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

联系我们

加拿大GL环境科技有限公司

info@gl-environment.com（技术咨询）

sales@gl-environment.com（市场合作）