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节能降耗论文(优选5篇)

添加时间:2018-07-03 17:11
        节能降耗是企业的生存之本,树立一种“点点滴滴降成本,分分秒秒增效益”的节能意识,以最好的管理,来实现节能效益的最大化。我们在这里为你整理了五篇节能降耗论文,希望对你有所帮助。

节能降耗论文图片
 
      第一篇:
  题目:城市污水处理厂节能降耗途径
  
 
 摘要:城市污水处理是一种高能耗的产业。污水处理过程消耗的能源主要包括电能和燃料、药剂等。本文从城市污水处理厂的污水提升, 污水处理工艺, 污泥处理以及管理方面, 分析污水处理过程中的耗能情况, 并提出各处理阶段, 特别是污泥厌氧消化工艺的节能降耗途径。综合以上分析, 城市污水处理厂有较大的节能降耗潜力, 通过改进工艺、引进新技术、建立完善的节能管理机制, 将是今后污水处理厂节能降耗的重要途径。
  
  关键词:城市污水处理厂; 节能降耗; 药剂消耗; 管理;
  
  城市污水处理是一种高能耗的产业之一。高能耗造成污水处理运营成本高, 同时也加剧了我国现阶段的能源危机, 我国经济正处于高速发展阶段, 对能源的需求与依赖日益增加。据统计, 2010年我国各城市共有污水处理厂2630座, 污水的日处理量可达到1.22亿m3, 城市污水处理率也可达到73%。污水处理厂在处理污水的过程中会产生大量的污泥。到2010年, 全国污泥的产生量已将近3 000万吨 (以含水率80%计) 。因此, 有效地运行污水处理厂, 污水处理的节能降耗是行业迫切需要解决的问题。
  目前我国污水处理厂的主要处理工艺有普通活性污泥工艺、水解-好氧工艺、AB工艺、A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR及其改进工艺以及土壤处理技术, 其中土壤处理技术还包括土地处理、人工湿地、人工快速渗滤、地表漫流。根据建设部统计, A2/O、氧化沟和SBR工艺在数量和处理能力方面占全国80%左右。
  
  1 我国城市污水处理厂能耗及分布
  
  污水处理过程消耗的能源主要包括电能和燃料、药剂等, 其中, 电耗约占总能耗的90%。目前, 我国城市污水处理厂电耗的平均水平为0.29 k Wh·m-3, 82%以上的污水处理厂能耗高于0.440 k Wh·m-3与欧美等发达国家相比差距较大。据报道, 1999年美国污水处理厂的平均电耗平均为0.20 k Wh·m-3, 日本为0.26 k Wh·m-3, 2000年德国污水处理厂平均电耗0.32 k Wh·m-3, 但这些耗值中均包含了污水消毒、污泥消化与焚烧等我国污水处理厂目前尚未普及的耗能环节[1]。我国每年污水处理约消耗100×108k Wh电, 如果能耗降低20%, 则可以节约电能20×108k Wh, 因此, 我国污水处理产节能降耗的空间是巨大的。
  以普通活性污泥工艺为例, 其中污水生物处理工艺能耗占50%~70%, 主要的能耗单元是曝气池供氧[2], 污水提升部分占能耗10%~20%[3], 污泥处理能耗占10%~25%, 燃料、热能、药剂的能耗耗占10%~40%。
  
  2 城市污水处理厂节能降耗的途径
  
  污水处理厂的能耗分布在污水提升、污水处理和污泥处理的各个单元, 包括设备的电能消耗和污水处理涉及的药剂消耗等。其中, 主要的耗能设备是污水提升泵、回流泵、鼓风机和污泥加热设备[4], 药剂消耗主要发生在除磷、污泥调理和污泥消毒阶段。降低主要耗能设备和工艺的药剂能耗, 将是污水处理过程中节能降耗的重要途径。以城市污水处理的典型工艺流程为例, 分别就各个单元的能耗加以分析。
  
  2.1 污水提升
  
  污水提升泵是污水提升的主要耗能设备, 有较大的节能空间。牛住元等[5]对北京某污水处理厂提升泵实际运行能耗的调查分析, 结果显示该厂污水提升泵电耗占总能耗的17%;提升泵的电耗取决于泵的实际工作扬程, 同时, 构筑物水头损失设计过大, 也会增加污水提升能耗。因此提出在设计阶段采取管道淹没出流和控制跌水高度, 减小出口处水头损失, 来有效降低污水提升高度, 节约能耗。秦怀东等[6]提出了降低泵扬程来节能降耗的措施:总体布置要紧凑, 连接管路要短而直, 尽量减少水头损失;改非淹没堰为淹没堰;尽量采用平流式沉淀池。
  提高提升泵的效率也是节约能耗的重要方面。向伟芳[7]提出可用变频调速技术控制提升泵, 能有效降低泵的能耗。实际运行数据表明, 使用变频调速设备可使水泵平均转速比工频转速降低20%以上, 综合节能效率可达20%~40%。同样情况下, 与用阀门调节流量相比, 可节能40%~60%。
  
