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昆明市污水处理厂能耗分析与节能技术研究

作　者: 邹许鑫
导　师: 罗卓英
学　校: 昆明理工大学
专　业: 市政工程
关键词: 污水处理能耗节能
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

污水处理是能源密集型的综合技术,污水处理厂内耗费的能量是电能。伴随中国经济高速发展而来的能源危机和环境危机,人们更加关注其中的能耗问题。为建设资源节约型、环境友好型社会,需要开展高能源资源的利用效率的污水处理先进适用技术。根据资料表示,城市污水处理厂电耗约占总能耗60～90%,主要用于污水、污泥的提升,生物系统的供氧以及污泥处理这几个工艺过程。本文主要研究的是昆明市主城区污水处理厂的能耗情况,重点是电耗问题。在调研获得昆明市六个污水处理厂的一年内的运营状况资料后,分析各处理工艺、各设备的电耗情况,获得昆明市主城区污水处理厂工艺的能量利用特点,以及处理厂各工序主要系统的能耗水平,常用设备的装机容量和实际利用容量状况,对直接能耗(主要是吨水电耗)费用作出评估。结合能量衡算法分析污水处理厂各处理单元能量消耗情况,对污水处理厂能量传递过程进行分析。根据分析结果对城市二级污水处理工艺中耗费电能最多的曝气设备展开具体的研究。对曝气方式,曝气池溶解氧的转移规律,影响氧气转移的因素展开研究,描述和理解溶解氧的传递过程,提出模糊PID控制加强对曝气设备的控制,对工艺设计提供理论上的技术指导优化运行,为污水处理厂的节能设计提供理论依据。污水厂中的曝气池是一个复杂的微生物生态反应系统,污水厂的处理过程中,溶解氧DO的需求量是在有规律地变化着。它是重要的指示性参数,不仅影响污水处理效果,还关系到运行费用。随着污水处理过程中负荷的变化,需氧量也随之变化。采用模糊PID控制算法通过供气量的控制,随反应过程提供所曝气过程所需的氧,达到比较明显的节能效果,解决污水处理厂中广泛存在的溶解氧控制问题,从污水厂的自动化控制的上方面满足工艺需求,达到曝气机的节能的目的。保障污水处理厂正常的、连续、低能耗的运行。针对污水处理厂中各种泵的电耗问题,探讨影响污水泵效率的原因,提出以变频调速、削切叶轮等的对污水处理厂各种泵中的节能措施。结合昆明地区的特点对适合地区特点的污泥农用和堆肥技术进行探讨,期望回收污泥中能够得到利用的部分能量,达到节能、减排、增效的目的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-16
  1.1 研究背景  11-12
    1.1.1 我国水污染现状  11-12
    1.1.2 我国城市污水处理的现状  12
  1.2 城市污水处理厂能耗概况  12-14
    1.2.1 我国城市污水处理厂能耗  12-13
    1.2.2 国外城市污水处理厂能耗  13
    1.2.3 国内外关于污水厂能耗分析和节能技术的研究背景  13-14
    1.2.4 污水厂节能研究存在的问题和主要发展趋势  14
  1.3 主要研究内容  14-15
  1.4 主要创新点  15-16
第二章昆明市污水处理厂工艺及现状调研  16-47
  2.1 昆明市污水处理厂概况  16-19
    2.1.1 基本情况  16-18
    2.1.2 污水厂能耗概况  18-19
  2.2 污水处理A厂  19-23
    2.2.1 基本情况  19
    2.2.2 工艺流程、主要构筑物及工艺参数  19-20
    2.2.3 运营情况和主要用电设备  20-22
    2.2.4 用电负荷电耗比例  22-23
  2.3 污水处理B厂  23-27
    2.3.1 基本情况  23
    2.3.2 工艺流程  23-24
    2.3.3 运营情况和主要用电设备  24-26
    2.3.4 用电负荷电耗比例  26-27
  2.4 污水处理C厂  27-31
    2.4.1 基本情况  27
    2.4.2 工艺流程  27-28
    2.4.3 运营情况和主要用电设备  28-30
