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1、 污水处理节能降耗污水处理节能降耗途径和对策分析途径和对策分析北京市环境保护科学研究院王凯军博士目录目录 运行和管理运行和管理运行和管理运行和管理 工艺和设计工艺和设计工艺和设计工艺和设计 污水处理节能降耗技术分析污水处理节能降耗技术分析污水处理节能降耗技术分析污水处理节能降耗技术分析 处理工艺能耗分析和节能降耗途径处理工艺能耗分析和节能降耗途径处理工艺能耗分析和节能降耗途径处理工艺能耗分析和节能降耗途径 可持续发展的污水处理工艺可持续发展的污水处理工艺可持续发展的污水处理工艺可持续发展的污水处理工艺 设备和材料设备和材料设备和材料设备和材料 一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处
2、理技术钱易院士较早在我国提倡出清洁生产、循环经济和可持续发展问题钱易院士较早在我国提倡出清洁生产、循环经济和可持续发展问题钱易院士较早在我国提倡出清洁生产、循环经济和可持续发展问题钱易院士较早在我国提倡出清洁生产、循环经济和可持续发展问题1 1 1 1、“摇篮坟墓摇篮坟墓摇篮坟墓摇篮坟墓”生命周期方法，生命周期方法，生命周期方法，生命周期方法，“摇篮摇篮摇篮摇篮摇篮摇篮摇篮摇篮”循环经济模式；循环经济模式；循环经济模式；循环经济模式；2 2 2 2、介绍、介绍、介绍、介绍WageningenWageningenWageningenWageningen可持续发展污水处理模式；可持续发展污水处理模
3、式；可持续发展污水处理模式；可持续发展污水处理模式；3 3 3 3、介绍可持续的生物除磷脱氮工艺；、介绍可持续的生物除磷脱氮工艺；、介绍可持续的生物除磷脱氮工艺；、介绍可持续的生物除磷脱氮工艺；聂梅生在聂梅生在聂梅生在聂梅生在对水处理技术发展的重新认识对水处理技术发展的重新认识对水处理技术发展的重新认识对水处理技术发展的重新认识一文中提出：一文中提出：一文中提出：一文中提出：1 1 1 1、提出对传统观念重新审视：污水处理有没有污染问题？、提出对传统观念重新审视：污水处理有没有污染问题？、提出对传统观念重新审视：污水处理有没有污染问题？、提出对传统观念重新审视：污水处理有没有污染问题？ 2 2
4、 2 2、生物处理本质上是高耗能工艺，提出来发展绿色水处理技术；、生物处理本质上是高耗能工艺，提出来发展绿色水处理技术；、生物处理本质上是高耗能工艺，提出来发展绿色水处理技术；、生物处理本质上是高耗能工艺，提出来发展绿色水处理技术；3 3 3 3、节能降耗型的水处理技术将成为我国长期的发展方向；、节能降耗型的水处理技术将成为我国长期的发展方向；、节能降耗型的水处理技术将成为我国长期的发展方向；、节能降耗型的水处理技术将成为我国长期的发展方向；在在在在可持续发展的新型、高效城市污水处理技术探讨可持续发展的新型、高效城市污水处理技术探讨可持续发展的新型、高效城市污水处理技术探讨可持续发展的新型、高
5、效城市污水处理技术探讨提出：提出：提出：提出：1 1 1 1、可持续发展的污水处理技术的判断准则问题；、可持续发展的污水处理技术的判断准则问题；、可持续发展的污水处理技术的判断准则问题；、可持续发展的污水处理技术的判断准则问题；2 2 2 2、高资源占用和高能耗工艺，不符合可持续发展的基本原则；、高资源占用和高能耗工艺，不符合可持续发展的基本原则；、高资源占用和高能耗工艺，不符合可持续发展的基本原则；、高资源占用和高能耗工艺，不符合可持续发展的基本原则；3 3 3 3、关键需要进行新工艺的不断探索实践，重点解决污泥处理问题、关键需要进行新工艺的不断探索实践，重点解决污泥处理问题、关键需要进行新
6、工艺的不断探索实践，重点解决污泥处理问题、关键需要进行新工艺的不断探索实践，重点解决污泥处理问题 可持续发展可持续发展污水处理准则污水处理准则少用或不使用不可再生资源，如：少用或不使用不可再生资源，如：少用或不使用不可再生资源，如：少用或不使用不可再生资源，如：矿物、能源、土地、建筑材料矿物、能源、土地、建筑材料矿物、能源、土地、建筑材料矿物、能源、土地、建筑材料 在处理中回收资源和产生能源；在处理中回收资源和产生能源；在处理中回收资源和产生能源；在处理中回收资源和产生能源；如：如：如：如：水、水、水、水、N N N N、P P P P、沼气、热能、沼气、热能、沼气、热能、沼气、热能 等等等等
