中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會(第十三屆)邀請函暨征稿啟事
 
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MBR工藝可持續(xù)性能量化評價 郝曉地,等

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中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會(第十三屆)邀請函暨征稿啟事

 中國給水排水2022年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術與應用高級研討會(第十三屆)邀請函暨征稿啟事
 

MBR工藝可持續(xù)性能量化評價

2016-03-02 郝曉地,等  中國給水排水

 

 

編者按
目前, MBR工藝在國內污水處理廠的應用越來越多,但業(yè)界對該工藝也存在諸多爭議?沙掷m(xù)是未來污水處理技術發(fā)展的核心內容,而能源消耗將在很大程度上決定可持續(xù)工藝發(fā)展的未來。在這一背景下,作者通過建立定量評價模型,綜合評價了MBR工藝的優(yōu)、劣特性,并指出了其未來發(fā)展方向。

 


可持續(xù)性能評價模型構建
參照污水處理工藝選擇一般性評價方法進行建模,考慮三方面內容:1)投資與運行費用,主要包括基本建設與運行管理費用;2)運行效果及其穩(wěn)定性,涵蓋工藝對涉及污染物的去除效果、工藝運行穩(wěn)定性、工藝運行管理復雜性等指標;3)工藝資源回收與利用程度,主要考量工藝對資源的回收與利用能力。據(jù)此,MBR工藝可持續(xù)性可用公式(1)所示的可持續(xù)性評價指數(shù)(SI)來表示,涉及參數(shù)及含義見表1。
式(1)中α、β、γ為權重值,應滿足2個邊界條件:1)α + β + γ = 1;2)三個權重值在實際工程中具有一定合理取值區(qū)間:α³0.2、β£ 0.4、γ £ 0.4,即,三個權重值不應相差懸殊。C、P、E為描述上述模型涉及內容的三個綜合指標,它們分別為MBR工藝與傳統(tǒng)工藝各子項指標比較(倍值)之和。工藝比較時,子項指標比值小于1意味著MBR工藝較傳統(tǒng)工藝在此方面占優(yōu)勢;反之,子項指標比值大于1時則處于劣勢。為此,可將式(1)拓展為如式(2)表示的子項指標優(yōu)、劣因子(倍值)平均值的形式,以下標i表示某優(yōu)勢/劣勢子指標,l、m、n表示所含子指標個數(shù)。

 

表1   模型中參數(shù)與含義

參數(shù)

含義

評價或計算方法

SI

可持續(xù)性評價指數(shù)

衡量MBR工藝相對傳統(tǒng)工藝可持續(xù)性的相對數(shù),計算方法參考公式(1)、(2

C

污水處理廠基建與運行費用指標

子項指標優(yōu)、劣因子倍值平均值:1<1時,表示優(yōu)勢主導;2>1時,表示劣勢主導;3=1時,無優(yōu)、劣之分,不計入計算

P

工藝運行效果及穩(wěn)定性指標

E

工藝資源回收與利用指標

α

污水處理廠基建與運行費用指標(C)權重值

表征資金因素對污水廠基建及

運行限制程度:在資金流充足

情況下,α取值相對偏小

β

工藝運行效果及穩(wěn)定性指標(P)權重值

表示出水水質及運行過程穩(wěn)定

性對工藝要求的嚴格程度:出

水質標準執(zhí)行較低標準時,

β值可適當偏小

γ

工藝資源回收與利用指標(E)權重值

代表污水處理工藝對資源回收

與利用程度:污水處理廠要求

較高回收與利用資源能力時,

γ值相對偏大

CCI

污水處理廠基建費用指標

污水處理廠總投資費用,包括

污水處理廠基建與設備、安

費用

OCI

污水處理廠運行費用指標

污水處理廠實際運行管理費

用,包含能源消耗費、污泥處

處置費、藥劑投加費、人

費、管理費、設備維修費及

備折舊費等

EQI

工藝對涉及污染物去除率指標

其值采用MBR膜過濾對SS截留

的作用及相關污染物去除效率

衡量

PRI

工藝穩(wěn)定性指標

相對傳統(tǒng)工藝運行穩(wěn)定性得出的參考值

PMI

工藝運行和管理指標

對比傳統(tǒng)工藝運行和管理復雜

程度得出的參考值

LI

土地資源指標

表征采用MBR工藝污水處理廠

在所在區(qū)域/城市的實際占地優(yōu)