  2.2 污水预处理
  
  城市污水处理厂的预处理系统包括格栅和沉砂池。格栅安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端, 用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物, 防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口, 减少后续处理产生的浮渣, 保证污水处理设施的正常运行[8]。虽然格栅的节能空间较少, 但其对后续的全厂设备减少损耗有着重要作用。
  沉砂池用于去除污水中的泥沙等无机颗粒, 从而保证后续处理构筑物的正常运行。常用的沉砂池主要有平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池等, 其中, 曝气沉砂池因含曝气设备而能耗较高, 平流式和旋流式则能耗相对较低。因此, 可以尽量采用平流式和旋流式来降低能耗。
  
  2.3 污水处理
  
  污水处理工艺耗能单元可以从好氧处理和厌氧处理两方面来分析。污水生物处理好氧工艺的曝气系统是主要耗能单元, 寻找曝气系统的节能降耗方法可以大大降低污水处理厂的整体能耗。
  赵宝江等[9]总结了曝气装置的节能措施, 主要包括 (1) 做到精确设计, 选用压力损失小的管材及局部构件, 避免不必要沿长和局部损失; (2) 选用微气泡空气扩散装置, 产生微小气泡使得气、液接触面大, 提高氧利用率; (3) 考虑在单侧设曝气装置, 在水流断面上形成旋转推流, 使得气、液接触充分, 以达到氧的高转移率; (4) 安装自动调节装置, 根据曝气池中的溶解氧浓度自动调节供气量; (5) 采用混合效率更高的潜水搅拌器等来替代曝气设备; (6) 使用方便、故障率低、节能效果明显的变频调速风机。
  金昌权等[2]将风量作为曝气系统节能的指标, 并将其节能途径分为3大类, 第1类通过设备升级等方式提高氧在水中的利用率;第2类是通过模拟和优化运行的方式, 精确控制风量 (在机械曝气系统中表现为曝气设备的开启台数和运行频率的控制) ;第3类是通过变频等技术手段提高鼓风机、机械曝气机的运行效率。
  黄浩华等[10]以北京某污水处理厂二期工程A2/O工艺为例, 研究了A2/O工艺中降低供氧能耗的可行性, 结果表明, 现有污水厂曝气池停留时间过长, 存在过度曝气现象, 并通过小试试验研究提出严格控制曝气池中的溶解氧在2~3 mg·L-1, 并把好氧前段变成缺氧区, 减少曝气段的长度, 以此降低能耗。
  在国外, 节能的曝气控制系统已得到广泛应用。例如VACOMASSR系统, 是由德国Binder公司开发的一套污水处理厂生物池精确曝气控制系统, 能有效降低污水厂的能耗和运行费用。绍兴污水处理厂对此系统进行的对照实验表明, 该系统能节省20.7%的曝气量, 有力的节省了曝气能耗费用[11]。
  厌氧工艺的能耗相比好氧工艺较低, 约占活性污泥工艺的10%[12]。其可以产生沼气, 回收利用之后, 能作为污水厂的能量来源, 而如何提高沼气的收集以及所收集沼气的净化, 将是资源化利用的重要保障。
  
  2.4 污泥处理
  
  污泥处理单元也是耗能较多的部分, 主要包括污泥浓缩、污泥稳定、污泥脱水等。
  常用的污泥浓缩方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。胡锋平等[13]比较了不同污泥浓缩工艺的能耗, 结果表明, 重力浓缩的比能耗在0.02~0.14k Wh·m-1, 气浮浓缩的比能耗在0.2~1.0 k Wh·m-1, 离心浓缩的比能耗在0.5~1.2 k Wh·m-1, 而气浮浓缩中的生物气浮比能耗在0.05~0.12 k Wh·m-1。可见, 重力浓缩的能耗最低, 但由于其浓缩效率低, 可能会造成磷的释放, 将会被逐渐取代。因此, 用生物气浮代替重力气浮是降低污泥浓缩能耗的一种有效途径。
  目前国内常用的污泥稳定技术是厌氧消化占38.04%、好氧消化占2.81%、污泥堆肥占3.45%也有部分被采用, 约55.7%的污水处理厂污泥未经稳定处理[14]。
  厌氧消化的能耗包括热耗和电耗, 热耗主要在于维持消化所需的温度, 而电耗主要在于搅拌和泵输送;好氧消化的能耗则主要在于风机对消化池的曝气。所不同的是, 厌氧消化所生成的沼气能够用于补偿消化时耗费的能量。李维等[15]介绍了北京市高碑店污水处理厂对生化沼气的利用情况, 其污泥处理采用中温及高温两级消化工艺, 日产生化沼气设计量为5.3万m3。稳定运行平均日产沼气4万m3, 相应平均日发电量可望达到7.5万k Wh, 全年发电量可望达到2 700万k Wh。污泥脱水目的在于进一步降低污泥的含水量, 以便进行后续处置。污泥脱水包括自然脱水和机械脱水。目前, 国内多数污水处理厂都采用机械脱水的方式进行污泥脱水, 主要包括带式压滤脱水、离心脱水、板框压滤脱水等。而制约机械脱水发展的其中一个因素就是电耗。赵庆良等[14]总结了不同机械脱水方式的电耗情况, 其中带式压滤DS脱水33~66 k Wh·t-1, 离心DS脱水11~33 k Wh·t-1, 板框压滤DS脱水33~55 k Wh·t-1。可见, 离心脱水的电耗较低, 但其对污泥的预处理效果要求高, 而且容易磨损。因此, 改进现有污泥脱水工艺, 开发新的脱水工艺, 是污泥脱水节能降耗的可行途径。
  