7、没有跨介质、跨领域、跨地区污染；没有跨介质、跨领域、跨地区污染；没有跨介质、跨领域、跨地区污染；没有跨介质、跨领域、跨地区污染；如：如：如：如：污泥、电的间接污染污泥、电的间接污染污泥、电的间接污染污泥、电的间接污染一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术C(植物类植物类)化石能源化石能源C煤、石油、天然气煤、石油、天然气动力动力好氧生物处理好氧生物处理O2O2COCO2CO2绿色能源绿色能源太阳能、风能等太阳能、风能等节能降耗节能降耗O2绿色水处理技术绿色水处理技术处理污水产生的二氧化碳包括：处理污水产生的二氧化碳包括：
8、a) 碳源（碳源（BOD）转化为二氧化碳）转化为二氧化碳;b) 消耗动力折合二氧化碳排放。消耗动力折合二氧化碳排放。经测算，产生的二氧化碳量为经测算，产生的二氧化碳量为0.29公斤公斤CO2 /吨水吨水.天。天。10万吨规模的污水万吨规模的污水处理厂产生的二氧化碳量排放量相当于：处理厂产生的二氧化碳量排放量相当于： 2603辆汽车全年总排放量辆汽车全年总排放量 一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术a) 反硝化除磷或其他脱氮工艺反硝化除磷或其他脱氮工艺; b) 磷回收工艺；磷回收工艺；c) 污泥或污水消化污泥或污水消化3、生物除磷：磷资源难以回收；2、反硝化脱氮与磷的聚集，需
9、要消耗大量COD；1、好氧处理：COD氧化去除和氨氮的硝化耗能巨大；4、耗能释放二氧化碳，产生大量温室气体；传统污水处理工艺传统污水处理工艺可持续发展的工艺可持续发展的工艺5、污泥产量：剩余污泥量大1 1、厌氧处理：尽可能低的能源、厌氧处理：尽可能低的能源消耗、产生能源消耗、产生能源(CH4)(CH4)；2 2、反硝化脱氮和除磷，、反硝化脱氮和除磷，减少减少CODCOD的消耗，减少污泥的产生；的消耗，减少污泥的产生；3 3、结合化学除磷：磷的去除和、结合化学除磷：磷的去除和回收；回收；4 4、减少、减少CO2CO2的释放和水资源的释放和水资源的回收利用；的回收利用；5 5、污泥产量：剩余污泥量
10、少、污泥产量：剩余污泥量少一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术关关关关于于于于可可可可持持持持续续续续发发发发展展展展集中与分散集中与分散集中与分散集中与分散聂梅生聂梅生聂梅生聂梅生源头控制源头控制源头控制源头控制LettingaLettingaLettingaLettinga厌氧处理厌氧处理厌氧处理厌氧处理 Jewell Jewell Jewell Jewell应用新技术，绝对是要分散的；应用新技术，绝对是要分散的；应用新技术，绝对是要分散的；应用新技术，绝对是要分散的；由集中到集中与分散相结合是由集中到集中与分散相结合是由集中到集中与分散相结合是由集中到集中与分散相结合
11、是科学发展的必然趋势科学发展的必然趋势科学发展的必然趋势科学发展的必然趋势通过下水管输送污染物是一个历史错误；通过下水管输送污染物是一个历史错误；通过下水管输送污染物是一个历史错误；通过下水管输送污染物是一个历史错误；现代城市污水处理系统严重缺乏可持续性现代城市污水处理系统严重缺乏可持续性现代城市污水处理系统严重缺乏可持续性现代城市污水处理系统严重缺乏可持续性和抗干扰能力，是一个脆弱系统；和抗干扰能力，是一个脆弱系统；和抗干扰能力，是一个脆弱系统；和抗干扰能力，是一个脆弱系统；往往对水和资源的破坏，而不是回收利用往往对水和资源的破坏，而不是回收利用往往对水和资源的破坏，而不是回收利用往往对水和
