【摘要】：近年來,人們對全球變暖和極端氣候的關(guān)注度越來越高,碳排放的危害及碳減排的重要性也逐漸深入人心,各行各業(yè)在追求飛速發(fā)展的同時,也將目光轉(zhuǎn)向了其對環(huán)境造成的影響。污水處理廠是高能耗、高碳排放的產(chǎn)業(yè)之一,各國學(xué)者在建立了多種污水廠碳排放計算模型的同時,也認(rèn)識到污水處理廠中有著較為可觀的潛在能源,通過合理有效的能源回收工藝,對以往被人們忽略掉的資源、能源加以利用,可以實現(xiàn)對污水廠碳排放的彌補。目前普遍采用的污水廠碳排放模型種類繁多,但評價的規(guī)模、精細(xì)程度、簡易性及適用性卻參差不齊,若想得到更加貼近整個污水廠實際處理過程的碳排放量,單一使用一個模型顯得較為乏力,且能源回收工藝的原料多為廠內(nèi)處理流程中的產(chǎn)物(如污泥、處理出水等),對其他來源廢棄物利用的研究較少。本研究基于生化反應(yīng)中污染物降解規(guī)律對污水處理流程的各個工藝單元進行物料衡算和能耗核算,重點對Sotemann污泥厭氧消化穩(wěn)態(tài)模型中的關(guān)鍵參數(shù)進行實測修正,獲得各段不同來源、不同形式的碳排放清單及其計算方法。建立了污水源熱泵、污泥厭氧消化沼氣回收和農(nóng)業(yè)廢棄物碳源利用的碳補償能力測算方法,構(gòu)建了完整的污水廠碳排放與碳中和核算模型。此模型的計算結(jié)果使污水廠處理流程中各工藝單元的碳排放水平更加直觀,便于識別高碳排放單元及其主要碳排放源,可以為污水廠的升級改造提供建議。通過對污水廠生物處理單元和污泥厭氧消化單元進行物料衡算,得到好氧池中COD的降解量(CODO)以及消化池甲烷產(chǎn)量,以明確二者能源消耗和能源產(chǎn)生的潛力。著重探討了 Sotemann厭氧消化穩(wěn)態(tài)模型中初級污泥不可生物降解組分(fPS'up)的取值,提出對其進行實測修正的必要性,給出了該值的實測方法以及甲烷產(chǎn)量的計算步驟。物料衡算得到的結(jié)果更加貼近污水廠運行的實際情況,對污水廠重要單元的運行狀況做到更直觀的了解。梳理并總結(jié)了污水廠各處理電能和熱能的計算方法。處理流程中主要用電設(shè)備的能耗直接通過功率與工作時間的乘積進行計算,其中對于污水提升泵房和生物池曝氣系統(tǒng)兩大高耗能單元,基于其工作原理以及物料衡算的結(jié)果,額外進行了理論耗電量的計算,以便診斷二者是否存在能源浪費情況。污水廠熱能消耗只計入污泥厭氧消化池對熱能的需求,參照《給水與排水手冊5》的相關(guān)方法進行計算。基于物料衡算、能耗核算的結(jié)果,對污水廠C02、N20和CH4不同來源的排放量計算方法進行梳理與總結(jié)。CO2的排放來自電耗、熱耗、藥耗,排放量通過能源消耗量與能源的碳排放系數(shù)相乘得到,其中電能的碳排放系數(shù)根據(jù)2016年供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的數(shù)據(jù)進行了重新計算,從原來的0.998kgCO2/kW·h降低至0.83kgCO2/kW·h。熱能消耗的碳排放量通過煤和天然氣的碳排放系數(shù)及燃燒熱值進行計算,結(jié)果為3.8×10-4kgC/kcal(燃煤)和2.31×10-4kgC/kcal(天然氣)。藥劑的碳排放系數(shù)來自對已有研究的參考和總結(jié)。CH4排放量只計入沒有沼氣收集的厭氧消化池產(chǎn)生的甲烷,排放量為物料衡算甲烷產(chǎn)量的預(yù)測結(jié)果。N2O的排放量的計算參考現(xiàn)有研究中不同污水二級處理工藝N2O的碳排放因子的經(jīng)驗數(shù)值,其排放量為TN削減量與碳排放因子的乘積。CH4和N2O的排放量通過與各自的增溫趨勢倍數(shù)相乘得到碳排放的折算值�？疾炝宿r(nóng)業(yè)廢棄物固體碳源、污水源熱泵、沼氣回收三種能源回收工藝的碳補償潛力。通過對玉米、水稻、小麥的草谷比、收集方式、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)的收集與總結(jié),計算的到三種農(nóng)作物秸稈脫1kg硝氮的碳排放量分別為:玉米芯1.43kgC/kgN、玉米秸稈1.75kgC/kgN、水稻秸稈1.80kgC/kgN。污水源熱泵的能量回收量通過國家水源熱泵機組國家標(biāo)準(zhǔn)和能量測算方法進行計算,沼氣回收工藝根據(jù)沼氣的燃燒熱值及不同工藝的效率進行計算。將建立的碳排放模型和碳補償計算方法應(yīng)用于撫順三寶屯污水處理廠。擬為污水廠設(shè)置污泥厭氧消化單元,通過對生物池和污泥厭氧消化單元的物料衡算,發(fā)現(xiàn)好氧池降解的COD的量為12610.24kg/d,初級污泥中不可生物降解組分的實際測定值為0.4,甲烷的預(yù)期產(chǎn)量為8kg/m3進水。污水廠目前的碳排放量為138778kgCO2/d,各處理段的碳排放量分布為二級處理段63.16%、污水深度處理16.49%、預(yù)處理15.86%、污泥處理4.49%。污水廠現(xiàn)有污水源熱泵系統(tǒng)的最大碳補償率為12.15%,在采用3種建議的能源回收工藝之后,污水廠的最大碳補償率將達到85.81%。

【學(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;X322