    2.4.4 用电负荷电耗比例  30-31
  2.5 污水处理D厂  31-35
    2.5.1 基本情况  31
    2.5.2 工艺流程  31-32
    2.5.3 运营情况和主要用电设备  32-34
    2.5.4 用电负荷电耗比例  34-35
  2.6 污水处理E厂  35-39
    2.6.1 基本情况  35
    2.6.2 工艺流程  35-36
    2.6.3 运营情况和主要用电设备  36-38
    2.6.4 用电负荷电耗比例  38-39
  2.7 污水处理F厂  39-43
    2.7.1 基本情况  39
    2.7.2 工艺流程  39-40
    2.7.3 运营情况和主要用电设备  40-42
    2.7.4 用电负荷电耗比例  42-43
  2.8 各污水厂运行情况及总污染负荷去除情况  43-44
  2.9 各污水厂运行用电负荷分析  44-46
  2.10 本章小结  46-47
第三章曝气能耗分析与节能技术  47-59
  3.1 污水处理工艺的能量恒算分析  47-50
  3.2 曝气的方式  50-51
  3.3 影响氧气转移速率的因素  51-53
    3.3.1 温度、压力的影响  51
    3.3.2 氧转移的推动力与溶解氧浓度的影响  51
    3.3.3 液体的紊动的影响  51
    3.3.4 污水中不同杂货的特性影响  51-52
    3.3.5 气泡的影响  52-53
  3.4 曝气节能原理  53-55
    3.4.1 水中气泡形成  54
    3.4.2 水中气泡中氧气的传递  54
    3.4.3 气泡的大小与上升速度  54
    3.4.4 气泡的大小与氧的溶解速率的关系  54-55
  3.5 曝气池气量节能控制  55-56
  3.6 用MATLAB建立DO控制器模型  56-58
  3.7 本章小结  58-59
第四章污水处理厂曝气智能PID节能控制  59-73
  4.1 常见的过程控制  59-61
    4.1.1 反馈控制  59-61
    4.1.2 前馈控制  61
    4.1.3 串级控制  61
  4.2 溶解氧控制中的模糊控制  61-68
    4.2.1 模糊控制的概念  62
    4.2.2 模糊控制器的输入变量和输出变量  62-68
  4.3 模糊PID控制技术原理  68-70
  4.4 模糊PID技术对鼓风曝气的节能控制  70
  4.5 曝气节能潜力分析  70-72
  4.6 本章小结  72-73
第五章污水泵能耗分析与节能技术  73-80
  5.1 影响污水泵效率的主要因素及其产生的原因  73-74
    5.1.1 污水厂和污水泵的设计选型  73
    5.1.2 泵轮的制造质量问题  73-74
    5.1.3 污水泵壳和泵轮的表面平滑度  74
    5.1.4 泵壳和泵轮的腐蚀问题和泵轮的气蚀问题  74
  5.2 污水泵节能方法  74-78
    5.2.1 变频调速  74-76
    5.2.2 削切叶轮  76-77
    5.2.3 泵轮制造质量的弥补措施  77
    5.2.4 泵壳和泵轮的表面处理和抗腐蚀处理  77-78
  5.3 泵节能潜力分析  78-79
  5.4 本章小节  79-80
第六章污泥处理能耗分析与节能技术  80-83
  6.1 适合昆明地区污泥节能减排处置的方法探讨  80-82
    6.1.1 污泥农用  80-81
    6.1.2 污泥堆肥  81-82
  6.2 本章小结  82-83
第七章结论与建议  83-85
  7.1 结论  83-84
  7.2 问题和建议  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-90
附录  90

昆明市污水处理厂能耗分析与节能技术研究

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