“双碳”背景下某医院污水处理提标改造方案比选及仿真研究.pdf

“双碳”背景下某医院污水处理提标改造方案比选及仿真研究孙平磊 汤青慧收稿日期:作者简介:孙平磊()山东胶州人 硕士 助理工程师 研究方向:建设工程管理(青岛理工大学 山东青岛)摘要:文章采用 软件构建某医院污水处理原有工艺仿真模型 通过校正模型参数 使其能够准确反映出该医院的实际运行情况 以此为基础 构建两种提标改造方案模型 选取碳排放量、进出水、运行费用等指标比选两种提标改造方案 比选结果表明:提标改造方案 的直接、间接碳排放量和总排放量均优于提标改造方案 提标改造方案 以节能减排为主 更加适应“双碳”背景下 对医院污水改造的高标准要求 同时该提标改造方案在医院污水进出水指标方面应用效果较好 且符合国家污水处理的排放标准 关键词:双碳 污水处理 提标改造 方案比选 仿真研究 中图分类号:文献标识码:文章编号:()():/污水处理是利用生化反应清理污水中的污染物 使出水水质达到国家标准 现阶段我国污水处理行业的碳排放量占比较大 在污水处理的不同阶段会产生不同的温室气体 其中 在硝化反硝化阶段 会产生氧化亚氮 在能耗阶段会产生二氧化碳 在厌氧环节 会产生甲烷 以往污水处理方法是以高能耗提高水体质量 在这个过程中 势必排放大量温室气体 直接影响大气环境 在医院的污水中含有大量病菌 如果对医院污水处理不当 会导致病菌的传染 直接危害人类健康我国将“碳中和”“碳达峰”作为社会可持续发展的目标 该目标实现一方面需要将低碳意识融入到人们日常生活中 另一方面需要每个行业在双碳背景下 不断更新环保技术 升级能源结构 实现行业经济可持续发展 因此 针对上述相关学者研究的医院污水处理工艺方法局限性研究“双碳”背景下某医院污水处理提标改造方案比选及仿真 通过仿真对比选取科学合理的医院污水处理提标改造方案 减少碳排放量 实现污水处理行业转型升级和高质量发展 某医院污水处理工艺仿真模型构建 建立原有工艺仿真模型 模型建立 以某二级甲等综合医院作为研究对象 该医院占地面积为 平方米 现有床位为 张 医护人员共计 人 设有临床学科 个 服务范围包括 个省和附近 多个城市 该医院污水处理站兴建于 年 主要负责处理医院的病房、各科室、生活等污水 处理规模 万/在国家提倡“双碳”背景下因该医院污水处理站设备落后和原有工艺设计局限性 已经无法达到现在环保标准 因此需要对现有污水处理站进行改造 以“碳中和”“碳达峰”为目标 选取最优医院污水处理提标改造方案 提高医院污水处理效率 依据医院污水处理原有工艺运行参数 通过 软件构建仿真模型 详见图 图 医院污水处理原有工艺仿真模型分析图 可知 医院污水处理原有工艺主要包括:调节池、生物接触氧化池、斜板沉淀池等医院污水处理原有工艺虽然取得一定应用效果但现阶段因管道老化与设备损耗等因素 导(总第 期)(.)年第 期 九江学院学报(自然科学版)()致医院污水处理原有工艺存在很多不完善的地方医院污水处理过程中碳排放量占比较大 管道存在堵塞等问题 需要进行改造 以满足“双碳”背景下国家对医院污水处理排放标准 模型校正 为了将医院污水处理仿真模型模拟值和实测值误差降到最小 需要调整模型参数提高仿真模型精度 按照该医院污水处理站在 年 月 年 月的实际进出水量水质信息调整影响较大的相关参数 调整前后参数值 见表、表 调整后的部分出水水质模拟值 见图 表 化学计量参数调整参数调整前调整后单位 /表 进水水质参数调整参数调整前调整后 /()氨氮()化学需氧量图 出水化学需氧量、氨氮的模拟值与实测值分析图 可知 出水化学需氧量、氨氮的模拟值和实测值大体趋势相同 基本吻合 说明该医院污水处理原有工艺仿真模型构建成功 建立污水处理提标改造方案仿真模型依据 医院污水处理工程技术规范 设计进出水水质指标 如表 所示表 进出水水质指标项目进水水质出水水质 ()粪大肠菌群数/()()()总余氯()“双碳”背景下 