  3 药剂消耗
  
  尽管药剂消耗占污水处理厂能耗不到10%, 但是在除磷、污泥调理和污泥消毒阶段还是存在一定的节能空间。城市污水处理厂除磷的方式主要有化学除磷和生物除磷。生物除磷无需投加药剂, 产生污泥量少, 但在厌氧释磷阶段需要保证严格的厌氧条件, 工艺较复杂。因此, 完善生物除磷工艺, 不仅能达到较好的除磷效果, 去除药耗, 还能减少污泥量, 降低后续污泥处理的能耗。
  化学除磷是利用外加的化学药剂与污水中的磷反应, 生成沉淀来达到除磷目的。不同的化学药剂除磷效果不同。俞蕴芳等[16]比较了几种化学药剂的除磷效果, 结果发现, 在低药剂投加量下, 硫酸铝处理效果较差;三氯化铁除磷效果较好, 但存在排放尾水色度较大的问题;聚合氯化铝的效果则最好。可见, 高分子混凝剂的使用能获得较好的除磷效果, 且能大大降低药耗。
  为了提高污泥的脱水性能, 需要先对进行污泥进行调理。污泥调理一般可分为化学调理和物理调理。化学调理是向污泥中投加混凝剂或助凝剂, 其处理效果较好, 但因需要外加化学药剂, 会使处理成本增加, 同时增大污泥量。赵庆良等[14]总结的污泥脱水阶段的药剂消耗情况显示, 不同DS脱水工艺前的加药量在4~150 kg·t-1, 占污泥脱水总能耗的7%~89%。可见, 药剂的消耗较大。
  物理调理则包括加热、冷冻和淘洗等方法。加热、冷冻法均需要消耗较多的能量, 运行成本高。而淘洗则是较常用的方法。淘洗主要用于消化污泥, 而消化污泥碱度较高, 需要投加大量的酸性药剂来降低碱度, 而淘洗则能降低污泥碱度, 从而降低药剂消耗。因此, 淘洗是降低污泥调理药剂消耗的一种有效方法[8]。
  污泥消毒包括物理消毒、化学消毒和生物消毒。物理消毒主要是利用辐射来处理污泥。辐射技术无需高温高压, 是污泥消毒的新技术, 有利于污水处理厂的节能降耗[17]。
  化学消毒包括药剂消毒、石灰法消毒和超临界水消毒等[18]。药剂消毒和石灰法消毒操作方便、效果较好, 是传统的污泥消毒方法, 但仍需消耗药剂。药剂消毒主要利用氯的氧化能力, 但是可能产生有毒的副产物, 对环境产生二次污染。石灰消毒则可以通过加入粉煤灰来减少石灰的用量[19], 不仅将粉煤灰变废为宝, 也降低了药剂消耗。超临界水消毒则是一种高级氧化技术, 需要在高温高压条件下, 利用超临界水作为反应介质来氧化分解有机物, 处理效率高, 不产生二次污染[20]。由于其需要在高温高压下进行反应, 因此需要消耗一定的能量, 研究如何利用污泥消化产生的沼气来供热, 将有利于该法的发展以及污水处理厂的节能降耗。
  生物消毒则可分为厌氧消化、好氧消化和堆肥技术。生物消毒无需投加药剂, 是目前国内污水处理厂常用的污泥消毒方式, 而在污泥消毒的同时, 进一步提高污泥的脱水性能, 以减少后续污泥脱水的能耗和药耗, 将是今后的研究重点。
  
  4 节能降耗管理
  
  (1) 节能降耗分析。通过分析城市污水处理厂各个处理阶段的能耗情况, 明确不同处理单元对能量的需求, 确定与污水处理厂能耗密切相关的控制节点, 分析各控制环节的节能降耗潜力。
  (2) 建立统一能耗评估指标。建立具有明确的边界界定、统一能耗审计和评估的指标, 建立基于不同污水处理工艺、不同工程规模等条件下的污水处理系统能耗评价指标, 反映各部分的能耗水平, 便于进行工艺间的横向比较, 建立污水处理厂不同单元的能耗评估指标。
  (3) 建立节能降耗目标。深入的能耗分析、节能潜力的识别以及能耗管理水平的提升, 实现对污水厂运行的精确控制, 完成节能降耗的目标。
  
  参考文献
  
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  第一篇:节能降耗论文
  第二篇:不履行节约能源降低损耗的有关责任
  第三篇:电力扬程提灌如何做到节能降耗
  第四篇:加强汽轮机节能降耗的措施
  第五篇:能降耗中热能与动力工程的应用