城市污水处理厂节能措施与优化运行技术研究

【摘要】：近年来,我国面临严峻的水资源短缺及污染形势,而解决水污染问题最有效的措施就是建造污水处理厂,其具有显著的社会、经济和环境效益。然而污水处理领域所消耗的能源是非常巨大的,其在运行过程中需要高额的运行费用支撑,这就使得当下污水厂无论是建造还是运行都有很多难题亟需解决,能耗过大的问题已经成为污水处理行业发展的障碍。在当前我国电力资源紧缺,能源供需矛盾加大的形势下,建设能量利用效率高的污水处理厂是我国实现可持续发展战略的必经之路。然而,目前我国历来是把重点放在污水处理厂的设计建设和处理成果上面,往往忽略了污水厂的后续运行成本,这样许多污水厂就会由于污水处理资金收集不到位而减少处理过程,那么出水指标可想而之。久而久之污水处理厂就会成为一个空架子而起不到治理污水的效果。因此污水处理领域的当务之急是在分析处理单元能量转换的基础上对已建污水厂进行节能改造并对新建污水厂做节能设计。本文对典型污水处理工艺做了细致的研究,尤其是工艺和所用设备的运行状况。由此提出了可行的节能方案,主要成果如下： (1)分析了污水厂污水提升泵的工作原理以及最佳工作区域。现有污水提升泵能耗过大的原因就在于实际进水水量小于设计水量,从而使水泵无法在最佳工作区域运行。因此污水提升泵的设计要尽量避免进行估算。此外变频器的使用可以大大增强水泵的工作效率并且对设备有一定的保护作用。 (2)曝气设备的能耗历来要在污水处理厂总能耗中占有很大一部分比例。本文就通过热力学理论和界面传质理论对曝气器的工作的原理和氧扩散途径进行了研究分析,得出了对曝气器的进气量进行控制是节能的关键。 (3)通过对曝气过程和现有的智能控制技术进行研究,本文将模糊PID控制技术运用在污水处理领域。模糊PID控制器的使用可以将曝气设备持续工作在节能状态下,其抗外界干扰的能力非常好。 (4)此外污水处理厂通常会由于节约建设资金而忽视了污泥处理的重要性。在投加药剂的时候,投加量的多少需要通过做精确的实验来确定。而能量回收的关键是对污泥做的合理的处置,将回收能量与污水厂建立起一定的利益关系这样污水厂的建设者们就会乐于建设污泥处置设施从而避免能量的浪费。 【关键词】：污水处理 优化 节能 控制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 国内外城市污水处理现状11-14
• 1.1.1 国内污水处理领域现状11-13
• 1.1.2 国外污水处理领域现状13-14
• 1.2 国内外城市污水处理厂能耗研究现状14-16
• 1.2.1 国内城市污水处理厂能耗研究现状14-15
• 1.2.2 国外城市污水处理厂能耗研究现状15-16
• 1.3 城市污水处理厂节能措施及处理费用的研究进展16-22
• 1.3.1 污水处理系统在工艺上的创新和改进17
• 1.3.2 节能设备与节能材料的投入17-18
• 1.3.3 污泥处理单元使用高效药剂18
• 1.3.4 污水、污泥的资源化利用18-19
• 1.3.5 有关污水处理厂运行费用的研究19-22
• 1.4 课题研究的意义和主要内容22-23
• 1.4.1 课题研究的目的22
• 1.4.2 课题研究的主要内容22-23
• 第二章 城市污水处理厂水泵运行分析与节能措施研究23-37
• 2.1 污水处理厂水泵的选型以及影响工作效率的因素23-28
• 2.1.1 污水水泵的设计与合理选型23-27
• 2.1.2 水泵泵轮所存在的质量问题27
• 2.1.3 水泵泵壳及泵轮的平滑度与腐蚀、气蚀问题27-28
• 2.2 污水处理厂水泵的节能措施28-34
• 2.2.1 变频调速技术的运用28-31
• 2.2.2 水泵的优化组合控制技术31-32
• 2.2.3 削切水泵叶轮直径32-33
• 2.2.4 水泵的表面及抗腐蚀处理33
• 2.2.5 污水源热泵技术33-34
• 2.3 本章小结34-37
• 第三章 城市污水处理厂曝气系统能耗分析与节能工艺37-47
• 3.1 污泥曝气系统中的能量衡算37-39
• 3.2 曝气的主要方法39-40
• 3.3 氧气转移速率的影响因素40-42
• 3.3.1 水体紊流带来的影响40
• 3.3.2 水体压力、温度的影响40-41
• 3.3.3 污水所含杂质的影响41
• 3.3.4 溶解氧浓度与氧转移的关系41
• 3.3.5 气泡对于氧气转移速率的影响41-42
• 3.4 曝气设备的节能原理42-43
• 3.4.1 污水中气泡的生成42
• 3.4.2 气泡的上升速度跟体积的关系42-43
• 3.4.3 气泡中氧气扩散的过程43
• 5.4.4 气泡的体积跟氧扩散速率的关系43
• 3.5 曝气量的节能控制43-44
• 3.6 本章小结44-47
• 第四章 污水处理厂曝气系统的模糊PID控制技术47-61
• 4.1 工程中常用的过程控制47-51
• 4.1.1 反馈控制47-50
• 4.1.2 前馈控制50
• 4.1.3 串级控制50-51
• 4.2 模糊控制理论用于溶解氧控制51-59
• 4.2.1 什么是模糊控制理论51-52
• 4.2.2 模糊控制器用于曝气系统的调控52-57
• 4.2.3 PID控制的发展技术57-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 城市污水处理厂污泥系统能耗分析与研究61-71
• 5.1 污泥的处理技术61-66
• 5.1.1 污泥处理能耗单元分析62-64
• 5.1.2 污泥处理单元节能方法64-66
• 5.2 污泥的处置利用66-68
• 5.2.1 污泥农用技术66-67
• 5.2.2 污泥堆肥技术67-68
• 5.2.3 污泥作为建筑材料68
• 5.3 本章小结68-71
• 第六章 山西省城市污水处理厂典型工艺能耗现状调查及节能潜力分析71-83
• 6.1 山西省城市污水处理厂现有建设情况71-73
• 6.2 城市污水处理厂典型工艺的介绍及选择73-81
• 6.2.1 待分析污水处理厂的选择73-74
• 6.2.2 所选污水处理厂介绍74-81
• 6.3 污水厂节能潜力分析81-82
• 6.3.1 污水厂提升泵节能分析81
• 6.3.2 污水厂曝气设备节能分析81-82
• 6.3.3 污泥回收潜能82
• 6.4 本章小结82-83
• 第七章 结论与建议83-85
• 7.1 结论83-84
• 7.2 问题和建议84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读学位期间发表的学术论文目录91

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