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- 2023-01-02 08:30:06 发布
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基于节能降耗的污水处理厂绩效评估体系研究122211杨凌波葛勇涛谢继荣应启锋曾思育何苗(1清华大学环境科学与工程系,北京100084;2北京城市排水集团有限责任公司,北京100044)摘要针对污水处理厂的节能减排要求,建立了能够突出节能降耗目标的污水处理厂绩效评估体系。该体系由稳定达标、节能降耗和优化运行3个维度,污水处理、污泥处理、单位能耗、单元能耗、单元物耗、资源回收利用、单位成本、自动化控制水平、设备运行等9个一级指标和16个二级指标构成。研究提出了定量指标的计算方法和定性指标的打分方法,并采用全国污水处理厂数据统计分析、文献调研、专家咨询等方法给出了计算所需的标准值、修正系数、打分等级。将该体系应用于3座污水处理厂,结果表明该体系能够用于实际污水处理厂的评价,引入绩效评估体系有助于污水处理厂了解自身节能降耗的潜力和途径。关键词污水处理厂节能降耗绩效评估指标体系0引言经济综合绩效评估体系,主要指标有污染负荷、处[5]绩效评估是指运用数理统计和运筹学原理,采理率、成本、能耗、面积利用率等。国内采用标杆用特定的指标体系,对照统一的标准,按照一定的程管理、平衡计分卡等方法对污水处理行业绩效评估[6]序,通过定量定性对比分析,对经营者在一定经营期也开展了相应研究,但距离实际应用还存在较大间的经营效益和业绩做出客观、公正、准确的综合评差距,主要是由于评价体系中的许多指标在针对我[1]判。绩效评估在所有企业管理中都有所应用,有国污水处理厂进行评价计算时遇到数据不全、难以助于企业了解自身情况,发现改善绩效的关键环节。取得或未进行记录的问题。另外,现有指标体系更我国城镇污水处理厂与国外相比,在环境条件、多地集中于水质状况,对节能降耗的体现往往是间处理工艺设计、设备选择等方面并不落后,而在运行接的。管理和优化控制方面尚存在较大的差距,需要改进。本研究在对我国不同地域不同工艺不同规模的在节能减排的大形势下,到十一五期末,污水处理多座污水处理厂实地调研的基础上,充分考虑其实行业肩负着污水处理率不低于70%的减排任务,际运行中数据记录情况和绩效管理需求,建立以节而同时还要充分挖掘污水处理的节能空间。因此能降耗为目标的绩效评估体系,具有较强的实用性。有必要将绩效评估引入污水处理行业,这样既有助在此基础上最终可以形成相应的数据输入、管理、计于各污水处理厂实现战略目标和长远发展,又有利算系统,方便污水处理厂进行绩效管理。于政府实现监管。1绩效评估体系的建立过去十年来,为促进给排水服务的高效和优质11评价目标的确定与体系维度的设计化,国外学者开展了大量研究,在绩效评估领域也形针对污水处理厂节能减排的双重任务,确定本成了一些成果。欧盟大部分国家都定期或不定期绩效评估体系的评价目标为:在稳定达标的基础上,地、强制或自愿地对污水处理企业、污水处理厂进行通过提高运行管理水平,降低污水处理过程的能耗物[2][3]绩效评估。IWA出版的污水处理行业绩效指耗。与此相应的评价内容则应该包括污水处理厂的[4]标一书中提供了大量可供选择的评价指标。处理达标、能耗物耗以及相关的运行管理水平。2007年,涅德提等人提出了城市污水系统环境和在确定评价目标的基础上,本研究借鉴已有广泛应用的平衡计分卡思想来设计体系的维度。平十一五科技支撑计划课题(2006BAC19B06)。衡计分卡方法是1992年由哈佛商学院教授罗伯222给水排水Vol.35增刊2009\n[7]特S卡普兰和大卫P诺顿开发的,从顾在维度设计的基础上,结合一般企业绩效评[8]客、财务、内部业务和内部创新与学习四个角度来管估的需求和污水处理企业的特点,分析得到本研理组织的绩效。由于污水处理厂的规模及服务区域究体系指标设计原则如下:客观性:能够反映不同在设计时便基本确定,使得污水处理厂的客户相对工艺、不同规模污水处理厂的能耗物耗普遍特征,体固定,因此在客户维度主要考察客户所关心的排放现真正的绩效差异。可操作性:不同的污水处理达标率及稳定性。对于污水处理厂节能降耗绩效评厂都能通过该体系进行评估。激励性:使污水处估体系来说,财务维度主要考察能耗、物耗、成本和理厂在现有基础上实现持续改进。信息沟通:评资源回收利用。对于内部业务流程维度,由于污水估结果易于反馈于管理。平衡性:短期经营目标处理厂运行管理中的自动化程度和主要耗能设备的与长期战略目标相一致,即节能降耗和稳定达标并运行方式对能耗存在较大影响,所以主要从这两方重。