勢效益

ECI

能源消耗指標

有別于運行能耗費用,主要考

慮能源消耗量,以MBR工藝與

傳統(tǒng)工藝能源消耗比值衡量

ORI

其他資源指標

特指MBR工藝對污水中資源回

收與利用能力,為對比傳統(tǒng)工

藝資源回收利用程度而得出的

參考值

模型計算與評價流程

模型的計算方法與評價流程如圖1所示。

 

圖1    模型計算與評價流程

 

模型計算參數(shù)值選取參考的相關依據(jù)
 國內部分MBR工藝基建費用

污水處理廠名稱

采用工藝

基建費用

(/m3·d)

江蘇無錫碩放污水處理廠

A2/O+MBR工藝

4 300

江蘇無錫梅村污水處理廠

A2/O+MBR工藝

3 100

江蘇無錫新城污水處理廠

A2/O+MBR工藝

3 300

北京石景山萬達廣場

MBR工藝

4 100

湖南省某高速公路生活污水

MBR工藝

3 067

平均基建投資

-

3 500


部分國內外MBR工藝污水處理廠運行狀況

污水處理廠

規(guī)模

(萬m3/d)

出水水質

備注

North Las Vegas,美國內華達州

11.4

0.1 mg P/L TP,0.3 mg N/L (NH4+–N,月最大值)

生物脫氮除磷、化學強化,2011年運行

廣州京溪污水處理廠

10

2 mg N/LNH4+–N

生物脫氮除磷、化學強化,2010年運行

Yellow River,Gwinnett Co.,美國喬治亞州

8.3

0.3 mg P/L TP,1 mg N/L (NH4+–N,月最大值)

生物脫氮除磷、化學強化,2011年運行

Ballenger,Frederick Co., 美國馬里蘭州

7.6

3 mg N/LTN,0.3 mg P/L TP,年平均值)

生物脫氮除磷、化學強化,2013年運行

無錫城北污水處理廠四期工程

5.0

0.5 mg N/LNH4+–N

生物脫氮除磷、化學強化,2010年運行

Cox Creek, AnnArundel Co.,美國馬里蘭州

4.5

3 mg N/LTN,0.3 mg P/L TP,年平均值)

生物脫氮除磷、化學強化,2013年運行

Broad Run,Loudoun Co., 美國弗吉尼亞

4.2

3 mg N/LTN, 0.1 mg P/L TP,年平均值)

生物脫氮除磷、化學強化,2008年運行

Henderson, 美國內華達州

3.4

0.2  mg P/LTP,未來0.1 mg P/L), 10 mg N/L

TN,最大值)

生物脫氮除磷、化學強化,2012年運行

Spokane Co., 美國華盛頓州

3.2

10 mg N/LTN, 0.05 mg P/L TP)(四月至十月)

生物脫氮、化學磷,2012年運行

Redlands, 美國加州

2.5

0.1 mg N/LNH4+–N

生物脫氮,2004年運行

Traverse City, 美國密歇

3.2

1 mg N/LNH4+–N,0.5  mg P/LTP,月最大值)

生物脫氮除磷、化學強化,2004年運行

Gippsland,Traralagon, VIC,澳大利亞

1.5

4 mg N/L

TN, 1  mg P/L

TP,月最大值)

生物脫氮除磷、化學強化,2011年運行

Clovis, 美國加州

1.06

0.1 mg N/LNH4+–N, 8 mg N/L TN

生物脫氮,2009年運行

 

不同區(qū)域/城市MBR工藝占地效益因子(ξ)

       規(guī)模

分區(qū)

特大城市

大城市

中、小城市

一區(qū)

1.00 ~ 1.40

1.40 ~ 1.80

1.80 ~ 2.10

二區(qū)

1.40 ~ 1.70

1.70 ~ 2.10

2.10 ~ 2.40

三區(qū)