为了对该医院污水站实施升级改造 依据进出水水质指标标准 从投标方案选取 个污水处理提标改造方案 并构建仿真模型进行比选后 得出最优污水处理提标改造方案 通过 软件构建医院污水处理提标改造方案 仿真模型 见图 所示图 提标改造方案 仿真模型分析图 可知 医院污水处理提标改造方案 新增添格栅池和水解酸化池 医院污水流进格栅池 通过格栅池进行大颗粒漂浮物过滤后 流进调节池调节医院污水水量和水质 利用提升泵将医院污水排进水解酸化池 投加反硝化碳源降解医院污水中大分子有机物 通过污泥与混合液回流完成氨氮脱除 经过水解后医院污水流入生物接触氧化池 采用生物填料 去除医院污水的细菌后流进二沉池 分离水泥 污泥回流到水解酸化池 分离污水流进中间水池 经多介质过滤器实施过滤处理 流进消毒池进行消毒处理后 水质达标后出水 提标改造方案 主要设备仪表参数 见表 第 期 孙平磊 等:“双碳”背景下某医院污水处理提标改造方案比选及仿真研究表 提标改造方案 主要设备仪表参数名称数量规格型号功率()水解酸化装置 个 调节池提升泵 台 水解酸化池填料和支架液位浮球 个水解酸化池曝气穿孔管 套混合液回流泵 台 人工格栅 个污泥回流泵 台 机械格栅 个 二沉池出水堰 套 由表 可知 提标改造方案 主要设备仪表参数信息 为下文比选提供数据基础 通过 软件构建医院污水处理提标改造方案 仿真模型见图 所示图 提标改造方案 仿真模型分析图 可知 提标改造方案 新增预消毒接触池、格栅池、生化池等 医院污水中特殊污水流进预消毒接触池 利用次氯酸钠对污水中病毒和细菌实施预消毒处理后 流入化粪池将医院污水中固化物进行过滤沉淀 水化物体继续流入格栅池 通过格栅池进行大颗粒漂浮物过滤后 流进调节池调节医院污水水量和水质 在生化池里使用移动床生物膜反应器()净化医院污水 生化处理后的医院污水经混凝沉淀池 加入聚合氯化铝分离泥水 沉淀污泥回流回 生化池 分离污水流进中间水池 经多介质过滤器实施过滤处理 流进折流消毒池添/次氯酸钠进行消毒处理后 水质达标后出水 提标改造方案 主要设备参数和构筑物 见表 表 提标改造方案 主要设备参数和构筑物名称数量规格型号备注预消毒接触池 座 最大水力停留时间为 化粪池 座 总停留时间格栅池 座 总停留时间 调节池 座 总停留时间干井式不堵塞泵 台 功率 生化池 座总停留时间曝气风机 台功率 混合液回流泵 台功率 混合沉淀池 座污泥回流泵 台功率 折流消毒池 座消毒时间为 由表 可知 提标改造方案 主要设备参数和构筑物相关信息 为下文比选提供数据基础 污水处理提标改造方案比选 碳排放量分析在“双碳”背景下 将污水处理提标改造方案处理每立方米污水的碳排放量作为改造方案比选评价指标 直接排放的碳排放量 二氧化氮()产生量公式如下:()其中:排放因子用 描述 二氧化氮()产生量用 描述 污水总氮去除量用 描述甲烷()产生量公式如下:()()其中:污水有机物含量用 描述 年回收量用 描述 甲烷()产生量用 描述 排放因子用 描述因药耗和电耗可间接排放的碳排放量 其中药耗产生碳排放表达式为:()其中:药剂 的二氧化碳排放因子用 描述 药耗产生碳排放量用 描述 药剂 消耗量用 描述电耗产生碳排放表达式为:九江学院学报(自然科学版)年第 期 ()其中:用电量用 描述 电耗产生碳排放量用 描述 电耗的二氧 化 碳 排 放 因 子 用描述按照两种污水处理提标改造方案的相关参数求解出医院污水处理过程中 药耗和电耗的消耗量 结果如表 所示表 两种污水处理提标改造方案的药耗和电耗消耗量消耗量提标改造方案 提标改造方案 聚合氯化铝消耗量()聚丙烯酰胺消耗量(耗电()分析表 可知 提标改造方案 的药耗和电耗消耗量明显低于提标改造方案 的药耗和电耗消耗量 说明提标改造方案 在医院污水处理方面具有环保节能的优势 按照公式()()分别求出两种污水处理提标改造方案的碳排放量结果如表 