根据以上原则,参考国内外相关研究成果,得到面入手评价该维度。而由于学习与创新并不直接影基于节能降耗的污水处理厂绩效评估指标,如表1响能耗物耗,因此在体系中对此维度不予考虑。所示。其中定量指标的计算方法也一并列出,定性12指标体系设计及单指标计算方法指标的量化则采用打分法。表1基于节能降耗的污水处理厂绩效评估指标绩效指标维度一级指标二级指标指标计算方法标准值标准值来源稳定污水处理S1出水水质达标指数水质达标日数/运行日数100排放标准达标污泥处理S2污泥含水率达标指数含水率达标日数/运行日数100排放标准min[100,修正系数标准值/(污水处2006年全国数E11污水处理能耗指数0210kWh/m3理电耗/实际处理量)100]据第20百分点单位能耗E12总污染物去除能耗min[100,修正系数标准值/(污水处2006年全国数0120kWh/kg指数理电耗/总污染物1)100]据第20百分点min[100,标准值/(提升单元电耗/实际调研最优(盐E21提升单元能耗指数00022kWh/(m3m)处理量/污水提升高度)100]田污水处理厂)E22生化处理单元能耗min[100,标准值/(生化处理单元电耗/调研最优(盐单元能耗0120kWh/m3指数实际处理量)100]田污水处理厂)节能E23污泥处理单元能耗min[100,标准值/(污泥处理单元电耗/调研最优(小00219kWh/kg降耗指数污泥处理量)100]红门污水处理厂)min[100,标准值/(除磷药剂使用量有2(1)*;E31化学除磷药耗指数文献调研[10]效成分比/总磷(以P计)削减量)100]4(05)单元物耗絮凝剂使用量/污泥处理量/标准调研最优(盐E32污泥处理药耗指数0556值100田污水处理厂)资源回E41污水再生利用指数中水产量/实际处理量/标准值100126%2006年全国平均收利用E42能量回收指数联合发电量/污水处理电耗/标准值10027%文献调研[11]E5总污染物去除成本min[100,修正系数标准值/(运行成2006年全国数单位成本0202元/kg指数本/总污染物)100]据第20百分点O11在线监测仪器使用自动化打分法确定取值,具体见表3维护控制O12自动控制策略应用打分法确定取值,具体见表4优化通过泵性能曲线计算得到O21提升泵效率指数实际提升泵运行效率/标准值运行实际运行条件下的理想效率设备运行通过风机性能曲线计算得O22鼓风机效率指数实际风机运行效率/标准值到实际运行条件下的理想效率注本研究采用总污染物代表污水中各种污染物对环境的综合影响,其计算公式为:总污染物=COD+2BOD+2SS+20TN+100TP,系数参考IWA的Benchmark标准[9]。*括号内数值表示所执行的总磷(以P计)出水排放标准。给水排水Vol.35增刊2009223\n指标计算中涉及到的标准值可以来自5个方表3在线监测仪器使用维护情况O11的评分方法面:同企业早期结果、同企业战略或规划目标、法律维护情况及其得分或部门监管目标、其他企业结果和文献参考值。因仪表类型定期维护,进行维护,能够读数,此本研究给出的标准值主要来自排放标准、2006年且测量准确且测量较准且显示趋势全国污水处理厂数据的第20个百分点或平均值、实常规仪表:流量计、温度计、pH测量计、浊度计、液地调研全国不同地区不同规模和工艺的10座污水543位/液位差计、污泥流量处理厂最优值、文献调研或专家咨询结果等,充分考计、悬浮物浓度测量仪,等虑了标准的客观性和激励性。监测仪表:污泥浓度测在指标计算时考虑到污水处理和污染物去除过量仪、COD在线分析仪、程受到工艺、规模的影响而对能耗有较大影响,因此氨氮在线分析仪、硝酸盐1086为了公平客观比较污水处理厂绩效,需要对指标在线分析仪、总磷在线分析仪,等E11、E12和E5的标准值进行修正。本研究通过引曝气、提升自动控制仪入修正系数来解决此问题。根据2006年全国污水表:气体流量计、溶解氧测处理厂实际运行情况,经统计分析并结合专家咨询15129量仪、氧化还原电位测量获得修正系数的取值,如表2所示。首先确定所属仪,等的处理规模范围和处理工艺,然后计算指标E11的考虑到提升泵、鼓风机对能耗影响显著,因此修正系数=a11b11,E12的修正系数=a12b12,E5O12指标主要评价泵房、曝气的自动控制策略。根的修正系数=a5b5。据文献调研和专家咨询的结果,获得控制策略的分表2E11、E12、E5标准值修正系数级和评分见表4。曝气、提升控制策略得分相加得设计规模a11a12a5工艺b11b12b5到O12控制策略指标得分。