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作者简介:刘智晓(1972-),山东莒县人,工学博士,高级工程师,主要从事集团化环境及水务项目设计管理,水务项目方案设计、审核与把关、工艺与设备优化,水处理过程优化控制、革新污水生物处理新工艺研究与开发,高效低耗水厂/污水厂提标改造技术等相关领域的工程化应用研究与实践。
1 、污水中蕴含有机化学能潜力分析
对于污水中蕴含的化学能,国外很多研究者进行了不同角度的研究及定量评估,评估基准是设定典型生活污水COD为500mg/L,所含的化学能有两种表征方式,方式一以单位COD量所含的能量为基础,根据HEIDRICH的研究结论,这个数值范围为17.7~28.7kJ/gCOD,而对于该基准浓度污水,实际处理能耗约0.45kW˙h/m3,相当于1620 kJ/m3,折合处理能耗平均为3.20 kJ/g COD。另一种方式是将COD化学潜能折合到吨水电耗,得到COD为500mg/L的污水“理论最大有机化学能”为22.55 kW˙h /m3,理论最大有机化学能是指污水所含COD全部被提取并甲烷化,采用常规工艺只有很少部分COD被甲烷化,即使是提取这极少部分的COD用于甲烷化并产能,这部分能量也是非常可观的,可提取化学能范围是1.5~1.9kW˙h /m3,这个数值也与McCarty等人的研究结果相近。
两种能量表征方式,结果都在表明污水中所蕴含的有机化学能是对其进行处理所需能耗的近5倍,污水中所蕴含的如此巨大的能量,如果捕获提取其中部分COD化学能甚至是热能并就地转换为电能,理论上可以实现能耗的完全自给甚至可以变成能量输出厂。有充分的理论依据表明,未来污水处理厂不是能源的消耗者而应该成为能源供应方。污水碳源常规处理工艺与能源化回收两种途径下COD物质流比较见图1。
图1 污水碳源常规处理工艺与能源化回收两种途径下COD物质流对比
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