一种零能耗污水处理厂评价模型及评价方法技术

本发明专利技术公开了一种零能耗污水处理厂评价模型及评价方法，零能耗污水处理厂评价模型的表达式为：A≤η

【技术实现步骤摘要】
一种零能耗污水处理厂评价模型及评价方法


[0001]本专利技术涉及生物热力学、化学计量学等
，特别是涉及一种零能耗污水处理厂评价模型及评价方法。

技术介绍

[0002]随着污水排放标准日益严格，污水处理过程中能源消耗量显著提高。实现“碳中和”，减少能源消耗成为了污水处理厂的主要目标。理论上采用热电联产厌氧消化技术，可以使污水中的化学能转化为污水处理厂运行所需的能量。为了促进零能耗污水处理厂的工程应用，需要对此类技术系统进行理论评估。
[0003]然而，现有的零能耗评价模型大多基于灰盒模型和生命周期评估，只关注宏观物质转化和能量流动，以及污水处理厂整体能量平衡和环境特征，而忽略了微生物代谢的物质和能量转换过程，因而无法建立微生物代谢特征与污水处理厂能量回收的有效关系。此外，污水处理厂从废水中回收化学能的边界条件仍不清楚，这限制了污水中化学能的利用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的就在于提供一种零能耗污水处理厂评价模型及评价方法，该零能耗污水处理厂评价模型基于微生物代谢和能量平衡构建而成，有利于促进污水中化学能的利用，并且利用该零能耗污水处理厂评价模型能有效判断污水处理厂是否能够实现零能耗。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种零能耗污水处理厂评价模型，所述零能耗污水处理厂评价模型的表达式如下：
[0007][0008]A≤η
a
≤60％
ꢀꢀꢀ
(2)
[0009]如果或则A＝25％；
[0010]如果则
[0011]式中：μ为比能耗，kW
·
h/kg COD，表示每去除单位COD所需消耗的电能；
[0012]M
ana
为微生物合成代谢每日消耗的有机物的质量，COD kg/d；
[0013]M
o
为每日进水总的有机物质量，COD kg/d；
[0014]η
a
为厌氧消化效率，％；
[0015]η
r
为热电联产机组的热效率，％；
[0016]η
e
为热电联产机组的电效率，％；
[0017]G为沼气产量，取0.35m3/kg COD；
[0018]E为沼气热值，取11kW
·
h/m3；
[0019]T为污泥厌氧消化时间，d；
[0020]J为单位体积搅拌所需能量，取0.008kW/m3；
[0021]f为混合液挥发性悬浮物固体浓度MLVSS与混合液悬浮物固体浓度MLSS之比；
[0022]ρ
s
为污泥密度，kg/m3；
[0023]H为污泥的含水率，％；
[0024]C
S
为污泥的比热容，kJ/kg
·
℃；
[0025]Δt为输入污泥与厌氧消化的温差，℃。
[0026]进一步地，所述零能耗污水处理厂评价模型是在满足如下条件的前提下，通过微生物代谢和能量平衡构建得到，需满足的条件包括：
[0027](1)产生的电能P
e
抵消污水处理所需电能E
n
和污泥厌氧消化所需电能E
diges
，即：
[0028]P
e
＝E
n
+E
diges
ꢀꢀꢀ
(3)
[0029](2)污泥厌氧消化过程和热电联产过程的热回收量P
h
和厌氧消化过程的热消耗量H
t
满足下式：
[0030]P
h
≥H
t
ꢀꢀꢀ
(4)。
[0031]进一步地，零能耗污水处理厂评价模型具体构建过程如下：
[0032]比能耗μ由下式表示：
[0033][0034]则污水处理所需电能E
n
为：
[0035]E
n
＝μM
o
ꢀꢀꢀ
(6)
[0036]关于污水处理厂中物质代谢流，有机物的总量被分为两部分，一部分通过微生物分解代谢消耗，另一部分通过微生物合成代谢消耗，所以得到的定量关系式如下：
[0037]M
o
＝M
cata
+M
ana
ꢀꢀꢀ
(7)
[0038]式中：M
cata
为微生物分解代谢每日消耗的有机物的质量，COD kg/d；
[0039]微生物通过合成代谢产生的污泥量M
ts
与有机污泥量M
vs
的关系式如下：
[0040]M
vs
＝fM
ts
ꢀꢀꢀ
(8)
[0041]而生物质组成一般用C5H7O2N表示，1.00g C5H7O2N相当于1.42g COD，因此，M
ana
可用下式表示：
[0042]M
ana
＝1.42M
vs
ꢀꢀꢀ
(9)
[0043]关于污水处理厂的能源消耗，污泥厌氧消化的两个能量消耗来自污泥厌氧消化过程中的搅拌和加热，污泥厌氧消化所需电能E
