【摘要】： 建造城市污水處理廠是解決城市水污染問(wèn)題最重要和最有效的技術(shù)措施，但由于處理設(shè)施基建和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高昂，能源消耗量大，使這一進(jìn)程在我國(guó)的推進(jìn)受到制約。城市污水處理工藝能耗能效研究雖起步較早，卻發(fā)展緩慢，特別在國(guó)內(nèi)未引起足夠的重視。迄今為止，該領(lǐng)域的基本理論、研究方法和研究框架在國(guó)際、國(guó)內(nèi)還無(wú)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。 本研究以有機(jī)污染物降解的熱力學(xué)分析和微生物能量利用的熱力學(xué)原理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)指標(biāo)與能量指標(biāo)的耦合，建立了城市污水處理工藝能量平衡分析的理論模型和能量平衡技術(shù)指標(biāo)體系的框架，提出了處理廠能效評(píng)價(jià)的方法。在該體系的指導(dǎo)下，本文對(duì)數(shù)座城市污水處理廠進(jìn)行了實(shí)例研究并提出了其中一座廠的節(jié)能運(yùn)行方案，通過(guò)生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方案的可行性與可靠性。主要工作和結(jié)論如下： (1)本文在對(duì)我國(guó)城市污水處理典型工藝能量利用現(xiàn)狀考察的基礎(chǔ)上，概括分析了國(guó)內(nèi)常見(jiàn)污水污泥處理工藝的耗能特點(diǎn)、處理廠常用設(shè)備裝置和工藝過(guò)程的耗能水平，并對(duì)直接能耗(主要是電耗)費(fèi)用與全廠運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的關(guān)系作了定性評(píng)估。 (2)本文根據(jù)化工熱力學(xué)和生物熱力學(xué)的相關(guān)理論，對(duì)有機(jī)物代謝的能量轉(zhuǎn)移、ATP在分解代謝和合成代謝中的耦聯(lián)作用等作了概括和歸納，并對(duì)細(xì)胞增殖的熱力學(xué)模型作了分析。污水處理工藝過(guò)程遵守?zé)崃W(xué)基本定律；在生物反應(yīng)器系統(tǒng)中發(fā)生的是不可逆過(guò)程，能量利用存在損失；可以依據(jù)化工熱力學(xué)和生物熱力學(xué)的基本理論建立污水處理工藝的能量平衡分析方法。 (3)本文完善了污染物化學(xué)能的概念和計(jì)算方法。按照所依據(jù)的熱力學(xué)定律，污染物化學(xué)能分為化學(xué)焓與化學(xué)(火用)。在化學(xué)能量變與質(zhì)變的不同層面上，，本文建立了污染物化學(xué)焓和化學(xué)(火用)與常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)COD和TOC的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了污染物濃度指標(biāo)與能量指標(biāo)的耦合：污水有機(jī)污染物水質(zhì)指標(biāo)與化學(xué)焓的關(guān)系為：h_(ch)=13.91kJ/gCOD，即每g有機(jī)物可測(cè)定的COD包含13.91kJ的化學(xué)焓；微生物細(xì)胞的平均化學(xué)焓含量為22.15kJ/gVSS；污水有機(jī)污染物水質(zhì)指標(biāo)與化學(xué)(火用)的關(guān)系為E_(xc)~0=13.825kJ/gCOD，即每g有機(jī)物可測(cè)定的COD包含13.825kJ的化學(xué)(火用)；微生物細(xì)胞的平均化學(xué)(火用)含量為22.605kJ/gVSS。 (4)本研究在國(guó)內(nèi)首次建立了污水生物處理單元能量衡算的黑箱模型和(火用)平衡分析的灰箱模型，這兩個(gè)模型統(tǒng)一了處理流程外部能源消耗與內(nèi)部能量變遷的表達(dá)方式。結(jié)合采用上述兩類(lèi)能量分析法(焓和(火用))考察了目前國(guó)內(nèi)常用的四種二級(jí)處理工藝的實(shí)際運(yùn)行和用能情況。焓衡算從用能結(jié)構(gòu)上剖析了各處 重慶大學(xué)博士學(xué)位論文 理廠能量形態(tài)的變化和流向，傭分析方法明確了能量質(zhì)的損耗發(fā)生的位置和 途徑。本研究提出和建立了評(píng)價(jià)城市污水處理廠能量利用和口收效率的技術(shù) 指標(biāo)體系（包括單耗指標(biāo)、綜合能耗指標(biāo)、利用率指標(biāo)和回收率指林），并對(duì) 比能耗指標(biāo)與熱效率指標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)論認(rèn)為：能量利用率指 標(biāo)較之比能耗指標(biāo)更為客觀和嚴(yán)密，有助于指導(dǎo)現(xiàn)有污水廠具體進(jìn)行節(jié)能降 耗。 K）基于上述能量分析方法，在某二級(jí)污水處理廠進(jìn)行了應(yīng)用并指導(dǎo)其運(yùn)轉(zhuǎn)方式 改造的實(shí)踐。對(duì)該廠的污水生物處理單元進(jìn)行了連續(xù)進(jìn)出水、間歇曝氣運(yùn)轉(zhuǎn) 方式的生產(chǎn)性試驗(yàn)研究。對(duì)經(jīng)試驗(yàn)后推薦的運(yùn)行工況進(jìn)行了能量平衡分析和 用能評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：能量平衡分析方法可以方便地確定能源在處理系 統(tǒng)或設(shè)備中轉(zhuǎn)化、傳遞和散逸的情況；問(wèn)歇曝氣工藝顯著提高了污水生物處 理單元的能量利用率和傭效率，其用能結(jié)構(gòu)較為合理：該運(yùn)轉(zhuǎn)方式的能耗降 低主要來(lái)自于外部傭損夫的減少，同時(shí)污泥減量明顯；連續(xù)流間歇曝氣工藝 能取得優(yōu)良的出水水質(zhì)，并具備良好的脫氮能力。
【圖文】：

