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第1章 污水处理与碳排放1

1.1 问题与挑战1

1.1.1 污水处理与碳排放关系1

1.1.2 污水处理碳中和运行挑战3

1.2 污水处理低碳运行策略与技术导向4

1.2.1 引言4

1.2.2 污水处理与碳排放关系5

1.2.3 污水处理低碳运行策略6

1.2.4 实现低碳运行技术途径8

1.2.5 低碳运行技术导向12

参考文献13

第2章 污水处理运行优化与低碳运行15

2.1 污水处理厂原始数据可靠性评价方法15

2.1.1 引言15

2.1.2 试验方法与材料16

2.1.3 小结22

2.2 数学模拟应用中的污水水质（COD）特征化方法22

2.2.1 引言22

2.2.2 污水水质特征化分析方法23

2.2.3 污水水质特征化实验27

2.2.4 小结29

2.3 生物营养物去除（BNR）工艺模型参数校正与验证方法29

2.3.1 引言29

2.3.2 试验系统与工艺模型30

2.3.3 试验与模拟结果32

2.3.4 模型校正35

2.3.5 小结38

2.4 污水处理运行问题诊断与工艺优化模拟演示38

2.4.1 引言38

2.4.2 运行状况初步模拟评价39

2.4.3 工艺运行问题诊断39

2.4.4 倒置A2/O工艺的运行优化模拟分析41

2.4.5 小结46

2.5 制定脱氮除磷（BNR）工艺最佳运行策略：模拟预测并试验验证46

2.5.1 模拟与试验方法46

2.5.2 模拟预测与试验验证结果50

2.5.3 讨论52

2.5.4 小结55

2.6 倒置A2/O工艺运行工况静态模拟56

2.6.1 引言56

2.6.2 倒置A2/O工艺模型建立57

2.6.3 初步模拟、组分参数修正与模拟再验证58

2.6.4 参数修正后的工艺模型验证60

2.6.5 小结61

2.7 倒置A2/O工艺运行工况动态模拟61

2.7.1 引言61

2.7.2 物料平衡分析62

2.7.3 动态模拟66

2.7.4 日水量、水质监测试验68

2.7.5 小结69

2.8 数学模拟技术应用于二级污水处理工艺升级改造69

2.8.1 引言69

2.8.2 背景与任务70

2.8.3 现存工艺模拟71

2.8.4 升级工艺与构筑物71

2.8.5 模拟辅助工艺设计73

2.8.6 设备选型及布置75

2.8.7 小结76

2.9 模拟评价、优化大型污水处理厂升级改造方案77

2.9.1 引言77

2.9.2 改良A2/O工艺改造方案77

2.9.3 升级改造方案模拟评价79

2.9.4 升级改造方案优化建议82

2.9.5 建议优化方案及运行参数84

2.9.6 小结85

2.10 模拟评估大型市政污水处理厂超负荷运行能力86

2.10.1 引言86

2.10.2 工艺概况与超负荷运行87

2.10.3 数学模拟方法88

2.10.4 模拟结果与讨论89

2.10.5 小结96

2.11 污水处理运行数字化控制集成方法97

2.11.1 引言97

2.11.2 BNR工艺98

2.11.3 工艺运行控制策略及控制参数选择99

2.11.4 在线监测→模拟预测→自动控制系统的构建101

2.11.5 数字化自动控制系统集成、运行过程及运行效果104

2.11.6 结语107

参考文献107

第3章 污水处理过程耗能与产能潜力112

3.1 反硝化除磷对污水处理低碳运行的实际贡献分析112

3.1.1 反硝化除磷的节能减排作用112

3.1.2 实例污水处理厂概述113

3.1.3 模拟计算方法113

3.1.4 模拟计算结果分析115

3.1.5 小结119

3.2 氧化沟在脱氮除磷方面功效与能效模拟评价119

3.2.1 引言119

3.2.2 工艺模型建立120

3.2.3 功效模拟分析122

3.2.4 运行优化模拟比较123

3.2.5 工艺能效分析125

3.2.6 小结127

3.3 污水处理厂碳中和评价方法创建与案例分析128

3.3.1 引言128

3.3.2 模型建立129

3.3.3 案例分析135

3.3.4 结果分析与讨论137

3.3.5 小结139

参考文献140

第4章 剩余污泥转化能源关键技术143

4.1 剩余污泥处理／处置方法全球概览143