diges
与污泥输入量Q
s
和污泥厌氧消化时间T的关系式如下：
[0044]E
diges
＝24
·
T
·
Q
s
·
J
ꢀꢀꢀ
(10)
[0045]污泥输入量Q
s
可由式(12)计算：
[0046][0047]将式(11)代入式(10)，得到式(12)。
[0048][0049]并由式(8)、式(9)和式(12)可得：
[0050][0051]热消耗量包括污泥厌氧消化池的热损失量和提高输入污泥的温度所需的热消耗量，污泥厌氧消化池的热损失量通常是污泥热消耗量的2～8％，设定污泥厌氧消化池的热损失量为污泥热消耗量的8％，因此，厌氧消化过程的热消耗量H
t
为：
[0052][0053]关于污水处理厂的能源回收，回收的总能量P
t
的计算方法如下：
[0054]P
t
＝M
ana
·
η
a
·
G
·
E
ꢀꢀꢀ
(15)
[0055]产生的电能P
e
和热回收量P
h
分别由式(16)和式(17)计算：
[0056]P
e
＝P
t
η
e
＝M
ana
·
η
a
·
η
e
·
G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零能耗污水处理厂评价模型，其特征在于，所述零能耗污水处理厂评价模型的表达式如下：A≤η
a
≤60％
ꢀꢀꢀꢀ
(2)如果或则A＝25％；如果则A＝25％；如果则式中：μ为比能耗，kW
·
h/kgCOD，表示每去除单位COD所需消耗的电能；M
ana
为微生物合成代谢每日消耗的有机物的质量，CODkg/d；M
o
为每日进水总的有机物质量，CODkg/d；η
a
为厌氧消化效率，％；η
r
为热电联产机组的热效率，％；η
e
为热电联产机组的电效率，％；G为沼气产量，取0.35m3/kgCOD；E为沼气热值，取11kW
·
h/m3；T为污泥厌氧消化时间，d；J为单位体积搅拌所需能量，取0.008kW/m3；f为混合液挥发性悬浮物固体浓度MLVSS与混合液悬浮物固体浓度MLSS之比；ρ
s
为污泥密度，kg/m3；H为污泥的含水率，％；C
S
为污泥的比热容，kJ/kg
··
℃；Δt为输入污泥与厌氧消化的温差，℃。2.根据权利要求1所述的一种零能耗污水处理厂评价模型，其特征在于，所述零能耗污水处理厂评价模型是在满足如下条件的前提下，通过微生物代谢和能量平衡构建得到，需满足的条件包括：(1)产生的电能P
e
抵消污水处理所需电能E
n
和污泥厌氧消化所需电能E
diges
，即：P
e
＝E
n
+E
diges
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)(2)污泥厌氧消化过程和热电联产过程的热回收量P
h
和厌氧消化过程的热消耗量H
t
满足下式：P
h
≥H
t
ꢀꢀꢀ
(4)。3.根据权利要求2所述的一种零能耗污水处理厂评价模型，其特征在于，零能耗污水处理厂评价模型具体构建过程如下：比能耗μ由下式表示：则污水处理所需电能E
n
为：E
n
＝μM
o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
关于污水处理厂中物质代谢流，有机物的总量被分为两部分，一部分通过微生物分解代谢消耗，另一部分通过微生物合成代谢消耗，所以得到的定量关系式如下：M
o
＝M
cata
+M
ana
ꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：M
cata
为微生物分解代谢每日消耗的有机物的质量，CODkg/d；微生物通过合成代谢产生的污泥量M
ts
与有机污泥量M
vs
的关系式如下：M
vs
＝fM
ts
ꢀꢀꢀꢀ
(8)而生物质组成一般用C5H7O2N表示，1.00gC5H7O2N相当于1.42gCOD，因此，M
ana
可用下式表示：M
ana
＝1.42M
vs
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)关于污水处理厂的能源消耗，污泥厌氧消化的两个能量消耗来自污泥厌氧消化过程中的搅拌和加热，污泥厌氧消化所需电能E
diges
与污泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏鹏，刘伟鑫，施洪鑫，王杰源，乔丽丽，李婕，李文静，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：