12、资源的破坏，而不是回收利用厌氧技术是可持续发展的核心技术；厌氧技术是可持续发展的核心技术；厌氧技术是可持续发展的核心技术；厌氧技术是可持续发展的核心技术；“开开开开发发发发厌厌厌厌氧氧氧氧城城城城市市市市污污污污水水水水处处处处理理理理是是是是废废废废水水水水处处处处理理理理历史上最伟大的进步历史上最伟大的进步历史上最伟大的进步历史上最伟大的进步”三三三三种种种种技技技技术术术术观观观观点点点点一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术1 1、分散处理技术、分散处理技术BACK一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水
13、处理技术项目项目尿液尿液粪粪合计合计N N858511.511.596.5%96.5%P P46%46%35%35%81%81%K K62%62%25%25%97%97%有机物有机物2%2%52%52%54%54%2 2、源分离技术：、源分离技术：v去除氮去除氮 95%95%；去除磷；去除磷80%80%；v去除去除COD(BOD)50%COD(BOD)50%；去除病原体；去除病原体99%99%；v节水节水 30-40%30-40%；降低处理负荷；降低处理负荷；v节省国家、社会和个人投资和花费；节省国家、社会和个人投资和花费；v水资源和营养物的循环利用；水资源和营养物的循环利用；3、粪便单独厌氧
14、处理模式：日本、德国等处理黑水，减少处理厂负担，回收沼气能源，循环经济2、尿液分离的模式：荷兰模式减少污水的氮、磷元素，降低处理能耗和难度，并回收资源；1、完全分离的生态卫生系统模式：芬兰、瑞典等减少污水有机物、氮、磷，灰水湿地处理生态循环FINLANDSWIDENHOLLANDJAPANGERMANY一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术北京村镇污染控制生态厕所和灰水处理北京村镇污染控制生态厕所和灰水处理BACK瑞典模式：中国瑞典模式：中国- -瑞典鄂尔多斯生态城镇项目瑞典鄂尔多斯生态城镇项目一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术荷兰模式：尿液分离荷兰模式
15、：尿液分离BACK一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术日本、德国模式：粪便黑水集中厌氧消化处理日本、德国模式：粪便黑水集中厌氧消化处理BACK城市污水厌氧处理城市污水厌氧处理热带地区：具有很好的可行性；热带地区：具有很好的可行性；在温带地区：需要长的在温带地区：需要长的HRTHRT，仅可用于予处理；，仅可用于予处理；分级厌氧工艺分级厌氧工艺 升流式水解反应器升流式水解反应器(HUSB)(HUSB)EGSBEGSB两级工艺两级工艺UASBUASB消化池联合工艺处理生活污水消化池联合工艺处理生活污水化学一级强化与厌氧联合处理工艺化学一级强化与厌氧联合处理工艺3 3、厌氧技术是可
16、持续发展的核心技术、厌氧技术是可持续发展的核心技术一、可持续发展的污水处理技术一、可持续发展的污水处理技术二、处理工艺能耗分析和节能降耗途径二、处理工艺能耗分析和节能降耗途径1 1 1 1、污水处理能耗生命周期分析、污水处理能耗生命周期分析、污水处理能耗生命周期分析、污水处理能耗生命周期分析污水处理能耗生命周期分析污水处理能耗生命周期分析污水处理能耗生命周期分析污水处理能耗生命周期分析污水处理运行能耗分析污水处理运行能耗分析污水处理运行能耗分析污水处理运行能耗分析 污水处理是能源密集型行业污水处理是能源密集型行业污水处理是能源密集型行业污水处理是能源密集型行业 传统的能耗分析仅仅侧重处理过程的
17、能耗；传统的能耗分析仅仅侧重处理过程的能耗；传统的能耗分析仅仅侧重处理过程的能耗；传统的能耗分析仅仅侧重处理过程的能耗； 污水处理工艺选择按生命周期设计考虑，对污水处理设计、污水处理工艺选择按生命周期设计考虑，对污水处理设计、污水处理工艺选择按生命周期设计考虑，对污水处理设计、污水处理工艺选择按生命周期设计考虑，对污水处理设计、开发模式产生巨变，对传统技术和思维是巨大的挑战。开发模式产生巨变，对传统技术和思维是巨大的挑战。开发模式产生巨变，对传统技术和思维是巨大的挑战。开发模式产生巨变，对传统技术和思维是巨大的挑战。去除去除1.0kgBOD1.0kgBOD的比能耗为的比能耗为0.5kW.h0.