如果采用变频设备,在/万m3/d提升控制策略得分基础上加5分。控制策略应用后001~05161719SBR131613的节能潜力越大,得分就越高。需要说明的是,复杂05~1151618氧化沟121313的控制策略除了在降低能耗方面有优势外,能够更1~15141517A/O111010合理地控制生化反应环境,有利于降解,在现阶段虽15~2131416AB法091012然应用较少,但发展前景广阔。2~4121315一级处理0151116表4自动控制策略应用情况O12的评分方法4~7111213生物膜131614控制等级曝气控制策略得分提升控制策略得分7~15101112普通活性污泥法110913无控制0015~20091111A2/O110808经验包括人工控制、远包括人工控4218控制程控制等。制、远程控制等。土地处理及人20~50081010141812包括定时控工湿地包括定时控制,液简单自制,液位、液位差50~100070908其他121010位、DO、供气量等单6020动控制等单参数反馈参数反馈控制。表3列出了指标在线监测仪器使用维护情控制。包括DO-ORP-供况O11的评分方法。如果厂内不具备某类仪器,气量、DO-NH3-N根据长期水则相应项目不得分。得分在60~75范围的污水复杂自等多参数联合反馈控量规律或实时7025处理厂意味着拥有常用仪表,得分75~85的污水动控制制,以及DO、DO-水量等进行编处理厂能够监控重要指标,得分85~100的污水NH3-N等前反馈组优化运行。控制。处理厂能够进行较全面监控、适用较复杂的自动额外增附加控制变频控制控制策略。加5分224给水排水Vol.35增刊2009\n13综合评价方法分析来看,X厂由于刚刚投入运行,出水不达标根据各指标的计算方法可知,所有指标取值均现象较为严重;提升和生化单元具有较大的节能潜为0~100的无量纲数,且分值越高说明绩效越好。力,污泥处理药耗具有较大的降耗潜力;仪表配置和采用最简单的等权重加和,即通过计算二级指标的自控策略应用较好;通过提高提升泵、鼓风机运行效平均得分可以得到一级指标的得分,计算一级指标率有望降低能耗。Y厂总体表现最优,其污泥单元的平均得分可以得到各维度的得分,类似地可获得仍存在一定节能潜力;需要提高中水产量,加大资源污水处理厂总分。根据得分高低,可以比较不同厂回收利用力度;采用符合自身需求的自控策略,有望之间的总体绩效差异、不同维度差异和单项指标进一步降低能耗。Z处理厂受研究条件限制,数据差异。稀缺;从现有指标来看,能耗最低,污泥处理的药耗需加强控制,控制策略、自控水平有待提高。2案例研究分维度进行横向比较。首先看稳定达标维度,对三座不同工艺、不同水质水量的污水处理厂普遍存在不达标现象,需要针对不达标的项目加强2006年的运行情况进行综合评价,所得结果如下。控制,以符合排放标准的要求,特别是X厂。其次由于各厂均未进行化学除磷、沼气发电等,不需要计看节能降耗维度,Y、Z两厂能耗物耗指标较优,但算的指标有E32污泥单元单位污泥药耗和E42能所有污水处理厂都存在一定的节能降耗空间,需要量回收率。表5中空白处是指受研究条件限制该厂进一步加强管理和优化运行。最后看优化运行维数据收集不完整。总体来看,各厂现有数据资料能度,X厂最优,Y、Z两厂需要针对自身需求提高现有够支持指标进行计算、评价,该评估体系具有可监测水平和运行控制能力。行性。3结论与建议表5案例污水处理厂得分情况(1)本研究构建了基于节能降耗的污水处理厂指标X厂Y厂Z厂绩效评估体系。引入该体系有助于污水处理厂了解S1出水水质达标指数252899942自身节能降耗的潜力和途径进而实现持续改进,有S2污泥含水率达标指数404976助于比较不同厂之间的运行绩效进而促进政府的有E11污水处理能耗指数56010001000效监管。E12总污染物去除能耗指数7796821000(2)指标体系从稳定达标、节能降耗和优化运E21提升单元能耗指数4881000行三个维度考察污水处理厂的绩效,在每一维度下E22生化处理单元能耗指数8321000设计了具有代表性的综合指标。综合文献调研、统E23污泥处理单元能耗指数1000929计分析、实地调研的结果,给出了一套完整的指标计E32污泥处理药耗指数4831000656算和评价方法。E41污水再生利用指数231(3)将绩效评估体系应用于三座污水处理厂的E5总污染物去除成本指数680评价,各指标具备可操作性,能够体现各厂的绩效差O11在线仪表使用维护1000880750异。案例污水处理厂仍然存在不达标的现象,同时O12控制策略930620620具备较大的节能降耗空间,通过优化运行、加强管O21提升泵效率983理,有望改善绩效。