中国给水排水2022年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十三届)邀请函暨征稿启事
 
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MBR工艺可持续性能量化评价 郝晓地,等

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-03  浏览次数:332
核心提示:MBR工艺可持续性能量化评价 郝晓地,等
中国给水排水2022年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十三届)邀请函暨征稿启事

 中国给水排水2022年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十三届)邀请函暨征稿启事
 

MBR工艺可持续性能量化评价

2016-03-02 郝晓地,等  中国给水排水

 

 

编者按
目前, MBR工艺在国内污水处理厂的应用越来越多,但业界对该工艺也存在诸多争议。可持续是未来污水处理技术发展的核心内容,而能源消耗将在很大程度上决定可持续工艺发展的未来。在这一背景下,作者通过建立定量评价模型,综合评价了MBR工艺的优、劣特性,并指出了其未来发展方向。

 


可持续性能评价模型构建
参照污水处理工艺选择一般性评价方法进行建模,考虑三方面内容:1)投资与运行费用,主要包括基本建设与运行管理费用;2)运行效果及其稳定性,涵盖工艺对涉及污染物的去除效果、工艺运行稳定性、工艺运行管理复杂性等指标;3)工艺资源回收与利用程度,主要考量工艺对资源的回收与利用能力。据此,MBR工艺可持续性可用公式(1)所示的可持续性评价指数(SI)来表示,涉及参数及含义见表1。
式(1)中α、β、γ为权重值,应满足2个边界条件:1)α + β + γ = 1;2)三个权重值在实际工程中具有一定合理取值区间:α³0.2、β£ 0.4、γ £ 0.4,即,三个权重值不应相差悬殊。C、P、E为描述上述模型涉及内容的三个综合指标,它们分别为MBR工艺与传统工艺各子项指标比较(倍值)之和。工艺比较时,子项指标比值小于1意味着MBR工艺较传统工艺在此方面占优势;反之,子项指标比值大于1时则处于劣势。为此,可将式(1)拓展为如式(2)表示的子项指标优、劣因子(倍值)平均值的形式,以下标i表示某优势/劣势子指标,l、m、n表示所含子指标个数。

 

表1   模型中参数与含义

参数

含义

评价或计算方法

SI

可持续性评价指数

衡量MBR工艺相对传统工艺可持续性的相对数,计算方法参考公式(1)、(2

C

污水处理厂基建与运行费用指标

子项指标优、劣因子倍值平均值:1<1时,表示优势主导;2>1时,表示劣势主导;3=1时,无优、劣之分,不计入计算

P

工艺运行效果及稳定性指标

E

工艺资源回收与利用指标

α

污水处理厂基建与运行费用指标(C)权重值

表征资金因素对污水厂基建及

运行限制程度:在资金流充足

情况下,α取值相对偏小

β

工艺运行效果及稳定性指标(P)权重值

表示出水水质及运行过程稳定

性对工艺要求的严格程度:出

水质标准执行较低标准时,

β值可适当偏小

γ

工艺资源回收与利用指标(E)权重值

代表污水处理工艺对资源回收

与利用程度:污水处理厂要求

较高回收与利用资源能力时,

γ值相对偏大

CCI

污水处理厂基建费用指标

污水处理厂总投资费用,包括

污水处理厂基建与设备、安

费用

OCI

污水处理厂运行费用指标

污水处理厂实际运行管理费

用,包含能源消耗费、污泥处

处置费、药剂投加费、人

费、管理费、设备维修费及

备折旧费等

EQI

工艺对涉及污染物去除率指标

其值采用MBR膜过滤对SS截留

的作用及相关污染物去除效率

衡量

PRI

工艺稳定性指标

相对传统工艺运行稳定性得出的参考值

PMI

工艺运行和管理指标

对比传统工艺运行和管理复杂

程度得出的参考值

LI

土地资源指标

表征采用MBR工艺污水处理厂

在所在区域/城市的实际占地

势效益

ECI

能源消耗指标

有别于运行能耗费用,主要考

虑能源消耗量,以MBR工艺与

传统工艺能源消耗比值衡量

ORI

其他资源指标

特指MBR工艺对污水中资源回

收与利用能力,为对比传统工

艺资源回收利用程度而得出的

参考值

模型计算与评价流程

模型的计算方法与评价流程如图1所示。

 

图1    模型计算与评价流程

 

模型计算参数值选取参考的相关依据
 国内部分MBR工艺基建费用

污水处理厂名称

采用工艺

基建费用

(/m3·d)

江苏无锡硕放污水处理厂

A2/O+MBR工艺

4 300

江苏无锡梅村污水处理厂

A2/O+MBR工艺

3 100

江苏无锡新城污水处理厂

A2/O+MBR工艺

3 300

北京石景山万达广场

MBR工艺

4 100

湖南省某高速公路生活污水

MBR工艺

3 067

平均基建投资

-

3 500


部分国内外MBR工艺污水处理厂运行状况

污水处理厂

规模

(万m3/d)

出水水质

备注

North Las Vegas,美国内华达州

11.4

0.1 mg P/L TP,0.3 mg N/L (NH4+–N月最大值)

生物脱氮除磷、化学强化,2011年运行

广州京溪污水处理厂

10

2 mg N/LNH4+–N

生物脱氮除磷、化学强化,2010年运行

Yellow River,Gwinnett Co.,美国乔治亚州

8.3

0.3 mg P/L TP,1 mg N/L (NH4+–N月最大值)

生物脱氮除磷、化学强化,2011年运行

Ballenger,Frederick Co., 美国马里兰州

7.6

3 mg N/LTN,0.3 mg P/L TP年平均值)