4.1.1 引言143

4.1.2 西欧：控制填埋，鼓励返田，部分焚烧144

4.1.3 中、东欧：消化为主，堆肥普遍145

4.1.4 北美洲：严格管理146

4.1.5 拉丁美洲：污泥量少，倾向农业使用147

4.1.6 东亚：热干化、焚烧、填海转向堆肥、焚烧、灰分利用147

4.1.7 东亚与中国：填埋、农业使用为主，机械脱水、消化为辅148

4.1.8 非洲：除南非外分散式处理为主149

4.1.9 大洋洲：主要填埋，研发新法149

4.1.10 小结150

4.2 剩余污泥减量技术评价及未来潜在技术展望151

4.2.1 引言151

4.2.2 污泥减量技术一般性评价152

4.2.3 强化污泥消化及预处理技术154

4.2.4 未来潜在的污泥减量技术展望156

4.2.5 小结158

4.3 剩余污泥转化能源瓶颈与突破技术158

4.3.1 厌氧消化一般影响因素与工艺条件159

4.3.2 污泥厌氧消化内在瓶颈与突破途径161

4.3.3 污泥厌氧消化外部刺激手段166

4.3.4 小结168

4.4 剩余污泥预处理技术概览168

4.4.1 引言168

4.4.2 物理预处理方法169

4.4.3 机械预处理方法175

4.4.4 化学预处理方法177

4.4.5 生物预处理179

4.4.6 联合预处理方法180

4.4.7 小结182

4.5 剩余污泥中木质纤维素能源转化潜力分析183

4.5.1 引言183

4.5.2 木质纤维素化学结构184

4.5.3 木质纤维素生物降解原理186

4.5.4 木质纤维素能源转化技术途径189

4.5.5 剩余污泥中木质纤维素能源转化技术策略190

4.5.6 小结193

4.6 剩余污泥中木质纤维素稳定并转化能源可行性分析193

4.6.1 引言193

4.6.2 剩余污泥中木质纤维素的来源194

4.6.3 木质纤维素结构与生物降解性195

4.6.4 剩余污泥预处理197

4.6.5 木质纤维素预处理197

4.6.6 强化剩余污泥预处理可行性分析200

4.6.7 小结201

4.7 预处理破稳污泥木质纤维素并厌氧降解实验研究202

4.7.1 引言202

4.7.2 实验材料与方法203

4.7.3 结果与讨论205

4.7.4 结论209

4.8 污泥预处理逾越厌氧水解瓶颈产甲烷实验研究209

4.8.1 引言209

4.8.2 实验材料与方法210

4.8.3 结果与讨论212

4.8.4 结论216

4.9 降解剩余污泥中木质纤维素微生物富集培养实验研究217

4.9.1 引言217

4.9.2 实验材料与方法218

4.9.3 结果分析与讨论222

4.9.4 结论226

4.10 强化污泥中木质纤维素产甲烷实验研究226

4.10.1 引言226

4.10.2 实验材料与方法227

4.10.3 结果分析与讨论228

4.10.4 结论237

4.11 铁腐蚀析氢强化甲烷产率实验研究238

4.11.1 引言238

4.11.2 材料与方法239

4.11.3 结果与讨论241

4.11.4 小结248

参考文献248

第5章 新知识下的低碳工艺研发与优化262

5.1 厌氧氨氧化技术工程化现状与展望262

5.1.1 引言262

5.1.2 从发现到应用264

5.1.3 工程实例266

5.1.4 应用前景展望268

5.2 好氧颗粒污泥技术工程化进展270

5.2.1 引言270

5.2.2 从概念到技术271

5.2.3 Nereda？工程应用实例273

5.2.4 中国工程实例276

5.2.5 应用前景276

5.3 对强化生物除磷（EBPR）机理与工艺的认识误区277

5.3.1 引言277

5.3.2 强化生物除磷机理认识误区277

5.3.3 强化生物除磷工艺认识误区282

5.3.4 小结286

5.4 低碳源污水生物除磷强化技术方式287

5.4.1 引言287

5.4.2 试验与模拟方法288

5.4.3 结果与分析290

5.4.4 讨论293

5.4.5 结论294

5.5 C/P比与磷回收对生物营养物去除系统的影响294

5.5.1 引言294

5.5.2 材料与方法295

5.5.3 结果与分析297

5.5.4 讨论300

5.5.5 小结302

