《城镇污水处理厂全流程能力评估及潜力提升技术研究与应用》

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污水处理厂脱氮除磷功能提升是“十二五”和“十三五”期间城镇污水处理行业的热点问题。作为涉及复杂的生化/物化反应和物质/能量转化传递的多输入、多输出和长时滞的动态开放系统,城镇污水处理厂存在监控和操作变量多、调控周期长、出水水质波动大等突出问题。针对该问题,历经8年的产学研联合攻关,研发了污染物减排潜力评估体系、污泥液处理与资源化技术、基于数学模型的多目标优化技术等关键技术,构建了具有自主知识产权、覆盖污水处理厂全流程关键环节的完整技术体系,推动了技术的转化、推广与应用。技术创新成果如下:

(1)提出了污水处理厂污染物组分细分与减排潜力评估方法体系。构建了基于活性污泥模型的污水组分划分和参数估计方法,提出了COD减排潜力评估体系,发明了运行维护关键装置;创新构建了综合考虑反硝化和厌氧释磷碳源需求的脱氮除磷难度指数,提出了污水处理厂分级管理和碳源供给优化策略;合理制定了实现上海市水污染物总量减排目标的技术对策和分年度规划,提出了46座城镇污水厂潜力提升的运行优化和升级改造措施。

(2)创新开发了脱氮除磷系统硝化单元设计方法与强化硝化技术。建立了硝化动力学参数测定方法,系统阐明了长距离输送污水厂的硝化菌抑制机制,创新构建了基于硝化菌生长和衰减动力学的好氧池污泥龄和容积设计方法,并用于强化硝化对策分析,创造性地提出了硝化菌提前调控富集-接种强化低温硝化技术,开展了20万吨/日工程示范并推广应用。

(3)发明了“以废治废”的污泥液侧流处理技术与成套装备。开展了不同污泥处理单元污泥液组分特性与回流影响分析,发明了污泥液合并侧流处理-钙法磷回收-硝化菌富集强化主流系统的全过程技术,充分利用深度脱水污泥液丰富的碱度、碳源和钙源实现了污泥液的高效脱氮除磷,开展了成套装备研制和工程示范,实现污泥液处理成本降低64%。

(4)自主研发了基于数学模型的污水处理厂多目标运行优化技术。创新开发了氧传质动态预测模型,模拟准确度提升20-35%;提出了污水处理工艺模型校正策略,构建了操作变量响应灵敏度和动力学特性分析方法。提出了综合考虑出水水质、污泥产量和系统能耗的运行成本性能指数,依托工艺模型开展了AAO、Unitank等系统的运行优化研究与工程示范。

成果应用于上海市水污染物总量减排和46座城镇污水厂潜力评估,以及上海、山东、浙江、河南等地14座污水厂的运行优化和升级改造工程,累计应用规模达580万吨/日。新增工程投资24.2亿元,节支1.84亿元,新增产值1.80亿元,创收外汇120万美元,年减排COD、氨氮、总氮和总磷33.7、3.1、2.5和0.5万吨,经济、环境和社会效益显著。在Water Res,Chem Eng J等期刊发表论文64篇,总计他引400次,获授权发明专利6项,软件著作权专利3项,实用新型专利2项,上海市优秀发明银奖1项,参与地方规范1部。

成果说明

该成果由高校、水务公司和设计研究院组成产学研紧密结合体,研发了污水处理厂潜力评估方法体系、污泥液侧流处理技术、提前调控富集-接种强化硝化技术、基于数学模型的多目标优化技术等关键技术,并推动了技术的转化、推广与应用。所研发的技术先后应用于上海市城镇污水处理厂潜力评估与水污染物减排分析,白龙港、竹园、石洞口、金锣水务等污水处理厂的运行优化,以及上海、山东、浙江、河南等地14座污水处理厂的升级改造和新建工程中。技术集成优化研制的污水处理成套装备在国内应用132台,在沙特、印尼、南非等国销售8台,创收外汇120万

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