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中國給水排水2024年城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會(第十五屆)邀請函 (同期召開固廢滲濾液大會、工業(yè)污泥大會、高濃度難降解工業(yè)廢水處理大會)
 
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【放眼國際 · 獨家連載】德國污水處理面臨的新挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施——降耗增產(chǎn)篇

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-05-28  瀏覽次數(shù):120
核心提示:【放眼國際 · 獨家連載】德國污水處理面臨的新挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施——降耗增產(chǎn)篇
中國給水排水2024年城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會(第十五屆)邀請函 (同期召開固廢滲濾液大會、工業(yè)污泥大會、高濃度難降解工業(yè)廢水處理大會)

中國給水排水2024年城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會(第十五屆)邀請函 (同期召開固廢滲濾液大會、工業(yè)污泥大會、高濃度難降解工業(yè)廢水處理大會)
 


【放眼國際 · 獨家連載】德國污水處理面臨的新挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施——降耗增產(chǎn)篇










2015-05-28 中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究
小編的話
 
微信號:huanbaochanye
今天是《德國污水處理面臨的新挑戰(zhàn)及應(yīng)對措施》5篇連載的第3篇——降耗增產(chǎn)篇。
作者:Michael Sturm, Prof. Dr.
翻譯:張婧怡
如何節(jié)省能耗
由于地球上燃料資源的日益消耗殆盡以及溫室氣體排放帶來的影響,污水處理廠如何降低能源消耗變得越來越重要。德國已經(jīng)決定在未來十年內(nèi),關(guān)閉所有的核能工廠,這也將意味著德國要面對能耗更加緊缺的局面。德國所有的污水處理廠每年消耗4400GWh的電能,平均每個污水廠每年消耗電能35KWh/PE×y,即每天100Wh/PE×d。

在一個改良活性污泥工藝的污水處理廠內(nèi),電能消耗如表3所示:

表3 不同工藝段的電能消耗占比




為了降低能源消耗,污水處理廠內(nèi)所有的耗能環(huán)節(jié)都需要進行改良優(yōu)化。對于耗能大戶“曝氣系統(tǒng)”而言,大部分污水廠采用的都是鼓風(fēng)曝氣,空氣直接壓送至曝氣池內(nèi)的曝氣頭,因此鼓風(fēng)機是整個水廠里最大的耗能設(shè)備。為了減少能源消耗,污水廠應(yīng)當(dāng)采用高效能的鼓風(fēng)機和氧利用率高的曝氣頭。同時,還應(yīng)采取“智能化曝氣過程控制”。針對水泵、攪拌機這類相對較小的耗能環(huán)節(jié),通過設(shè)備改進與優(yōu)化,可使污水廠每年減少20KWh/PE×y的電能消耗。

另外,厭氧氨氧化工藝可以為水廠節(jié)省更多的能源。1990年左右,專門針對處理高氨氮廢水提出了厭氧氨氧化工藝,該工藝也被稱為部分亞硝化工藝與厭氧氨氧化工藝的結(jié)合。該工藝包括以下兩個步驟:

(1)部分亞硝化反應(yīng),大約有50%的氨氮被氧化為亞硝酸鹽。
NH4+ + 1.5 O2 → NO2– + H2O + 2 H+

(2)厭氧氨氧化反應(yīng),在厭氧氨氧化菌的作用下,第一環(huán)節(jié)中未參與反應(yīng)的50%的氨氮和第一環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的亞硝酸鹽直接被氧化生成N2。
NH4+ + NO2– → N2 + 2 H2O

跟傳統(tǒng)硝化/反硝化脫氮工藝相比,厭氧氨氧化工藝中脫氮過程對氧的需求量可以減少50%,整體工藝對氧的需求量可以減少10%。目前該工藝僅被用作處理幾百ppm的高氨氮廢水。

