水，进水污水水质浓，变化幅度大，处理难度高，采用a b 工艺。设计进出水水质 和实际进出水水质分别见表2 一1 0 、2 1 1 。污水经粗细两道格栅和泵房提升后，进入 曝气沉砂池，之后进入a 段。再经中间沉淀池进入b 段。剩余污泥间歇排放。该 厂是目前国内最大的采用a b 法的城市污水处理厂。d 厂的工艺流程图见图1 4 。 图1 4d 厂的工艺流程图 f i g 1 ，4f l o wc h a r t f o r w a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t d 8 霎室盔堂堕主堂垡垒奎1 _ ! 查 表1 1 0d 厂设计进出水水质 l项目 b o d 。c o d c r s st k n l ( r a g l )( m e l ) ( m g l )( m 只，l )l i 设计进水 2 0 0 2 2 55 0 0 6 0 0 2 5 0 - - 2 8 06 0 l l出水值2 0 6 02 01 5 ( n i l 3 - - n ) l 表1 1 1d 厂实际进出水水质 l项目b o d 5 c o d c rs sn i l ，- n t p ( r a g l )( m g ，l )( m z t ) ( m g c l )( m e - l ) i进水4 0 0 - - 5 0 01 2 0 0 1 3 0 0 1 0 0 0 5 02 0 3 0 l出水2 02 0 03 0 - - 4 0 5 21 0 污水处理厂d 各工序主要构筑物和机电设备见表1 1 2 。 表1 1 2 处理厂d 主要构构筑物和设备一览 数设备设计实际利 序号构筑物设备参效型号备注 量功率功率用功率 i预处理 l1 # m 1 5 0 0 151 5 15 l 格栅间粗格栅间隙4 0 m m l2 # g l l 7 0 022222 2 3 6 0 0 q 1 1 8 0 7 1 2 a - 1 1 5 1 1 53 4 5o 2进水泵站潜水排污泵 2s l z w1 1 02 2 01 1 0 细格栅2m d 2 9 d 4 48 8 88 间隙1 5 m m 1 用 3 细格栅房 电动葫芦 lf r h r 一0 06 66 66 6 l 各 吸砂泵2 1 0 0 q w l 0 0 8 4 488 a 曝气沉砂池 l3沉砂池风机与鼓 风机 1 4 0 7 - 0 0 7 a d3 0 01 5 63 9 风机房统一通风 合计6 0 7 ，71 4 1 i i生物处理 1 1 7 数量以通气百分 ，a 段曝气池风机1 4 0 7 一嘲国3 0 01 4 1 43 5 3 4 8 比表示 8 69 数量以通气百分 6b 段曝气池 风机1 4 0 7 - 0 0 8 a d 3 0 01 0 4 3 2 6 07 蚴 比表示 7 鼓风机房风机41 4 0 7 - 0 0 9 a d3 0 01 2 0 03 0 0 1 台启用 8a 段回流泵 潜污泵 3 5 0 0 q z - 1 0 0 2 2 2 26 6 2 2 9b 段回流泵 潜污泵36 0 0 q z - 1 6 0 g4 51 3 54 5 合计3 8 5 1 6 3 6 3 0 4 i i i污泥处理 1 0 中沉池刮嚣机2 z x q - 5 5 0 7 51 50 7 5 1 1 二沉池刮泥机4 z x o - s 5 0 7 530 7 5 1 2a 段剩余污泥泵 污泥泵 2 e 8 k - - h d ( 奥地利) 15 3 01 5 】3 b 段剩余污泥泵污泥泵2d 3 k - - m ( 奥地利)551 i 55 1 4 重力预浓缩池棚条式浓缩机20 40 80 4 进泥泵2d 5 k m ( 奥地利)4 89 648 1 5 污泥消化池 循环泵3e s k s s ( 臭地利)1 54 51 5 9 重鏖奎堂堡主兰垡堡奎 一 ! 塑堕 增压泉3v 0 9 1 0 6 0 3 k ( 奥地利： 7 02 1 07 0 1 6后浓缩池栅条式浓缩机 20 4o 8 04 冲洗水泵 22 2442 2 离心进泥泵 47 53 07 5 进泥泵 341 2 4 离心捧泥泵 31 8 55 5 51 8 5 】7 脱水机房 输送泵 l1 851 8 51 85 沼气锅炉房 1i o51 0 51 05 溴化锂机房l7 5 87 5 87 5 8 冷却水循环泵21 8 53 71 8 5 冷水循环泵21 53 01 5 合计5 5 5 42 8 3 1 总功率2 5 4 8 2 67 8 7 1 4 设各利用率3 97 2 0 a 吨水电耗o 3 7 107 1 1 3 k w h m 3 ( 有消化1 每天耗电量2 2 8 43 0 9 k w h d ( 无消化1 吨水电耗0 3 3 30 ，7 1 1 3k w h m 3 污水处理厂e 位于山东某市，原一期设计规模为4 万m 3 d ，二期设计规模为8 万m 3 d ，按二级处理排放标准设计。生物处理部分采用侧沟式一体化氧化沟。设 计进出水水质和实际进出水水质分别见表1 1 3 、1 。1 4 。该厂的工艺流程图见图1 5 。 