5.6 控制BNR工艺厌氧释磷效果的因素302

5.6.1 引言302

5.6.2 实验方法与材料303

5.6.3 结果304

5.6.4 讨论308

5.6.5 小结309

5.7 控制BNR工艺好氧、反硝化除磷效果的因素310

5.7.1 引言310

5.7.2 实验方法与材料310

5.7.3 结果312

5.7.4 讨论316

5.7.5 小结317

5.8 侧流磷回收强化低碳源污水脱氮除磷效果模拟与试验317

5.8.1 引言317

5.8.2 模拟与试验方法318

5.8.3 结果与讨论321

5.8.4 小结325

5.9 悬浮填料强化污水生物处理的实际作用325

5.9.1 引言325

5.9.2 自有课题试验结果326

5.9.3 自有课题试验现象分析327

5.9.4 其他悬浮填料试验效果328

5.9.5 其他悬浮填料试验结果分析330

5.9.6 小结331

5.10 天然水体氮自净过程及硝化所需溶解氧源331

5.10.1 简介331

5.10.2 试验材料与方法332

5.10.3 试验结果334

5.10.4 讨论338

5.10.5 小结338

5.11 源分离技术国内外研发进展及应用现状339

5.11.1 源分离技术背景339

5.11.2 源分离及其优越性340

5.11.3 源分离技术研发进展341

5.11.4 源分离工程典型范例344

5.11.5 尿液源分离技术展望348

5.12 美国分散式污水处理的历史、现状与未来348

5.12.1 引言348

5.12.2 发展历史349

5.12.3 研发／应用现状351

5.12.4 未来前景354

5.12.5 小结355

5.13 提高“未来的城市”可持续性的水与资源综合管理系统356

5.13.1 城市传统水资源管理系统弊端与未来的城市发展方向356

5.13.2 水与资源综合管理系统思路与概念357

5.13.3 水与资源综合管理系统含义358

5.13.4 水与资源综合管理系统实践与探索363

5.13.5 水与资源综合管理系统技术与管理问题364

5.13.6 可持续水的基础设施展望365

参考文献366

第6章 污水处理厂非传统能源利用潜力380

6.1 污水源热泵与光伏发电潜力计算分析380

6.1.1 引言380

6.1.2 污水源热泵能量回收潜力382

6.1.3 光伏发电潜能估算385

6.1.4 能耗赤字补给率案例分析388

6.1.5 结果讨论与建议390

6.1.6 小结390

6.2 微生物燃料电池处理污水并产能潜力分析391

6.2.1 引言391

6.2.2 MFC发展历程与研究现状391

6.2.3 MFC工作原理与基本构造392

6.2.4 MFC在污水处理中的应用396

6.2.5 MFC/MEC应用于实际污水处理并产能潜力分析397

6.2.6 小结与展望399

参考文献400

第7章 国外污水处理厂碳中和运行现状与未来404

7.1 荷兰未来污水处理新概念——NEWs及其实践405

7.1.1 NEWs框架与意义406

7.1.2 NEWs技术路线图407

7.1.3 NEWs实践与案例412

7.1.4 结语418

7.2 德国可持续污水处理工程典范——Steinhof厂419

7.2.1 引言419

7.2.2 处理工艺流程与效果420

7.2.3 能源与资源产生422

7.2.4 能量平衡计算423

7.2.5 工艺改进措施426

7.2.6 结论428

7.3 污水处理碳中和运行国际先驱——奥地利Strass厂案例剖析429

7.3.1 引言429

7.3.2 工艺流程430

7.3.3 工艺单元与能量平衡431

7.3.4 产能／耗能比分析435

7.3.5 结语437

7.4 美国碳中和运行成功案例——Sheboygan污水处理厂437

7.4.1 引言437

7.4.2 工艺概况与处理效果438

7.4.3 能源回收与节能440

7.4.4 结语448

7.5 新加坡再生水厂能耗目标及技术发展方向448

7.5.1 引言448

7.5.2 能源自给率目标449

7.5.3 近期目标——棕色水厂改造450

7.5.4 短期目标——新建绿色水厂454

7.5.5 长期目标——未来绿色水厂456

7.5.6 结论457

参考文献457

第8章 结语与展望460