10年以前,在德國的Hattingen建造了第一座采用厭氧氨氧化工藝的污水處理廠,該廠的消化污泥脫水液采用厭氧氨氧化工藝進行處理,并成功得以應(yīng)用。但是直到今天,相比處理消化污泥脫水液而言,由于污水本身的氨氮含量較低,所以厭氧氨氧化工藝一直沒有得到直接處理污水的主流應(yīng)用。如果主流應(yīng)用可以實現(xiàn),傳統(tǒng)工藝中反硝化過程需要額外補充碳源的問題將被徹底解決。同時,傳統(tǒng)工藝中反硝化反應(yīng)是異養(yǎng)反應(yīng),要想維持異養(yǎng)反應(yīng)的正常運行,BOD/N不能低于4,正因為如此,預(yù)處理工藝中揮發(fā)性懸浮固體(VSS)的去除率就受到了一定限制,大約只有50%的VSS可以被去除。如果不是因為這個局限,預(yù)處理工藝可以就去除更多的有機物,這樣以來,消化污泥脫水液中的有機物含量就會越高,也意味著產(chǎn)生的可利用沼氣就越多。另外,還有一個關(guān)鍵問題依然處在研究階段:部分亞硝化工藝需要在低氧濃度條件下進行,以避免氧濃度較高發(fā)生全程硝化,全程硝化會產(chǎn)生大量硝酸鹽,但是在這種條件下,如果控制不好,氧濃度過低,又會產(chǎn)生反硝化脫氮,直接導(dǎo)致N2O大量產(chǎn)生,而N2O本身也是一種溫室氣體,所以如何穩(wěn)定控制低氧濃度依然是個關(guān)鍵問題。

如何增加產(chǎn)能
廢水中含有兩種能源:有機物和氨氮。在厭氧條件下,有機物可以被降解形成沼氣、二氧化碳和氨等終極產(chǎn)物,其中沼氣則可以用來發(fā)電、產(chǎn)熱。污水處理過程去除污染物的同時,也意味著將這兩種能源去除掉,并且曝氣和硝化過程還需要消耗大量的能量,比如耗電。

相比好氧反應(yīng)而言,厭氧反應(yīng)耗能更少而產(chǎn)能更多。但是迄今為止,仍然沒有主流厭氧工藝進行污水脫氮的技術(shù)實例。這就是為什么好氧工藝在污水處理廠中依然處于主導(dǎo)位置,而目前也只有預(yù)處理和二沉池的污泥可以被用來產(chǎn)生沼氣和發(fā)電。

以下增加電能產(chǎn)量的方法可以供參考:
——增加污泥產(chǎn)量,尤其是有機污泥產(chǎn)量;
——增加消化池的沼氣產(chǎn)量;
——增加電能的產(chǎn)率。

1
增加污泥產(chǎn)量
圖9展示了傳統(tǒng)硝化/反硝化活性污泥工藝中沼氣的產(chǎn)生過程。進水中總揮發(fā)固體TVS含量為90g/PE,其中40g是揮發(fā)性懸浮固體(VSS),50g是揮發(fā)性溶解固體(VDS)。為了保證反硝化過程有足夠的有機物,預(yù)處理工藝中初沉池的停留時間只有0.5~1小時,在這個工況下,大約有20g的TVS將會被沉淀并作為初沉污泥排至消化池,而剩余的70gTVS將會送往活性污泥反應(yīng)器。假設(shè)70gTVS中有50%將被礦化,而剩余50%將留在水中,被礦化的TVS中包括30g的VSS和5g的VDS。在二級生物反應(yīng)器中,30g的VSS經(jīng)過3小時的沉淀將全部得以去除,并作為二沉污泥送往中溫厭氧消化罐。這樣一來,消化罐將接收50gVSS,其中20g來自初沉污泥,30g來自二沉污泥。消化罐的反應(yīng)時間設(shè)置為20~30天,消化率大約為50%。25g有機物將產(chǎn)生25L沼氣,而其中甲烷含量是60%左右,也就是說甲烷產(chǎn)量是15L。15L甲烷將產(chǎn)生150Wh的熱值。

圖9 傳統(tǒng)活性污泥工藝與厭氧氨氧化工藝中污泥和沼氣的產(chǎn)量分布比對




如果用厭氧氨氧化工藝替代傳統(tǒng)的硝化/反硝化工藝來脫氮,就不存在反硝化過程對有機物的最低需求,那么初沉污泥中有機物含量將會更多,也就會產(chǎn)生更多的沼氣。如果初沉階段加以絮凝工藝并適當(dāng)延長停留時間,基本上所有的懸浮固體在此階段都將被去除,儲存在初沉污泥中。這個過程在圖9中用綠色路線表示。工藝替代之后,將會有60g的VSS產(chǎn)生(其中40g來自初沉污泥,20g來自二沉污泥)并送往消化罐。在相同的消化率下,將會有30L沼氣產(chǎn)生,這些沼氣將產(chǎn)生180Wh的熱值;钚晕勰嚯A段需要被降解的有機物將從70g降至50g,也就意味著可以節(jié)省降解20%有機物所需要的曝氣耗電量。然而,消化污泥總量將從25g升至30g,意味著污泥處理的費用將會增加,當(dāng)然從能量回收利用的角度分析,如果可以將污泥回用至農(nóng)田利用,那么污泥處理費增加的問題也不再是什么缺陷。

