模拟评价、优化北京某大型污水处理厂升级改造方案

应用TUD模型对北京某大型市政污水处理厂的升级改造方案--改良A2/O工艺进行了模拟评价,结果显示:出水TP接近排放标准限值,存在超标排放风险;设置预缺氧池并不能促进生物除磷,反而会消耗进水中有限的VFAs;只要水解酸化作用能保持进水总COD中的VFAs含量>10%,即可获得较好的生物除磷效果;设置脱氧池对生物脱氮的促进作用十分有限.在模拟评价基础上,提出了将初沉池全部改造为厌氧池并施以侧流化学除磷的A2/O优化设计方案.对优化工艺方案的模拟预测显示.出水水质良好而稳定.     

废水中有机物的能源转化与利用

介绍废水处理能源消耗/利用方式,说明废水中COD含有大量化学能,污水中COD在转化能源前应首先以生物污泥形式从水中分离出来,存在焚烧、甲烷化、氢气化三种生物污泥转化能源的途径,甲烷化仍将主导废水有机物能源化的方向.强调废水净化与温室气体(CO2)控制的统一.     

微生物燃料电池处理污水并产能的潜力分析

全球性能源危机导致污水处理朝着资源化与能源化的方向发展。欧美倡导的"能源工厂"或"碳中和"运行理念更是激发了从污水中回收能源的国际研发与应用热潮。作为一种能够同时将有机物去除并将其所蕴含的能量直接以电能回收的技术,微生物燃料电池(MFC)技术研发方兴未艾。这就需要首先在科学上系统了解MFC的发展历程、基本原理、研究现状,继而从工程角度分析MFC在污水处理中得以应用的潜力。在总结MFC最新研发进展的基础上,对MFC用于实际污水处理可获得的能量进行了匡算,发现其能源转化效率还不及污水处理剩余污泥厌氧消化产甲烷可获得的能源转化效率。况且,MFC的有限能量转化是以牺牲脱氮除磷所需碳源作为代价。以MFC为基础衍生而来的微生物电解电池(MEC)产氢技术在实际应用时可能亦存在相同问题。面对MFC/MEC目前的应用窘境,对其未来技术研发走向进行了定位。     

数学模拟技术应用中的污水水质(COD)特征化方法

应用数学模拟技术需要了解污水的水质特性，只有具备详细的污水水质特性参数才能更准确地模拟、预测污水处理工艺的运行效果。采用TUD联合模型需将COD区分为SA、SF、SI、XS和XI等5种组分。对这5种组分的测定方法进行了探索，其中SA可采用五点pH值滴定法（5P—VFA）确定，采用BOD—t曲线法可确定缓慢可生物降解有机物（XS）。最后测得北京某污水处理厂进水COD的5种组分的质量分数分别为：SA=6．49％，SF=36．23％，SI=13．04％，XS=32．62％，XI=11．62％。     

数学模拟技术用于污水处理工艺的运行诊断与优化

采用TUD模型与AQUASIM模拟软件对某大型市政污水处理厂倒置A^2／O工艺的运行问题进行诊断，同时提出优化运行方案并进行了模拟预测。结果表明，进水中的碳源特别是挥发性脂肪酸（VFA）不足和厌氧水力停留时间（HRT）太短是导致脱氮除磷效果不佳的主要原因。针对这两大问题，提出了曝气池分区重组、外加碳源、总进水超越初沉池、UCT改造以及结合磷回收等优化运行和工艺改造方案，并通过模拟预测了各种改造方案可能出现的较好运行效果。     

采用TUD联合模型模拟倒置A2/O工艺的运行工况

结合北京某大型市政污水处理厂倒置A^2／O工艺的运行实践，应用TUD联合模型及其缺省参数对该厂进行了数学模拟，以演示国际通用数学模型对我国污水处理厂模拟的有效性、准确性和简单性，为今后模拟技术在我国的推广应用起到示范作用。在完全使用缺省参数时模拟预测出水COD和TSS与实测值十分吻合，出水TP模拟结果与历史数据亦存在较小误差，而对N的模拟预测效果不甚理想。针对存在的N模拟误差，结合专家法和灵敏度分析法，对模型中有关N的个别组分参数和硝化细菌半饱和动力学参数进行修正（iNSF=6％，iNXS=6％，KNH4=1．5gN／m^3）后，获得了令人满意的模拟预测结果。随后用2组不同季节的运行数据进行模拟验证，也得到了与实测数据十分吻合的模拟结果。     