18、5kW.h；我国电厂的污染物排放为我国电厂的污染物排放为7.23kg/kW.h7.23kg/kW.h；所以，去除；所以，去除1.0kgBOD1.0kgBOD的污染物排放总量为的污染物排放总量为3.61kg3.61kg( (包括包括2kg2kg气体、气体、0.37kg0.37kg的固体和的固体和1.2kg1.2kg的水的水) )。所以，污水处理行业是高耗。所以，污水处理行业是高耗能和高污染的行业。能和高污染的行业。二、处理工艺能耗分析和节能降耗途径二、处理工艺能耗分析和节能降耗途径2 2 2 2、污水处理比能耗污染分析、污水处理比能耗污染分析、污水处理比能耗污染分析、污水处理比能耗污染分析三、污
19、水处理节能降耗途径分析三、污水处理节能降耗途径分析2 2 2 2、好氧生物处理污染物能耗分析、好氧生物处理污染物能耗分析、好氧生物处理污染物能耗分析、好氧生物处理污染物能耗分析1 1 1 1、BOD=100-200mg/LBOD=100-200mg/LBOD=100-200mg/LBOD=100-200mg/L2 2 2 2、NH4-N=40-60mg/LNH4-N=40-60mg/LNH4-N=40-60mg/LNH4-N=40-60mg/L 4.7=180-270mgBOD 4.7=180-270mgBOD 4.7=180-270mgBOD 4.7=180-270mgBOD3 3 3 3、
20、污泥好氧稳定能耗、污泥好氧稳定能耗、污泥好氧稳定能耗、污泥好氧稳定能耗50%50%50%50%三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析节节能能降降耗耗工艺和设计工艺和设计运行和管理运行和管理设备和器材设备和器材源头控制、新工艺源头控制、新工艺设计标准和选择设计标准和选择水量、水质水量、水质和运行和运行节能、高效设备节能、高效设备采用材料资源消耗采用材料资源消耗三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析1) 强化预处理降低除碳工艺能耗强化预处理降低除碳工艺能耗1) 1) 强化预处理降低除碳工艺能耗强化预处理降低除碳工艺能耗污水浓度：污水浓度：CODCOD500mg/
21、l500mg/l；排放标准为；排放标准为CODCOD100mg/L100mg/L假设预处理：假设预处理：CODCOD去除率为去除率为40%40%；出水；出水CODCOD为为300mg/L300mg/L预处理：曝气池需要去除预处理：曝气池需要去除200mg/L200mg/L不用预处理：不用预处理： 需要去除需要去除400mg/400mg/三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析1 1、源头控制：新工艺和设计标准选择影响、源头控制：新工艺和设计标准选择影响三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析2) 2) 2) 2) 新工艺技术降低除磷脱氮工艺能耗新工艺技术降低除磷
22、脱氮工艺能耗新工艺技术降低除磷脱氮工艺能耗新工艺技术降低除磷脱氮工艺能耗短程反硝化同步反硝化自养脱氮(厌氧氨氧化)反硝化除磷高氮低碳废水-6NO3 5CH3OH+ + CO2反硝化菌反硝化菌3N26HCO3+ -7H2O+ 需要需要100的的CH3OH1、短程反硝化反应、短程反硝化反应3、ANAMMOX反应反应2、传统反硝化反应、传统反硝化反应1NH4 2O2+ H2O+ NO3 -2H+ 0.5NH4 0.75O2+ 氨氧化菌氨氧化菌+0.5H2O+ 0.5NO2 -H+ +亚硝酸盐氧化菌亚硝酸盐氧化菌+节约节约62.5%的的O 硝化反应：硝化反应：三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节