2
增加消化池的沼氣產(chǎn)量:
一般情況下,消化池的消化率是50%左右。在污泥進入消化罐以前,可以通過對污泥進行破碎,來提高污泥消化率。

破碎污泥有以下四種方法:
——熱處理;
——利用超聲波、碾磨以及均質(zhì)器進行機械粉碎;
——利用酸、臭氧以及過氧化氫進行化學(xué)處理;
——用生物酶進行生物分解;

以上這些方法都是生物降解之前的預(yù)處理方法,預(yù)處理的目的是通過對污泥固體進行破碎而將污泥及有機物中的細(xì)胞成分釋放出來,這樣會使得消化速度和消化率都有所提高。熱處理和機械粉碎都會耗能,所以能量平衡將會是負(fù)值;瘜W(xué)處理和利用生物酶的生物處理相對要好一些,研究發(fā)現(xiàn)只需要使用很少劑量的生物酶就可以將污泥降解率提高10~15%。

3
增加電能產(chǎn)率:
內(nèi)燃機、蒸汽渦輪機、微型燃?xì)廨啓C以及燃料電池都可以利用沼氣進行發(fā)電。在大多數(shù)工程實例中,改良后的柴油機使用效率大概是30%左右,而新型發(fā)動機的使用效率可以達到40%,并且該發(fā)電機可以適用于不同處理規(guī)模的水廠。對于人口當(dāng)量大于1000000的大水廠而言,效率可達40%的蒸汽渦輪機是一個比較合適的選擇。微型燃?xì)廨啓C的產(chǎn)能相對低一點,最大產(chǎn)能為300KW,并且效率也略低,只有30%,但是它的優(yōu)點是可以使用未經(jīng)處理的沼氣以及甲烷含量較低的沼氣作為原料。燃料電池的產(chǎn)能效率高達50%以上,但是其費用也是最高的。

產(chǎn)電和耗電的平衡:

一臺效率為30%的新型內(nèi)燃機以每天25L沼氣為原料,可以產(chǎn)能50 Wh/PE×d。如之前所述,一個污水廠每天的電能消耗是100Wh,所以沼氣利用將可以節(jié)省50%的電能。

如果對傳統(tǒng)硝化/反硝化工藝進行優(yōu)化,水廠的單日耗電量可以降低至60 Wh/PE×d(方法如前所述),同時,通過對污泥消化過程的優(yōu)化以及高效發(fā)電機或者渦輪機的使用,可以使水廠的單日產(chǎn)電量達到60 Wh/PE×d,這就意味著水廠的產(chǎn)能與耗能可以達到平衡狀態(tài),即實現(xiàn)100%能量自給。

如果可以用其他工藝替代傳統(tǒng)硝化/反硝化工藝,那么將會有更多的污泥用來產(chǎn)生沼氣,其產(chǎn)能甚至可以達到80 Wh/PE×d,也就是說污水廠將徹底由耗能大戶轉(zhuǎn)換為產(chǎn)能大戶。

