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运用生命周期评价一体化氧化沟的耗能

Xianchun Tan^a, Junyi Xu^b, Sheng Wang^c

a中国科学院政策与管理研究所，北京，100080；

b中国城市建设设计研究院市政公用事业设计研究部，北京市，100029；

c重庆市社会科学院，重庆400020

摘要：随着一些关键技术的深入研究，节约能源、降低能耗的技术路线和工程方法问题成为城市污水处理的重点。在本文中，LCA是运用和比较不同的技术在处理市政污水的整个过程中每个阶段的能量消耗。这是在审查的条件下运用典型技术利用中国能源的状况下，提出了提高能源利用率的措施。以一体化氧化沟（IOD）为例，从原材料开发、建设的能源消耗，处理和运行，重建到其丢弃和拆卸是一种确定和量化，这也是与中国传统处理工艺处理废水和废渣的对照。研究表明，高效节能曝气装置和优化控制运行的应用是提高其生命周期内的能源消耗基本路径分析。生命周期评价是提高产品质量的重要基础，也是近年来生产厂家促销的主要手段。

关键词：生命周期评价；氧化沟；能耗；废水处理；工艺；效率

1.引言

环境、资源和人口是人类面临的三大问题。特别是环境问题，随着环境日益恶化的程度，对社会的生存和发展构成了严重的威胁。水污染在所有的环境问题中是最为明显的。建设污水处理厂已成为城市水污染问题最重要、最有效的措施之一，但随着城镇污水处理厂的大规模建设，污水处理的巨大成本制约了工厂的正常运行。污水处理的能耗比一般为60%～70%。从可持续的角度来看，巨大的能源消耗不仅直接影响污水处理成本，而且影响能源和资源的可持续利用。此外，它在能源产品的过程可能会导致新的环境问题。因此，城市污水处理过程中的能耗标准正已成为一个重要的技术和环境指标，越来越被重视。如何研究和探索节约和降低城市污水处理的技术路线和工程途径，具有十分重要的意义。在最后的分析中，任何产品的出现都是能量的输入。污染物被去除的实质是能量的输入。能量输入贯穿过程从开始到结束。因此，在产品生命周期的基础上，分析能量的分析是特别重要的。

到目前为止，对城市污水处理操作的能量分析仅限于处理过程，而不需对整个过程进行评价和论证。生命周期分析（LCA）是一种新的环境影响评价技术方法体系，基于系统的观点，采用的技术设施，收集，主要线路识别、量化、分析和评估的资源消耗和环境影响的产品数据信息在整个生命周期中，提供全面的环境评估工具，准确的信息。传统的能量分析方法是城市污水处理技术经济比较，已经不能满足能量分析的要求。传统的技术和经济分析往往使业主完全困惑并且很难做出的决定。但在生命周期分析的基础上的应用程序的技术和经济分析将被研究以达到穿透力强，有说服力和科学的决策力的目的。

基于产品生命周期的理念，结合中国“对城市污水处理厂污染物排放标准的要求，”在运行在单箱截面多功能的基础上的集中式新一体化氧化沟工艺，本文从生命周期分析（LCA）设计、开发和原材料制造、生产建设、处理、运行、改造和污水厂扩建，放弃和拆除定量设计分析整个能源消费过程中，同时将这种技术与传统的活性污泥法进行了比较，旨在提出新的技术经济和环境评价方法。

目标与范围

2.1.基于生命周期分析的能耗分析

在本文中，两种指标在不同工艺条件下，进行了对污水处理的能耗的比较：（1）污水处理能耗（千瓦时）转换成电能或热能（千焦），所消耗的能量治疗单位污染的水容量（m³）或去除单位污染物（COD、BOD）计算，即能源消费的比例；（2）整个能源消费每年不同污水处理技术在相同的规模和类似的水质条件计算。