北京水资源战略——三位一体的海水淡化生态技术

通过对输水成本、供水安全的分析,指出"南水北调"工程未必是从根本上解决北京水资源短缺问题的最佳战略选择。根据生态经济学原理,提出将海水淡化、风力发电、盐业化工三种行业有机结合,集成一种三位一体的生态经济技术。这种战略构想目的在于贯彻全球普遍倡导的可持续经济发展战略以及落实我国目前实施的"循环经济"政策,从而一劳永逸地解决北京水资源的短缺问题。清洁的风电为反渗透海水淡化提供动力需要,反渗透产物不仅仅产生淡水,同时又为海盐等化工生产创造了浓缩液条件,集成这3种行业可以形成一种污染物零排放的可持续清洁生产技术。     

污水处理“碳中和”运行能耗赤字来源及潜能测算

"碳中和"运行是污水处理技术今后发展的必然。剩余污泥固然可以作为污水处理运行能耗自给自足的重要来源,但是剩余污泥的多寡又取决于进水中有机物的含量。在有机物浓度普遍偏低的我国市政污水处理厂,单靠剩余污泥转化能源显然难以满足全部运行能耗。本研究测算表明,利用污水处理厂出水作为水源热泵制冷、制热,或通过在主要处理单元上设置光伏发电组件可以产生非常可观的热量或电能。水源热泵只需使用不到15%的处理水量便可以满足至少50%以上的运行能耗,完全可以弥补因剩余污泥转化能源不足而形成的能源赤字。相形之下,光伏发电可获得的能量则显得有些"微不足道",仅能满足约10%的运行能耗。这表明,我国市政污水处理厂通过剩余污泥转化能源和污水源热泵方式一般就可以满足"碳中和"的运行目标。     

剩余污泥转化能源的瓶颈与突破技术

发展低碳经济演绎出污水处理"碳中和"运行的概念,其实质就是污水处理运行向着能源消耗自给自足的方向逼近。为此,剩余污泥厌氧消化转化能源技术重获生机。然而,污泥厌氧消化除受一般影响因素与工艺条件限制外,在很大程度上被污泥组分所控制。在简述有机物厌氧消化一般影响因素与工艺条件的基础上,总结、归纳出稳固的剩余污泥细胞体与木质纤维素结构是污泥转化能源的瓶颈所在,腐殖质的存在很大程度上也会抑制其他有机物的水解。通过适当预处理技术可实现对细胞破壁与木质纤维素破稳的双重效果,也可能会对腐殖质结构破坏产生一定影响。此外,研究在厌氧消化系统内屏蔽腐殖质抑制水解过程的方法亦十分重要。系统外部CO2或H2的介入有可能会刺激甲烷的生成,同时也存在一定程度上的"碳捕捉"作用。     

采用TUD模型动态模拟倒置A2/O工艺运行工况

在进行动态模拟前，首先对3组现场检测的水质、水量数据进行物料平衡检查，目的是校核实测数据的准确度。通过物料平衡分析发现，只有2组数据的物料平衡准确度合格，另外1组为无效数据。利用静态模拟建立并校正过的工艺模型对2组有效数据进行动态水质模拟，发现预测结果与实测值的吻合度至少为80％～90％。在此基础上，对典型水量日变化曲线（24h）下的动态进水负荷进行模拟以预测出水水质的变化趋势，揭示动态负荷下出水水质的变化规律以及保持良好水质所应采取的运行对策。动态模拟结果具有较高吻合度这一事实表明，数学模拟技术完全可用于我国污水处理厂运行问题诊断以及运行优化方案的制定与实施。