電費(fèi)=旦型些-K。入一水泵、鼓風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備的電動(dòng)機(jī)功率之和(實(shí)際設(shè)備的功率)，kw;沙一一電費(fèi)單價(jià)，元/kWh;及—污水量總變化系數(shù)。當(dāng)用于計(jì)算的流量為平均日水?dāng)?shù)。蒸汽、煤、藥劑等資源消耗的費(fèi)用。有些廠將該項(xiàng)作為材福利費(fèi):各地給水排水行業(yè)的實(shí)際水平存在一定差距�；鸺爸行⌒拶M(fèi)用:按實(shí)際發(fā)生計(jì)。費(fèi)用:包括維護(hù)、行政管理費(fèi)用等。理廠運(yùn)行費(fèi)用分析99年各項(xiàng)費(fèi)用結(jié)構(gòu)如圖2.17。電費(fèi)單價(jià)為0.50元/kWh。其他乙

F19·2.18OperationeosteompositionforWWTpCinl998(s000om3zd)1999年下半年各項(xiàng)費(fèi)用結(jié)構(gòu)如圖2.19。電費(fèi)單價(jià)為0.56元/kWh。包括廠區(qū)綠化和部分基建費(fèi)用。其他大小修費(fèi)用藥劑費(fèi)工資描利19%圖2.290廠(90000:二3zd)1999年下半年運(yùn)行費(fèi)用分析.2.19operationeosteompositionforwwTP0inseeond一lalfof1999(g000om3zd對(duì)比，天津紀(jì)莊子污水處理廠1986一1992年的生產(chǎn)成本分析該廠‘在這一期間日處理污水為255497m，，電費(fèi)單價(jià)由1986年的逐年上升，到1992年時(shí)為0.2腸元/kWh。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類(lèi)號(hào)】：X799.3

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本文編號(hào)：2651089