 
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《水工藝工程雜志》系列網(wǎng)絡(luò)報告 直播時間:2023年9月26日 16:00  王曉昌  愛思唯爾期刊《水工藝工程雜志》(Journal of Water Process Engineering)共同主 中國給水排水2024年污水處理廠提標(biāo)改造(污水處理提質(zhì)增效)高級研討會(第八屆)邀請函暨征稿啟事  同期召開中國給水排水2024年排水管網(wǎng)大會  (水環(huán)境綜合治理)  同期召開中國給水排水 2024年
海綿城市標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)業(yè)化建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容 結(jié)合項目案例,詳細(xì)介紹海綿城市建設(shè)的目標(biāo)、技術(shù)體系及標(biāo)準(zhǔn)體系,探討關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)業(yè)化建設(shè)的路徑,提出我國海綿城市建設(shè)的發(fā)展方向。 報告題目:《城鎮(zhèn)智慧水務(wù)技術(shù)指南》   中國給水排水直播平臺: 主講人簡介:  簡德武,教授級高級工程師,現(xiàn)任中國市政工程中南設(shè)計研究總院黨委委員、副院長,總院技術(shù)委員會副主任委員、信息技術(shù)委員會副主
第一輪通知 | 國際水協(xié)第18屆可持續(xù)污泥技術(shù)與管理會議 主辦單位:國際水協(xié),中國科學(xué)院  聯(lián)合主辦單位:《中國給水排水》雜志社 等 技術(shù)沙龍 | 先進水技術(shù)博覽(Part 11) 直播時間:8月19日(周六)上午10:00-12:00 2023-08-19 10:00:00  廣東匯祥環(huán)境科技有限公司  湛蛟  技術(shù)總監(jiān)  天津萬
中國水業(yè)院士論壇-中國給水排水直播平臺(微信公眾號cnww1985):自然—社會水循環(huán)與水安全學(xué)術(shù)研討會 WaterInsight第7期丨掀浪:高鐵酸鉀氧化技術(shù)的機理新認(rèn)知及應(yīng)用 直播時間:2023年8月5日(周六)上午10:00-11:00 2023-08-05 10:00:00 開始
直播:“一泓清水入黃河”之山西省再生水產(chǎn)業(yè)化發(fā)展專題講座 直播時間:2023年7月23日(周日 )08:00-12:00 2023-07-23 08:00:00 開始 珊氮自養(yǎng)反硝化深度脫氮技術(shù)推介會 直播時間:2023年7月21日(周五)
歐仁環(huán)境顛覆性技術(shù):污水廠擴容“加速跑”(原有設(shè)施不動,污水處理規(guī)模擴容1倍!出水水質(zhì)達地表水準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)。,推動污水治理提質(zhì)增效。  誠征全國各地污水廠提標(biāo)擴容工程需求方(水務(wù)集團、BOT公司、設(shè) 直播預(yù)告|JWPE網(wǎng)絡(luò)報告:自然系統(tǒng)中難降解污染物去除的物化與生化作用及水回用安全保障 中國給水排水
直播題目: 高排放標(biāo)準(zhǔn)下污水中難降解COD的去除技術(shù)     報告人:蘇伊士亞洲 技術(shù)推廣經(jīng)理 程忠紅 WaterTalk|王凱軍:未來新水務(wù) 一起向未來  For and Beyond Water 中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會水處理與回用專業(yè)委員會以網(wǎng)絡(luò)會議形式舉辦“水與發(fā)展縱論”(WaterTalk)系列學(xué)術(shù)報
5月18日下午 14:00—16:00 直播  題目: 高密度沉淀池技術(shù)的迭代更新 主講人: 程忠紅 蘇伊士亞洲 技術(shù)推廣經(jīng)理  大綱:  高密池技術(shù)原理 不同型號高密池的差異和應(yīng)用區(qū)別 高密池與其他 BEST|綠色低碳科技前沿與創(chuàng)新發(fā)展--中國工程院院士高翔教授  直播時間:2023年4月30日 14:00—16:00 2023-04-30 14:00:00 開始
日照:“碳”尋鄉(xiāng)村振興“綠色密碼”  鳳凰網(wǎng)山東    鄉(xiāng)村生態(tài)宜居,鄉(xiāng)村振興的底色才會更亮。我市堅持鄉(xiāng)村建設(shè)與后續(xù)管護并重,市、區(qū)、鎮(zhèn)聯(lián) BEST論壇講座報告第十三期(cnwww1985):全球碳預(yù)算和未來全球碳循環(huán)的不穩(wěn)定性風(fēng)險 The global carbon budget and risks of futur
國際水協(xié)IWA 3月17日直播:3月17日 國際水協(xié)IWA創(chuàng)新項目獎PIA獲獎項目介紹分享會 直播時間:2023年3月17日 9:00—11:30 2023-03-17 09:00:00 開始 中國給水排水直播:云中漫步-融合大數(shù)據(jù)、人工智能及云計算的威立雅智慧水務(wù)系統(tǒng)Hubgrade 直播時間:2023年3月15日
中國給水排水直播平臺會議通知 | 2023污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高峰論壇(清華大學(xué)王凱軍教授團隊等) 中國污水千人大會參觀項目之一: 云南合續(xù)環(huán)境科技股份有限公司  ?谑形鞅捞端|(zhì)凈化中心