23、能降耗技术分析2) 2) 通过除磷脱氮新工艺节能降耗通过除磷脱氮新工艺节能降耗通过除磷脱氮新工艺节能降耗通过除磷脱氮新工艺节能降耗NO2 -+ 厌氧氨氧化菌厌氧氨氧化菌N2+ 2H2ONH4 +节约节约62.5的氧和的氧和100碳源碳源3) 3) 3) 3) 改变污水处理政策和标准强化污泥处理改变污水处理政策和标准强化污泥处理改变污水处理政策和标准强化污泥处理改变污水处理政策和标准强化污泥处理a)a)改变低负荷好氧稳定技术改变低负荷好氧稳定技术改变低负荷好氧稳定技术改变低负荷好氧稳定技术b)b)厌氧消化产生能源：解决厌氧消化产生能源：解决厌氧消化产生能源：解决厌氧消化产生能源：解决50%50%
24、能耗能耗能耗能耗( (国内国内国内国内30%)30%)c)c) 发电发电发电发电 3535利用率，利用率，利用率，利用率，2kW.h/m2kW.h/m3 3沼气；热利用沼气；热利用沼气；热利用沼气；热利用率率率率40%;40%;三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析用作汽车或城市燃气用作汽车或城市燃气用作汽车或城市燃气用作汽车或城市燃气BACK2 2 2 2、根据水量水质调节节能降耗、根据水量水质调节节能降耗、根据水量水质调节节能降耗、根据水量水质调节节能降耗三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析1) 1) 1) 1) 污水提升泵调频技术污水提升泵调频技术污
25、水提升泵调频技术污水提升泵调频技术 根据流量或水位计进行调整，在线仪表和根据流量或水位计进行调整，在线仪表和根据流量或水位计进行调整，在线仪表和根据流量或水位计进行调整，在线仪表和程序控制，实现较简单：某厂总计采用程序控制，实现较简单：某厂总计采用程序控制，实现较简单：某厂总计采用程序控制，实现较简单：某厂总计采用36363636台变台变台变台变频泵，节电频泵，节电频泵，节电频泵，节电40%40%40%40%，全厂电耗节约，全厂电耗节约，全厂电耗节约，全厂电耗节约6.3%6.3%6.3%6.3%，全年节，全年节，全年节，全年节省省省省500500500500万元。万元。万元。万元。三、污水处理
26、节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析2) 2) 2) 2) 鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术 本质是根据流量、浓度和反应程度调节；本质是根据流量、浓度和反应程度调节；本质是根据流量、浓度和反应程度调节；本质是根据流量、浓度和反应程度调节； 大部分为根据溶解氧浓度进行调控风量；大部分为根据溶解氧浓度进行调控风量；大部分为根据溶解氧浓度进行调控风量；大部分为根据溶解氧浓度进行调控风量； 实现比较困难：实现比较困难：实现比较困难：实现比较困难：a) a) a) a) 溶解氧变化波动大；溶解氧变化波动大；溶解氧变化波动大；溶解氧变化波动大；b) b) b
27、) b) 曝气池有多点溶解氧；曝气池有多点溶解氧；曝气池有多点溶解氧；曝气池有多点溶解氧；c) c) c) c) 与反应关联少与反应关联少与反应关联少与反应关联少三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析2) 2) 鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术鼓风机风量调节技术 呼吸速率仪技术呼吸速率仪技术呼吸速率仪技术呼吸速率仪技术BACK三、污水处理节能降耗技术分析三、污水处理节能降耗技术分析1)1)建筑材料和施工方法建筑材料和施工方法2)2)曝气设备革新曝气设备革新3 3 3 3、处理厂节能降耗产品和设备、处理厂节能降耗产品和设备、处理厂节能降耗产品和设备、处理厂节能降耗产品和设备Biolack工艺工艺土建曝气池的土建曝气池的A2O工艺工艺青岛城阳利浦技术青岛城阳利浦技术北京市环境保护科学研究院010-68314675