所示表 两种污水处理提标改造方案的碳排放量碳排放方式指标提标改造方案 提标改造方案 直接排放()合计 占总碳排放的比例()间接排放()药耗 电耗 合计 占总碳排放的比例()总碳排放()分析表 可知 在该医院污水处理的仿真实验中 两种提标改造方案的碳排放量存在显著差异 提标改造方案 在直接、间接排放碳排放量和总排放量均优于提标改造方案 由此可知提标改造方案 以节能减排为主 更加适应“双碳”背景下 对医院污水改造的高标准要求 该方案应用性较高 进出水指标分析为了更好地选取最佳污水处理提标改造方案仿真模拟两种污水处理提标改造方案实施后进出水指标情况 两种污水处理提标改造方案在医院污水进出水生化需氧量()质量浓度和去除率变化情况 如图 所示()改造方案 的 质量浓度和去除率结果()改造方案 的 质量浓度和去除率结果图 两种污水处理提标改造方案的 质量浓度和去除率结果分析图 可知 两种污水处理提标改造方案的进出水 质量浓度呈下降趋势 同时进水质量浓度下降比较明显 改造方案 的质量浓度和去除率结果明显优于改造方案 的 质量浓度和去除率结果 改造方案 的质量浓度去除率高为 说明 改造方案 在医院污水进出水生化需氧量()质量浓度指标方面应用效果较好 两种污水处理提标改造方案在医院污水进出水化学耗氧量()质量浓度和去除率变化情况 如图 所示()改造方案 的 质量浓度和去除率结果第 期 孙平磊 等:“双碳”背景下某医院污水处理提标改造方案比选及仿真研究()改造方案 的 质量浓度和去除率结果图 两种污水处理提标改造方案的 质量浓度和去除率结果分析图 可知 进水 曲线为上升态势经过两种污水处理提标改造方案的处理后出水质量浓度总体呈下降趋势 改造方案 的质量浓度去除率比改造方案 的 质量浓度去除率高 改造方案 的 质量浓度去除率高为 说明 改造方案 在医院污水进出水在医院污水进出水化学耗氧量()质量浓度指标方面应用效果较好 同时完全符合国家排放标准 运行费用分析仿真 实 验 设 置 该 医 院 污 水 处 理 总 量 为/分析两种污水处理提标改造方案的运行费用 其结果见表 表 两种污水处理提标改造方案的运行费用项目费用(元)改造方案 改造方案 药剂费维修保养费电费人工费水费其他合计单价 分析表 可知 改造方案 运行费用低于改造方案 运行费用 说明污水处理提标改造方案 在医院污水处理的经济成本方面具有显著优势以低成本投入获取较高应用价值 结论现阶段污水处理行业通过大量投放碳源和药剂 以提高出水水质 对生态环境造成二次污染在“双碳”背景下 为了提高某医院污水处理效率 对提标改造方案比选及仿真研究 选取最优的提标改造方案 提标改造方案 的工艺的契合度较高 能够在最小的改动下实现医院污水处理站的提标 该方案在低碳节能基础上 减少污水处理过程中的能耗和碳排放量 提高资源利用率为早日实现“双碳”目标作出贡献 因课题组时间与精力有限 文中仍有许多不足之处 在以后实践中逐步完善 下一步研究方向主要围绕光伏能源技术对医院污水处理站能源结构进行调整提高医院污水处理效率参考文献:田亚军 彭贵龙 王海源 等.鄂尔多斯某污水处理厂提标改造工程实践.中国给水排水 ():.丁毅 张祥平 张德银.某化工园区污水处理厂提标改造工艺设计.给水排水 ():.郑伟波 郑卉 李宝强 等.新冠肺炎疫情下医院污水处理工程实例及运行效果.水处理技术 ():.李海华 鄂正阳 史振涛 等.基于总氮达标的河南省某污水处理厂提标改造工艺研究.水处理技术 ():.李传志 张帆 刘斌.火神山新冠肺炎传染病医院污水处理工程生化处理工艺设计探讨.给水排水 ():.彭江喜 李益飞 肖涛 等.工艺用于南昌市某污水处理厂提标改造工程.中国给水排水 ():.张丹丹 牛和昕 俞开昌 等.浸没式超滤臭氧氧化用于某污水处理厂提标改造.中国给水排水 ():.(责任编辑 胡安娜)九江学院学报(自然科学版)年第 期