中國給水排水 Water Insight直播:劉銳平  清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 教授 博士生導(dǎo)師—高濃度硝酸鹽廢水反硝化脫氮過程強化原理與應(yīng)用 會議時間:2023.1.7(周六)10:00—11:00 智慧水務(wù)的工程全生命周期實踐分享 直播時間:2023年1月6日 15:00-16:00 對話嘉賓:竇秋萍  華霖富水利環(huán)境技術(shù)咨詢(上海)有限公司  總經(jīng)理 主持人:李德橋   歐特克軟件(中國)有限
蘇伊士 直播時間:12月30日14:00-16:00直播題目:污泥處理處置的“因地制宜和因泥制宜” 主講人:程忠紅,蘇伊士亞洲  技術(shù)推廣經(jīng)理 特邀嘉賓:劉波 中國市政工程西南設(shè)計研究總院二院總工 教 蘇伊士 直播時間:12月27日14:00-16:00;復(fù)雜原水水質(zhì)下的飲用水解決方案    陳智,蘇伊士亞洲,技術(shù)推廣經(jīng)理,畢業(yè)于香港科技大學(xué)土木與環(huán)境工程系,熟悉市政及工業(yè)的給水及污水處理,對蘇伊士
曲久輝  中國工程院院士,美國國家工程院外籍院士,發(fā)展中國家科學(xué)院院士;清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院特聘教授、博士生導(dǎo)師;中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員 基于模擬仿真的污水處理廠數(shù)字化與智慧化:現(xiàn)狀與未來 直播時間:2022年12月28日(周三)9:30—12:00
2022城鎮(zhèn)溢流污染控制高峰論壇|聚焦雨季溢流污染控制的技術(shù)應(yīng)用與推廣 中國給水排水 王愛杰 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授,國家杰青,長江學(xué)者,國家 領(lǐng)軍人才:廣州大學(xué)學(xué)術(shù)講座|低碳水質(zhì)凈化技術(shù)及實踐 直播時間:2022年12月18日 9:30
國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議 直播時間:2022年12月15日 20:00—22:00 德國專場直播主題:2022 中國沼氣學(xué)術(shù)年會暨中德沼氣合作論壇 2022 中國沼氣學(xué)術(shù)年會暨中德沼氣合作論壇德國專場 時間:2022年12月20日  下午 15:00—17:00(北京時間)
2022中國沼氣學(xué)會學(xué)術(shù)年會暨第十二屆中德沼氣合作論壇的主論壇將于12月15日下午2點召開 技術(shù)交流 | 德國污水處理廠 計算系列規(guī)程使用介紹 城建水業(yè)
WaterInsight首期丨王志偉教授:膜法水處理技術(shù)面臨的機遇與挑戰(zhàn) 直播時間:2022年12月10日 10:00—11:00 處理工藝專場|水業(yè)大講堂之六——城市供水直飲安全和智慧提質(zhì) 直播時間:2022年12月8日 8:30—12:15
建設(shè)管理專場|水業(yè)大講堂之六——城市供水直飲安全和智慧提質(zhì) 直播時間:2022年12月7日 14:00—17:15 國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議 直播時間:2022年12月8日 20:00—22:00
Training Course for Advanced Research & Development of Constructed Wetland Wastewater Treatment Tech 12月3日|2022IWA中國漏損控制高峰論壇 直播時間:2022年12月3日(周六)9:00—17:00 2022-12-03 09:00:00 開始
國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議(第八期) 直播時間:2022年12月1日 20:00—22:00 2022-12-01 20:00:00 開始 中國給水排水直播:智慧輸配專場|水業(yè)大講堂之六——城市供水直飲安全和智慧提質(zhì) 直播時間:2022年11月30日 14:00—17:05 2022-11-30 14:00:00 開始
國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議(第七期) 直播時間:2022年11月25日 20:00—22:00 2022-11-25 20:00:00 開始 國標(biāo)圖集22HM001-1《海綿城市建設(shè)設(shè)計示例(一)》首次宣貫會   直播時間:2022年11月24日 13:30—17:30
中國給水排水直播平臺 【 李玉友,日本國立東北大學(xué)工學(xué)院土木與環(huán)境工程系教授,博導(dǎo),注冊工程師】顆粒污泥工藝的研究和應(yīng)用:從UASB到新型高效脫氮和磷回收 中國建科成立70周年|市政基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳發(fā)展高峰論壇   直播時間:2022年11月22日 13:30—18:25   2022-11-22 13:30:00 開始
國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議(第六期)   直播時間:2022年11月22日 20:00—22:00 會議預(yù)告| 國際水協(xié)會哥本哈根世界水大會成果分享系列網(wǎng)絡(luò)會議(第五期) 中國給水排水
奮進七十載 起航新征程|中國市政華北院第十屆科技工作會議暨慶祝建院七十周年大會  直播時間:2022年11月18日 9:30   2022-11-18 09:00:00 開始 樊明遠:中國城市水業(yè)的效率和服務(wù)要做一個規(guī)范     樊明遠 世界銀行高級工程師
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