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污水处理厂能耗评估与优化现状

北极星环保网来源:工业水处理 李云2018/10/30 10:22:53我要投稿

2能耗基准

由于污水处理能耗较高,对污水处理划定能耗基准有助于帮助污水处理厂建立合适的能耗评价体系,进一步降低能源消耗。确定能耗基准的方法比较多,大致可以分为归一化方法、统计学方法、编程技术三类。

1 归一化方法

使用归一化方法划定能耗基准应用特别多,主要是因为该方法比较简单,结果通俗易懂,但其依赖于大量污水处理厂的样本分析。为了在不同的污水处理厂划定能耗基准,需要一定的评价指标,比如以服务人口量为标准、以处理单位水量为指标或以污染物的去除量为指标等。

但是单一的评价指标过于简单,并且应用的前提是假设所有的污水处理厂在污水处理类型、规模、地理位置都是一个度量标准。单一的评价指标只适合于污水处理厂不同功能的单个处理环节。

L. B. Yang等在2006年对中国599个污水处理厂运行和能耗数据进行统计分析,最后采用7个三水平的能耗指标建立了能耗基准线。将建立的这一能耗基准线对3个污水厂的能耗进行评估,结果发现适应性比较好,能达到节省能耗、提高能源效率的目的。通过能耗基准的划定,3个污水厂在曝气方面节省能源效果显著。

C. Belloir等对英国2座具有初级处理、二级出水和深度处理的污水处理厂建立了能耗基准。结果发现,找到能耗最高的设施能有效提高能耗基准划定的效率。建立能耗基准需要对污水厂有全面的认识,需要知道污水厂出水水质参数、现场操作情况和污水厂工程布局。

利用单一或多个评价指标进行归一化能耗基准的划定有两个方面的缺陷。第一,对于处理规模相差很大的污水处理厂不存在线性关系,不能直接套用;第二,单一评价指标只能反映污水处理厂的部分功能。因此,通常归一化方法只应用于处理规模和污水水质比较类似的污水处理厂。

2 统计学方法

统计学方法以最小二乘法(OLS)为例。OLS通过大量污水处理厂能源消耗样本分析,建立回归函数或模型表示大量污水处理厂样本的能源平均消耗水平。再将单一的污水处理厂能耗水平与回归函数进行比较,如果能耗值高于回归线,说明该污水处理厂能源使用效率低,反之则是能源使用效率高。

用OLS建立回归模型所需要的参数包括:污水厂平均进水流量、进水BOD、进水COD、污水厂负荷率及营养物的去除情况等。OLS法也有不足之处:第一,该方法同样需要大量的样本数据分析;第二,回归结果对函数的表现形式比较敏感。

3 编程技术

编程技术以数据包络分析(DEA)为例,DEA是通过建立一个包络面来评估系统或者设备运行效率的编程技术。DEA的优势:是当新的决策单元添加到样本集中,参数模型不需要随着函数形式的改变而采用边界函数形式的假设,同时DEA允许涉及多种输入同时生成多个输出过程的分析。

这使得专家对DEA在污水处理厂技术经济效益方面的评价应用产生了广泛的兴趣。但DEA与OLS一样,其依赖确定性的能源效率分数的假设,而忽视了能源消耗是具有很大随机成分的事实,能源消耗会受到季节和天气等因素的影响。DEA对数据是高度适应的,因此基于单一测量对能源效率进行估测是存在一些问题的。

3提高能源利用效率的方法

运行过程优化是一种投资少、又可以短时间内提高能源利用效率的方法。污水处理厂常见的运行过程优化主要在能源消耗占比较大的环节,如污水提升泵(约10%~20%)、曝气(约50%~70%)和污泥脱水处理(约10%~25%)等。

1 污水提升泵

污水提升泵的优化是一种非常常规的优化措施,没有体现太多先进技术。主要包括对泵的操作设置、配备变频器、采用高效率的水泵等。一般对污水提升泵的优化能将这部分的能耗降低5%~30%。向伟芳对污水提升泵加设变频调控,运行数据表明,用变频调控技术能综合节省能源消耗达到20%~40%。除此之外,也需要定期对水泵进行保养维护,加强运行管理,同时结合自身污水处理厂实际运行情况来调整运行条件,帮助实现能源效率的最大化。

2 曝气

对于污水处理过程而言,曝气环节是能源消耗最大的环节。影响曝气效率最重要的参数是平均细胞保留时间,有报道表明氧转移速率与平均细胞保留时间成正比,与扩散器的空气流速成反比。

(1)溶氧控制

A. Thunberg等报道,在瑞典某污水处理厂安装在线溶氧监测仪能节约26%的空气流量。有文献报道,如果采用更先进的溶氧控制设备可以节约总能耗的15%或者更高。国内方面,杨岸明对曝气智能控制方面展开了详细研究并建模分析。将研究成果应用于20 m3/d城市污水处理厂的鼓风曝气优化上,最终在保持污水处理达标的前提下,月能耗降低7%,月均单位能耗降低9.7%。

延伸阅读:

安徽省某污水处理厂能耗及构筑物性能评估

降低城市污水处理厂能耗的策略

【大数据分析】全国1441座污水处理厂运行能耗影响因素研究

【技术打假】农村污水处理技术:“厌氧+人工湿地”=“一级A标准+一分钱能耗”?

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