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国内污水潜能定量计算结果首次发布

北极星环保网来源:中国给水排水 郝晓地2017/6/22 10:08:05我要投稿

北极星环保网讯:截至目前,国内尚未发现对污水中潜能进行定量计算的报道,对于污水潜能大多引用国外数据,并引发一些质疑。为此,北京建筑大学中—荷未来污水处理技术研发中心郝晓地教授团队试图通过之前已建立的能量平衡与计算模型,分别定量计算污水中蕴含的化学能与热能含量,以诠释污水潜能的蕴藏量以及可以回收利用的价值,让业内人士真正了解污水潜能的来源与丰量。

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郝晓地(1960-),山西柳林人,教授,从事市政与环境工程专业教学与科研工作,主要研究方向为污水生物脱氮除磷技术、污水处理数学模拟技术、可持续环境生物技术。现为国际水协期刊《WaterResearch》区域主编(Editor)。

污水中含有有机物(COD)化学能和余温热能,但这种潜能一直不被人们所重视。计算表明,污水所含化学能、热能理论值虽然前者小于后者,但相差倍数(3.33)不大,取决于进水COD浓度。然而,COD化学能在能量转化过程中有相当一部分并不能回收或受限于能量转化效率而不能全部转化。

对某实际污水处理厂(COD=400mg/L)潜能转化计算显示,污泥厌氧消化产甲烷(CH4)后实施热电联产(CHP)可转化的化学能折算电当量仅为0.20kW˙h/m³,只能满足实际运行耗能0.37kW˙h/m³的53.2%。因水源热泵可转换热能(全部出水,4oC温差)1.77kW˙h/m³(供热)/1.18kW˙h/m³(制冷),所以利用不到15%的出水量(供热9.8%、制冷14.7%)即可弥补46.8%碳中和运行赤字能量。总之,实例厂供热时出水热能与化学能所占总潜能值比例分别为90%和10%;折算电当量后,总潜能值为1.97kW˙h/m³。

有关污水化学能与热能计算显示,城市污水中所蕴含的潜能(化学能+热能)值可达污水处理耗能的9~10倍。同时也有人指出,城市污水中化学能约占总潜能值的10%,而90%的污水潜能由热量产生;美国原污水中废热和化学能含量约为1500亿kW˙h,其中80%为废热,20%为化学能。然而,这些被定量的污水潜能值在文献中很难找到具体的估算方法或计算有误,对大多数人来说似乎还是一个比较模糊的估计值,仍属于“定性”范围。

1污水潜能理论计算

1.1化学能计算

有关污水有机物中蕴含的化学能,一些研究者从不同角度进行过定量评估。化学能评估大都基于生活污水所含有机物的COD值,以两种方式表征:1)单位COD含能值;2)单位(m3)水量COD化学潜能值。本研究采用第二种方式计算污水有机物理论化学潜能值。污水有机物最大理论化学潜能值是指污水所含COD全部提取(不含微生物分解)并转化为甲烷(CH4)的能量值,且不考虑转化过程的实际能量损失。假如城市污水COD含量为400mg/L,所含化学能可按CH4氧化计量方程计算,见化学计量式(1)。

污水处理技术

根据公式(1),0.25gCH4氧化需要消耗1gO2。换句话说,1gCOD可以产生0.25gCH4。据此,COD=400mg/L的污水每m3可产CH4理论量为:

污水处理技术

延伸阅读:

市政污水处理工艺与污水回用利用技术研究分析

污水处理厂机电设备调试提升资源利用率分析

30种污水处理常用工艺中6大主流工艺特点介绍

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