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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