本文以新都污水处理厂，其规模为10000 m³/d和IOD过程作为分析对象，基于LCA的能源消耗。新都污水处理厂是四川省污水处理示范工程。工艺流程如图1。技术参数如下：IOD总的水力停留时间（HRT）是15hr，其中厌氧、缺氧、好氧时间分别为1小时，2小时和12小时分别；水的有效深度为4.5 m，内沟、单沟宽度为10.5m，有效容积为5953 m³；设计污泥浓度为3000 mg/L时，BOD₅是 0.1kg （BOD₅/COD为MLSS·D污泥负荷）和污泥停留时间（SRT）是20天；一个0.75千瓦的搅拌器固定在厌氧区、缺氧区在，好氧区的一个2.2千瓦的搅拌器，2转刷曝气机1米直径，9米长。每个曝气器的功率是45千瓦。此外，一个27.5千瓦的叶轮是固定在水下。该污水处理厂的进、出入口的水质如表1。

图一 新都污水处理工艺流程图

IOD废水处理系统的生命周期可以分为三个阶段：即建设阶段、生产阶段和拆除阶段的废弃物（事实上，废弃物不会被拆除，只是根据年龄限制假设），如图2所示：

表1 污水处理厂的进、出水水质

图二 氧化沟工艺的生命周期流程图

2.2.LCA评价功能单元

污水处理厂的设施和功能的消费规模效应我们都知道。新都污水处理厂的容量为1times;10⁴，这是一个典型的中小城镇污水处理厂。本文采用这样的规模对于LCA分析计算的输入和输出的功能单元的废水处理系统。传统的活性污泥法作为一种对比，也同样适用于本量表的功能单元以使其具有可比性。

根据城市总体规划，城市污水处理厂大部分需要在一定程度上进行改造和更新，随着污水量的增加和排放标准的提高。新都污水处理厂应把近距离的比例为1times;10⁴: 5times;10⁴作为远程表。因此，在比较的处理设施，能源消耗问题，应考虑在20年的运行时间。

能源消耗的详细分析清单

在这项研究中的知识库，开发了三个阶段：知识获取、知识的分析和知识表示。在知识获取过程中，第一作者是知识工程师与ITC领域互动的专家，其中获取知识领域中的问题解决。在知识分析与表征阶段，知识工程师分析了言语信息收集到的专家，并配置成一个概念模型。推理建模技术（IMT）[ 8,9 ]应用知识分析和知识分解为域的两个层次知识和任务知识。

3.1.污水处理设施投入产出

在污水处理设施的生命周期的能源、资源和环境的污染和对环境的影响输出的处理对象的输入，如图3所示。由环境投入的资源包括各种原材料以及物质生产的自然资源，如水、空气、天然矿石等˗原废水为研究对象。能源包括煤炭、石油、电能等，并将它们转化为焦耳一致。其他影响包括噪声，振动，运输，景观污染，气味和生态环境污染等。能源消耗的废水处理系统的生命周期和应考虑的项目，如表2所示。

图三 污水处理装置的输入输出图

表2 污水处理系统生命周期中可能的能耗项目

3.2.建设阶段的能源消耗

施工阶段的能耗包括原材料的生产、施工和运输。一类物质的总能量是由其自然热值和生产的能源消耗构成的。采用统一的能量单元对不同的能量进行量化，例如，根据燃料热当量计算出不同的电能消耗。当热电转换率为32%时1等于11080。

根据定量分析和有关标准，IOD建材数量可以计算和IOD生产能耗也可以量化的基于物质生产量和能源消费量。建筑能耗按建筑面积、6640、单位面积的建筑能耗计算，按建筑材料、运输里程、运输单位的消耗量计算交通建筑材料的能耗。

表3 在施工阶段，能源消费总量（单位：106kw·H）

3.3.在运行阶段的能源消耗

在运行阶段的处理设施的材料消耗是低得多，其中药物消耗是主要的部分。在这个阶段的能量消耗包括废水处理的功率，用于废水处理的燃料、设备损耗等，总能耗占总能耗的85%以上，其中曝气系统用电88.5%以上。能耗IOD的细节，如表3所示。

表4 过程的主要电气设备和能源消耗清单

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