O22鼓风机效率921参考文献有效指标个数13116稳定达标维度3289379421财政部统计评价司.企业绩效评价工作指南.北京:经济科学出节能降耗维度689835885版社,20022MerkelWInternationalReport:Performanceassessmentinthe优化运行维度958750685waterindustryWaterScienceandTechnology:WaterSupply,全厂得分7168388282002,2(4):151~162给水排水Vol.35增刊2009225\n黄河班多水电站渗渠的设计与计算吕康王丹丹高妙英王彩云李振宇(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院,西安710065)3摘要黄河班多水电站施工供水系统采用渗渠取水,渗渠设计产水量为1620m/h。介绍了这种取水方式的设计思路和具体计算方法,以及进水孔、检查井和渗渠接口的设计特色。关键词渗渠进水孔人工滤层检查井接口31工程概况697m/s,对应日平均水位为271818m;坝址处3黄河班多水电站位于青海省海南州兴海县与同德50年一遇洪峰流量为4230m/s,对应洪水位为县交界处的班多峡谷出口处,是黄河干流龙羊峡向上272485m。班多水电站坝址处黄河多年平均含沙3游的第二个梯级电站,上接茨哈峡水电站,下接羊曲水量为056kg/m;汛期(6~9月)平均含沙量为33电站。工程以发电为主,总装机容量为360MW,年发080kg/m;多年月平均含沙量为101kg/m;多3电量为1412亿kWh,工程规模为二等大(2)型工程。年最大日平均含沙量为588kg/m。黄河班多水电站施工供水工程位于电站施工区3气象资料内,海拔高度在2720~2824m,水源采用黄河岸边地本工程气象资料采用青海省同德气象站的观测3下水和河床潜流水,渗渠设计出水量为1620m/h。资料,其主要气象要素见表1。施工供水主要供混凝土拌合系统用水、主体工表1同德气象站主要观测资料程用水、综合加工厂(混凝土构件预制用水、冲洗用项目数量水、冷却用水等)、营地生活用水等。施工供水系统多年平均气温/05由渗渠、取水泵站、清水池等建(构)筑物组成。渗渠极端最高月平均/298集取的地下水经取水泵站内取水泵提升至左岸极端最低月平均/-3722824m高程处清水池(两座,总容积6000m3),由多年平均降水量/mm4252该水池供给施工期生产和生活用水。最大风速/m/s25本文主要介绍该工程渗渠的设计与计算。多年月平均风速/m/s31最大积雪厚度/mm2002水文及泥沙资料最大冻土厚度/mm1620班多水电站坝址处95%保证率日平均流量为3OECD编.环境绩效评估:德国.於方等译.北京:中国环境科学8王志伟.企业现代绩效评估的理论分析:[学位论文].西安:西安出版社,2006建筑科技大学,20044RafaelaMatos,etalAdrianaCardosoPerformanceIndicators9VanrolleghemPA,JeppssonU,CarstensenJ,etal.IntegrationforWastewaterServicesIWA,2003ofWWTplantdesignandoperationAsystematicapproach5BenedettiL,etalEnvironmentalandeconomicperformanceusingcostfunctionsWatSciTech,1996,34(3-4):159~172assessmentoftheintegratedurbanwastewatersystemJournal10念东,王佳伟,刘力超,等.城市污水处理厂化学除磷效果及运行ofEnvironmentalManagement,InPress,CorrectedProof,2007:成本研究.给水排水,2008,34(5):7~1011潘伯寿,卢志,孙传志.海口市污水处理厂污泥消化的运行分析.1~11中国给水排水,2006,22(24):91~946王希希.城市污水处理行业发展及其标杆管理体系研究:[学位论文].北京:清华大学环境系,20047罗伯特卡普兰,大卫诺顿.平衡计分卡:化战略为行动.刘俊&Email:szeng@tsinghuaedu.cn勇,孙薇译.广州:广东经济出版社,2004收稿日期:2008-09-10226给水排水Vol.35增刊2009
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