1.60 ~ 2.00

2.00 ~ 2.30

2.30 ~ 2.67

注:1. 城市大小界定范圍參考國內關于城市人口數(shù)量區(qū)分城市大小標準;2. 分區(qū)界定參考國內對全國省份劃分布局分區(qū)標準;3. 某些特定城市,因其長期發(fā)展規(guī)劃,可相應調整適合的ξ值大小。

 

部分國家傳統(tǒng)工藝能耗值

德國

英國

西班牙

美國

澳大

利亞

荷蘭

中國

平均能耗

(kWh/m3)

0.67

0.64

0.53

0.45

0.39

0.36

0.29


國內部分污水處理廠能耗值

污水處理廠名稱

規(guī)模

(萬m3/d)

能耗

(kWh/m3)

備注

北京航天城污水處理廠

0.72

0.283

無污泥消化

上海西區(qū)污水處理廠

1.2

0.218

上海曹楊污水處理廠

2.0

0.232

上海東區(qū)水質凈化廠

3.4

0.395

西安北石橋污水處理廠

15

0.280

北京高碑店污水處理廠

50

0.150

有污泥消化

天津紀莊子污水處理廠

26

0.162

太原北郊污水處理廠

1.4

0.255


不同污水處理廠應用MBR工藝升級改造前、后能耗值

污水處理廠名稱

規(guī)模

(萬m3/d)

能耗(kWh/m3)

能源消耗指標

ECI

2/1

改造前(1

改造后(2

江蘇無錫碩放污水處理廠

2

0.30

0.70

2.33

江蘇無錫梅村污水處理廠

3

0.35

0.60

1.71

江蘇無錫新城污水處理廠

3

0.21

0.65

3.10

一區(qū)特大城市和三區(qū)中小城市部分模型參數(shù)確定

工藝所處地域

參數(shù)

選取依據(jù)

數(shù)值

一區(qū)

特大城市

ξ

城市發(fā)展緊湊,用地緊張,占地優(yōu)勢效益明顯

1.00

ECI

污水處理廠采用新型節(jié)能MBR技術

3.00

α

建設污水處理廠資金流較為充足

0.20

β

污水處理廠出水執(zhí)行較高標準

0.40

γ

污水處理廠建設提倡“節(jié)能減排、資源回用”理念

0.40

三區(qū)

中小城市

ξ

城市土地資源充裕,用地充足,占地優(yōu)勢效益甚微

2.67

ECI

污水處理廠采用新型節(jié)能MBR技術

3.00

α

建設污水處理廠資金流稍有不足

0.40

β

污水處理處理廠出水執(zhí)行較低標準

0.20

γ

污水處理廠建設提倡“節(jié)能減排、資源回用”理念

0.40

 

可持續(xù)性能評價結果

不同區(qū)域/城市MBR工藝可持續(xù)性能評價指數(shù)(SI)計算結果

對MBR工藝產(chǎn)生的可持續(xù)性能評價指數(shù)(SI)模型計算結果顯示,MBR工藝較傳統(tǒng)工藝來說在可持續(xù)性方面表現(xiàn)不佳,或者說,MBR從本質上來說并不是一種可持續(xù)性工藝。究其原因,主要是過高的能耗與運行成本完全掩蔽了其在良好出水水質與緊湊占地方面的優(yōu)勢。著眼于可持續(xù)角度,MBR工藝要想取得持久性發(fā)展,對無污染、不堵塞膜材料的突破性研發(fā)無疑將是根本性命題。否則,MBR工藝遲早會被與它有著相同優(yōu)勢而能耗又低的好氧顆粒污泥技術所取代。
(本文更詳細內容參見將于2016年4月出版的《中國給水排水》第7期“MBR工藝可持續(xù)性能量化評價”,作者為北京建筑大學可持續(xù)污水處理技術研發(fā)中心 郝曉地、李季、曹達啟)

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《中國給水排水》是面向全國給水排水和環(huán)境工程界的專業(yè)性科技期刊,具有較高的理論導向性和較強的工程實踐性,被稱為中國水行業(yè)的首席雜志、中文核心期刊、中國百強科技期刊中國精品科技期刊、中國科學引文數(shù)據(jù)庫來源期刊(CSTP)。

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