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GL环境:GPS-X模型应用案例
污水处理厂能效管理:从减排,节能到能源回收
项目介绍
随着欧盟对气候和能源问题的关注,污水处理厂的能效也逐渐成为污水处理厂的管理目标。在过去几年中,污水处理厂实施了多种技术来提高污染物去除效率,以达到不断严格的排放标准。这个案例介绍了基于模拟评估和改善现有污水处理的性能,以及节能和能源再生的优化方案,并在意大利最大的污水处理厂的实际应用。
方法
污水处理厂:Castiglione Torinese处理城市和工业废水,平均流量约为600000 万方/天,由格栅、除砂除脂、初沉淀、缺氧及曝气、二沉淀和过滤等单元组成,污泥处理由预浓缩、中温厌氧消化、后浓缩和最终脱水等单元组成。
数据收集:研究的基础数据来源于各处理单元进、出口20天的实际采样,采样间隔1.5小时,测定了样本的总COD、可溶性COD、上清COD、总悬浮固体、总氮、氨氮、硝酸盐浓度。能耗数据则是从每台机电设备的标签上采集功率、电压等相关参数。
污水处理厂模型:建模采用GPS-X软件平台,图1显示了污水处理厂的概化模型和数据收集情况。
图1 污水处理厂模型,包括了采样类型和采样位置,其中(L)实验室测量,(S)在线测量,(PS)便携式设备和在线测量,(LS)实验室和在线测量
模型应用
污水处理厂性能评估指标:为评估污水处理厂在不同条件下的性能,设定了两类评价指标,即污水水质指标和能源指标:
· 污水水质指标:使用不同情况下模拟得到的出水COD、TSS、TN、NH4-N、NO3-N和TKN浓度的平均值和动态规律,可以得出未满足出水要求的时间百分比和超标次数,通过赋予不同污染物相应比例,计算净移动平均出水水质指数(EQI,Effluent Quality Index,单位时间千克污染物公斤)。该指数能够反映超过污水排放限额的污染物负荷量。
· 能源指标:包括模拟期间的累积曝气能耗、混合能耗、泵送能耗和总能耗(Ec)的计算。此外,根据慢生物降解基质(Xs)和活性异养生物量(Xbh)的模拟结果,按照图2所示的过程估算出沼气所产生的总能量。
模拟情景:为了模拟不同污泥龄(SRT)下的出水水质指标及能耗,进行了若干动态模拟。为减小初始条件对模型结果的影响,作者在不同情景下都进行了100天的稳态仿真,然后再进行动态仿真,并计算了所有评价指标。图3显示了不同SRT方案在仿真期间的累计出水水质和净能耗对比。
图3 不同SRT情景下模拟得出的能耗和水质指标
模拟结果:模拟结果显示,SRT=25天时EQI最小;SRT=10天时Ec最小,这是由于模型产气量高,曝气能量低。考虑到SRT为25天时所获得的EQI最低,且与其他情景相比Ec值也相对较低,因此选择该情景作为非支配情景。根据监测结果,Castiglione Torinese污水处理厂目前运行的电耗为0.3 kWh/m3,结合模拟结果,在实际运行中电耗可降低到0.28 kWh/m3左右。对于泥线,主要讨论了热碱处理对于产气的影响。通过实验,发现经过热碱处理后的废活性污泥产气量更高
文章展望了未来的模型工作:
在现有模型中增加沼气处理环节,以便全面地评估不同方案。基于已开发的MCBioCH4模型进行评估,重点关注三个目标:
1) 根据可实现的气体流量估算生物甲烷气的产能;
2) 根据所选择的沼气处理工艺重新定义污水厂的厌氧消化运行;
3) 考虑生物甲烷作为化石燃料的替代能源,从全生命周期的视野计算整个系统对环境的影响。
原文题目:
Sina Borzooei, Giuseppe Campo, Alberto Cerutti, Lorenza Meucci, Deborah Panepinto, Marco Ravina, Vincenzo Riggio, Barbara Ruffino, Gerardo Scibilia, Mariachiara Zanetti (2019). Optimization of the wastewater treatment plant: From energy saving to environmental impact mitigation. Science of The Total Environment, V691, P1182-1189
原文地址:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719333558#f0025
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