中国给水排水2020年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 (第十一届)邀请函暨征稿启事
 
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污水厂碳排放模型建立与碳中和运行潜力测算 肇倩莹

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-08-02  浏览次数:91
核心提示:污水厂碳排放模型建立与碳中和运行潜力测算 肇倩莹
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2020年中国无废城市建设及固废资源化利用可持续高质量发展大会
 

污水厂碳排放模型建立与碳中和运行潜力测算

肇倩莹  
【摘要】:近年来,人们对全球变暖和极端气候的关注度越来越高,碳排放的危害及碳减排的重要性也逐渐深入人心,各行各业在追求飞速发展的同时,也将目光转向了其对环境造成的影响。污水处理厂是高能耗、高碳排放的产业之一,各国学者在建立了多种污水厂碳排放计算模型的同时,也认识到污水处理厂中有着较为可观的潜在能源,通过合理有效的能源回收工艺,对以往被人们忽略掉的资源、能源加以利用,可以实现对污水厂碳排放的弥补。目前普遍采用的污水厂碳排放模型种类繁多,但评价的规模、精细程度、简易性及适用性却参差不齐,若想得到更加贴近整个污水厂实际处理过程的碳排放量,单一使用一个模型显得较为乏力,且能源回收工艺的原料多为厂内处理流程中的产物(如污泥、处理出水等),对其他来源废弃物利用的研究较少。本研究基于生化反应中污染物降解规律对污水处理流程的各个工艺单元进行物料衡算和能耗核算,重点对Sotemann污泥厌氧消化稳态模型中的关键参数进行实测修正,获得各段不同来源、不同形式的碳排放清单及其计算方法。建立了污水源热泵、污泥厌氧消化沼气回收和农业废弃物碳源利用的碳补偿能力测算方法,构建了完整的污水厂碳排放与碳中和核算模型。此模型的计算结果使污水厂处理流程中各工艺单元的碳排放水平更加直观,便于识别高碳排放单元及其主要碳排放源,可以为污水厂的升级改造提供建议。通过对污水厂生物处理单元和污泥厌氧消化单元进行物料衡算,得到好氧池中COD的降解量(CODO)以及消化池甲烷产量,以明确二者能源消耗和能源产生的潜力。着重探讨了 Sotemann厌氧消化稳态模型中初级污泥不可生物降解组分(fPS'up)的取值,提出对其进行实测修正的必要性,给出了该值的实测方法以及甲烷产量的计算步骤。物料衡算得到的结果更加贴近污水厂运行的实际情况,对污水厂重要单元的运行状况做到更直观的了解。梳理并总结了污水厂各处理电能和热能的计算方法。处理流程中主要用电设备的能耗直接通过功率与工作时间的乘积进行计算,其中对于污水提升泵房和生物池曝气系统两大高耗能单元,基于其工作原理以及物料衡算的结果,额外进行了理论耗电量的计算,以便诊断二者是否存在能源浪费情况。污水厂热能消耗只计入污泥厌氧消化池对热能的需求,参照《给水与排水手册5》的相关方法进行计算。基于物料衡算、能耗核算的结果,对污水厂C02、N20和CH4不同来源的排放量计算方法进行梳理与总结。CO2的排放来自电耗、热耗、药耗,排放量通过能源消耗量与能源的碳排放系数相乘得到,其中电能的碳排放系数根据2016年供电标准煤耗的数据进行了重新计算,从原来的0.998kgCO2/kW·h降低至0.83kgCO2/kW·h。热能消耗的碳排放量通过煤和天然气的碳排放系数及燃烧热值进行计算,结果为3.8×10-4kgC/kcal(燃煤)和2.31×10-4kgC/kcal(天然气)。药剂的碳排放系数来自对已有研究的参考和总结。CH4排放量只计入没有沼气收集的厌氧消化池产生的甲烷,排放量为物料衡算甲烷产量的预测结果。N2O的排放量的计算参考现有研究中不同污水二级处理工艺N2O的碳排放因子的经验数值,其排放量为TN削减量与碳排放因子的乘积。CH4和N2O的排放量通过与各自的增温趋势倍数相乘得到碳排放的折算值。考察了农业废弃物固体碳源、污水源热泵、沼气回收三种能源回收工艺的碳补偿潜力。通过对玉米、水稻、小麦的草谷比、收集方式、产量等数据的收集与总结,计算的到三种农作物秸秆脱1kg硝氮的碳排放量分别为:玉米芯1.43kgC/kgN、玉米秸秆1.75kgC/kgN、水稻秸秆1.80kgC/kgN。污水源热泵的能量回收量通过国家水源热泵机组国家标准和能量测算方法进行计算,沼气回收工艺根据沼气的燃烧热值及不同工艺的效率进行计算。将建立的碳排放模型和碳补偿计算方法应用于抚顺三宝屯污水处理厂。拟为污水厂设置污泥厌氧消化单元,通过对生物池和污泥厌氧消化单元的物料衡算,发现好氧池降解的COD的量为12610.24kg/d,初级污泥中不可生物降解组分的实际测定值为0.4,甲烷的预期产量为8kg/m3进水。污水厂目前的碳排放量为138778kgCO2/d,各处理段的碳排放量分布为二级处理段63.16%、污水深度处理16.49%、预处理15.86%、污泥处理4.49%。污水厂现有污水源热泵系统的最大碳补偿率为12.15%,在采用3种建议的能源回收工艺之后,污水厂的最大碳补偿率将达到85.81%。
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X703;X322
 
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