生物脱氮除磷、化学强化,2013年运行

无锡城北污水处理厂四期工程

5.0

0.5 mg N/LNH4+–N

生物脱氮除磷、化学强化,2010年运行

Cox Creek, AnnArundel Co.,美国马里兰州

4.5

3 mg N/LTN,0.3 mg P/L TP年平均值)

生物脱氮除磷、化学强化,2013年运行

Broad Run,Loudoun Co., 美国弗吉尼亚

4.2

3 mg N/LTN, 0.1 mg P/L TP年平均值)

生物脱氮除磷、化学强化,2008年运行

Henderson, 美国内华达州

3.4

0.2  mg P/LTP,未来0.1 mg P/L), 10 mg N/L

TN,最大值)

生物脱氮除磷、化学强化,2012年运行

Spokane Co., 美国华盛顿州

3.2

10 mg N/LTN, 0.05 mg P/L TP)(四月至十月)

生物脱氮、化学磷,2012年运行

Redlands, 美国加州

2.5

0.1 mg N/LNH4+–N

生物脱氮,2004年运行

Traverse City, 美国密歇

3.2

1 mg N/LNH4+–N,0.5  mg P/LTP,月最大值)

生物脱氮除磷、化学强化,2004年运行

Gippsland,Traralagon, VIC,澳大利亚

1.5

4 mg N/L

TN, 1  mg P/L

TP,月最大值)

生物脱氮除磷、化学强化,2011年运行

Clovis, 美国加州

1.06

0.1 mg N/LNH4+–N, 8 mg N/L TN

生物脱氮,2009年运行

 

不同区域/城市MBR工艺占地效益因子(ξ)

       规模

分区

特大城市

大城市

中、小城市

一区

1.00 ~ 1.40

1.40 ~ 1.80

1.80 ~ 2.10

二区

1.40 ~ 1.70

1.70 ~ 2.10

2.10 ~ 2.40

三区

1.60 ~ 2.00

2.00 ~ 2.30

2.30 ~ 2.67

注:1. 城市大小界定范围参考国内关于城市人口数量区分城市大小标准;2. 分区界定参考国内对全国省份划分布局分区标准;3. 某些特定城市,因其长期发展规划,可相应调整适合的ξ值大小。

 

部分国家传统工艺能耗值

德国

英国

西班牙

美国

澳大

利亚

荷兰

中国

平均能耗

(kWh/m3)

0.67

0.64

0.53

0.45

0.39

0.36

0.29


国内部分污水处理厂能耗值

污水处理厂名称

规模

(万m3/d)

能耗

(kWh/m3)

备注

北京航天城污水处理厂

0.72

0.283

无污泥消化

上海西区污水处理厂

1.2

0.218

上海曹杨污水处理厂

2.0

0.232

上海东区水质净化厂

3.4

0.395

西安北石桥污水处理厂

15

0.280

北京高碑店污水处理厂

50

0.150

有污泥消化

天津纪庄子污水处理厂

26

0.162

太原北郊污水处理厂

1.4

0.255


不同污水处理厂应用MBR工艺升级改造前、后能耗值

污水处理厂名称

规模

(万m3/d)

能耗(kWh/m3)

能源消耗指标

ECI

2/1

改造前(1

改造后(2

江苏无锡硕放污水处理厂

2

0.30

0.70

2.33

江苏无锡梅村污水处理厂

3

0.35

0.60

1.71

江苏无锡新城污水处理厂

3

0.21

0.65

3.10

一区特大城市和三区中小城市部分模型参数确定

工艺所处地域

参数

选取依据

数值

一区

特大城市

ξ

城市发展紧凑,用地紧张,占地优势效益明显

1.00

ECI

污水处理厂采用新型节能MBR技术

3.00

α

建设污水处理厂资金流较为充足

0.20

β

污水处理厂出水执行较高标准

0.40

γ

污水处理厂建设提倡“节能减排、资源回用”理念

0.40

三区

中小城市

ξ

城市土地资源充裕,用地充足,占地优势效益甚微

2.67

ECI

污水处理厂采用新型节能MBR技术

3.00

α

建设污水处理厂资金流稍有不足

0.40

β

污水处理处理厂出水执行较低标准

0.20

γ

污水处理厂建设提倡“节能减排、资源回用”理念

0.40

 

可持续性能评价结果

不同区域/城市MBR工艺可持续性能评价指数(SI)计算结果

对MBR工艺产生的可持续性能评价指数(SI)模型计算结果显示,MBR工艺较传统工艺来说在可持续性方面表现不佳,或者说,MBR从本质上来说并不是一种可持续性工艺。究其原因,主要是过高的能耗与运行成本完全掩蔽了其在良好出水水质与紧凑占地方面的优势。着眼于可持续角度,MBR工艺要想取得持久性发展,对无污染、不堵塞膜材料的突破性研发无疑将是根本性命题。否则,MBR工艺迟早会被与它有着相同优势而能耗又低的好氧颗粒污泥技术所取代。
(本文更详细内容参见将于2016年4月出版的《中国给水排水》第7期“MBR工艺可持续性能量化评价”,作者为北京建筑大学可持续污水处理技术研发中心 郝晓地、李季、曹达啟)

杂志简介

《中国给水排水》是面向全国给水排水和环境工程界的专业性科技期刊,具有较高的理论导向性和较强的工程实践性,被称为中国水行业的首席杂志、中文核心期刊、中国百强科技期刊中国精品科技期刊、中国科学引文数据库来源期刊(CSTP)。

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