三峡库区城市污水处理厂全过程生命周期评价及其应用研究

重庆大学博士学位论文三峡库区城市污水处理厂全过程生命周期评价及其应用研究姓名：余建朋申请学位级别：博士专业：环境工程指导教师：郑泽根20090604中文摘要摘要目前，能耗大、运行费用高已成为约束污水处理行业发展的瓶颈，其中能耗占运行成本的60％左右。据建设部规划，到“十一五”末，全国城镇污水年处理量将达到365亿m3，年耗电量估计接近100亿kw．h。在国家倡导的“源头控制，清洁生产”的今天，污水处理领域正逐步向全过程的环境管理模式转换一产品生命周期分析。本研究利用生命周期评价方法针对污水处理厂从“摇篮至坟墓”的整个生命周期内，即对污水厂建设、运行和拆除阶段所产生的能耗进行量化分析，并从环境、经济和技术因素分别进行考察，全面揭示一种工艺方案的优劣，从而科学合理地确定最佳工艺路线。首先，作者对污水处理厂生命周期评价的基本框架作了定义，结合具体的工程案例分析，采用层次分析法进行了生命周期清单分析，分析结果表明：单从经济效益角度看，万盛与井口污水处理厂的权值分别为0．498和0．502：单从技术性能角度看，权值分别为0．507和0．493；单从环境效益角度看，权值分别为0．543和0．457。论文对环境、经济和技术因素分别进行了重点考察，结果表明：在以环境效益为重点考察目标的前提下，综合经济、技术和环境三因素，万盛与井口污水处理厂的权值分别为0．529和0．472；若以经济效益为考察重点，权值分别为0．510和0．490；若以技术性能为考察重点，权值分别为0．516和0．484。综合三种影响因素分析结果表明，万盛污水处理厂的综合效益最佳。其次，作者通过对三峡库区四种典型污水处理工艺的生命周期能耗进行了清单分析，普通活性污泥法的LC总能耗最高，为622x109kj：其次是氧化沟工艺：生物滤池法总能耗最低，为403x109kJ；CAST工艺和生物滤池法的总能耗分别占普通活性污泥法的82．8％和64．8％，较普通活性污泥法分别可节约LC能耗17．2％和35．2％。清单分析结果还表明：污水厂生命周期最主要的能耗环节是运行阶段的能耗，其所占比例最大，约占89．6～94．1％；建设阶段次之，约占4．8～10．4％；拆除阶段最小，约占0．2～1．2％。作者通过对三峡库区各污水厂的运行能耗进行了深入调研，发现普遍存在设计规模超前、进水负荷偏低、设备选型不合理等因素，导致其运行电耗偏高，为301kw．h／m3，高于全国265kw．h／m3的平均水平。CAST工艺的单位电耗最低，为218kw．h／m3；氧化沟工艺由于设计原因，大都使用机械曝气设备进行充氧，其单位电耗最高。调研结果表明，在污水处理运行电耗中，曝气供氧所占电耗比例最大，约占60％，其次为污水、污泥的提升电耗，约占20％，其他部分仅占20％。从节重庆大学博士学位论文能降耗的角度考虑，鼓风机曝气系统和污水、污泥提升泵运行的节能潜力最大。最后，作者结合工程实例，通过开展生产性试验进一步研究CAST工艺的节能优化策略，试验结果表明：①在相同的工艺条件下，鼓风机自控运行方式较手控方式可节省电耗约9％，其能耗随其运行频率的增大而上升；②当进水CODer为231-236mg／L、SS为141～162mg／L、NH3-N在20～25mgCL、TN为30mg／L，曝气时间80min的2≠}试验工况最佳，出水水质稳定达标，较3jfj}和甜工况可分别节约电耗24．7％和35．3％，节能效果显著。③当进水COD浓度为225mg／1，DO浓度为2．5～3．0mg／l时，80min内CODer的去除率达85％，同时满足硝化反应的进行，因此，控制合理的DO浓度可有效减少因过度曝气而引起的能耗浪费，达到节能目的。关键词：污水处理，生命周期评价，清单分析，能耗，层次分析法IIABSTRACTAtpresent，highenergyconsumptionandhighrunningexpensehavebeenthebottleneckswhichhinderthedevelopmentofsewagetreatmentindustry,andabout60％ofmeoperationcostisenergyconsumption．AccordingtotheMinistryofConstruction’Splanning，attheendof”theeleventhfive—yearplan”，theannualtreatmentcapacityofnationalmunicipalsewagewillreach36．5billionstereandtheannualpowerconsumptionestimatedwillapproach10billionkW．h．Today,ourcountryisadvocating