其中虚框部分回用水处理属于待建项目，其能耗值未考虑在内。 图1 5 e 厂的工艺流程图 f i g ，1 5f l o w c h a r t f o r w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t e 表1 1 3 e 厂设计进出水水质 i 项目 b o d 5c o d c rs s n h r nt p ( 呲t )( m g ，l )( m 2 几) ( r a g l )( m g l ) i 设计进水2 0 04 0 0 2 0 03 54 i 出水值3 01 2 03 0 2 51 0 1 0 重塞查兰堡主兰堡婆苎上j ! ! 鲞 表1 1 4e 厂实际进出水水质 i 项目 b o d ；c o d c f s sn h ：n t p ( r n v 扎)( m g ，l )( m l ) ( m l ) ( m d l ) l 进水均值 1 0 081 5 2 71 9 8 3 2 23l9 6 l 出水均值 1 2 84 6 4 2 6 21 720 3 5 处理厂e 各工序主要构筑物和机电设备见表1 - 1 5 。 表1 1 5 处理厂e 主要构构筑物和设备一览 1 2 各污水处理厂的能耗结构分析 1 2 1 处理工艺过程的用能负荷分析 根据各污水处理厂设备一览表，可作图分析各工艺过程机械设备的安装容量与 实际利用容量的情况，见图1 6 图1 9 。图中横坐标为各厂所涉及的工艺过程， 纵坐标为各类电机的容量负荷。由于设备备用的技术要求，各厂实际利用的用电 重室查兰耍主兰丝笙兰l i 墨型兰 负荷通常要低于其安装总容量；在进水流量低于设计流量时，设备的负荷率就更 低。图中的实际容量为对应进水流量的用电负荷。通过分析比较可以确定处理厂 用电负荷集中的工艺工段。这些过程和操作通常也是污水处理厂节能研究的主要 对象。 a 、e 两厂均属于流程短、处理设施简单的工艺，其用电负荷以二级处理系统 最高。a 厂在调试运行期间由于受到高浓度有机废水冲击，一度出现高粘性污泥 膨胀，进水流量也只有设计值的一半，提升污水一部分溢流。虽然进水流量低， 进水负荷仍然很大，所以设备满负荷运行，其设备利用率较高，为8 5 4 。二级 处理的曝气系统用电负荷占全厂的6 0 7 。e 厂目前已达到一期设计流量，污水提 升泵备用两台，但设备利用率仍较a 厂高，为8 8 8 。曝气系统占全厂用电负荷 的5 0 4 ，污水提升占2 5 2 。 b 、d 两厂工艺流程较长。其中b 为传统活性污泥法改建为射流曝气氧化沟。 d 厂为a b 工艺。两厂均有污泥消化，且均为鼓风曝气。图中给出了主要处理单元 的装机容量和实际利用容量。b 厂各处理单元装机容量按由高到低的顺序排列为： 鼓风机房、污水泵房、回流污泥泵房、曝气池、漩流沉砂池、污泥脱水间、污泥 消化池、消化池投配单元。其实际利用容量排列顺序相同。鼓风机房实际利用容 量占全厂的4 5 4 ，污水泵房占2 1 1 ，两者之和超过了全厂的6 0 。按预处理、 一级处理、二级处理、鼓风机房和污泥处理工段划分，各部分用电负荷占全厂实 际利用容量的比例分别为2 1 1 、2 5 、2 5 2 、4 5 4 、5 8 ，以鼓风机房和 二级处理部分最高。b 厂目前处理水量不足设计规模的1 2 。冬季甚至低于1 3 ， 造成部分设备闲置。曝气池、污水泵房及回流污泥泵房等高负荷用电单元实际利 用容量大大低于装机容量。实际设备利用率仅3 7 8 。 d 厂是国内较早利用a b 法处理城市污水的处理厂。实际利用容量从高到低的 顺序为：鼓风机房、污泥消化池、脱水机房、b 段回流泵、a 段回流泵、曝气沉砂 池、格栅间。按预处理、生物处理和污泥处理工段来区分发生负荷的工段，则各 个工段占全厂实际利用负荷的比例分别为：1 7 9 、4 6 1 、3 6 。即生物处理工 段占比例最高，但污泥处理也占了相当大的比例。由于d 长处于设备维修更换阶 段，实际设备利用率相当低，仅3 8 9 。总观该厂耗电单元，主要集中在风机、 进水泵、回流泵、搅拌器等设备。 c 厂为d e 型氧化沟，由于管网配套未跟上，该厂未达到设计流量。并且由于 存在双沟交替运行，设备( 主要是曝气设备) 未满负荷运行。各单元用电负荷按 由高到低的顺序为：曝气转刷、进水泵房、回流泵房、水下推动器、污泥浓缩脱 水机房、钟氏沉砂池、格栅间。该厂设计配置转刷共6 4 台，分4 阶段高低速交替 运行。设计转刷装机电耗2 8 8 0 k w h ，但实际利用只有5 9 3 5 k w h 。实际上，同s b r 1 2 重庆大学硕士学位论文1 概述 类似，d e 型氧化沟存在着容积利用率的问题，在双沟交替运行时，实际的利用容 量大大低于装机容量。尽管曝气转刷高低速交替运行，但其电耗值仍占全厂的4 9 | 2 ，加上回流泵房和水下推动器，生物处理电耗值占全厂的6 7 。c 厂的实际用 电容量占装机容量的3 0 9 。 从以上分析可以得出一些共性的认识： ( 1 ) 城市污水处理厂用电负荷以曝气系统最高，其次为污水提升系统； ( 2 ) 污水处理厂实际进水流量和运行方式对设施和设备的充分利用有很大 影响。 ( 3 ) 污水处理厂的运行方式对其电耗也有重要影响。