王貝靈，薛 罡，劉振鴻，宋新山

（東華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，上海 201620）

1 引言

隨著污水處理工藝的快速發(fā)展、污水處理工程的大批興建，以及污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，規(guī)范、快速、可靠的污水處理廠設(shè)計(jì)方法就成為重要的研究方向。由于傳統(tǒng)的程式化的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足目前的各種水質(zhì)和工藝要求，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中引入基于國(guó)際通行的污水處理模型的模擬方法就成為一個(gè)可施性較高的替代方案。商業(yè)水處理軟件的推出和升級(jí)大大促進(jìn)了數(shù)學(xué)模擬在污水處理方面的發(fā)展，常用的有GPS－X、WEST、BioWin等［1］。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有研究人員運(yùn)用此類(lèi)軟件進(jìn)行污水處理工程前期的設(shè)計(jì)和正常運(yùn)行的優(yōu)化，但是在工程調(diào)試階段對(duì)其優(yōu)化模擬的先例還未見(jiàn)報(bào)道。

2 BioWin3.1模型簡(jiǎn)介

BioWin3.1模型是加拿大環(huán)境咨詢公司Envirosim開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)、分析全污水處理廠的單一矩陣模型。Bio－Win3.1可以模擬特定工藝單元的行為和單元中依賴于環(huán)境條件的主要反應(yīng)，追蹤物理、化學(xué)和生物工藝的組分變化和反應(yīng)情況［2］。Biowin3.1數(shù)學(xué)模型還可以對(duì)動(dòng)態(tài)進(jìn)水情況作出良好的響應(yīng)，這就大大提高了對(duì)實(shí)際工程的分析處理能力，擁有較高的真現(xiàn)性。BioWin3.1模型包含了國(guó)際水協(xié)推出的ASM1號(hào)模型、ASm2d模型、ASm3號(hào)模型，以及污泥消化模型等一系列活性污泥數(shù)學(xué)模型［3］。此外，其特有的區(qū)分靜態(tài)進(jìn)水與動(dòng)態(tài)進(jìn)水方案能夠?qū)?shí)際情況進(jìn)行有效還原，提高了軟件的實(shí)用性。BioWin自開(kāi)發(fā)以來(lái)，各個(gè)版本在全球，特別是歐美地區(qū)有了極大的應(yīng)用［4～6］。

3 BioWin3.1模型項(xiàng)目研究應(yīng)用

3.1 研究對(duì)象簡(jiǎn)介

江西省某地毯生產(chǎn)廠印染60m3／d廢水目前采用水解酸化－A／O工藝進(jìn)行處理。但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理，污水處理站存在出水氨氮、COD、色度等指標(biāo)含量均嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)的情況。同時(shí)，由于企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的印染污水量也隨之增加，實(shí)際日均進(jìn)水量已經(jīng)超過(guò)130m3／d。

3.2 工程水質(zhì)及水量分析

本污水處理站進(jìn)水水量每天在180～230m3／d。由于印染方式的差異，染料和助劑的用法、用量的變化造成了進(jìn)水氨氮波動(dòng)在140～480mg／L之間，COD在360～1540mg／L之間。進(jìn)水水質(zhì)的巨大波動(dòng)對(duì)改擴(kuò)建后的污水處理能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，考慮到廠區(qū)有一定的閑置土地，因此設(shè)計(jì)方在水解酸化－A2O生物處理后增設(shè)人工濕地單元進(jìn)行進(jìn)一步的處理。本項(xiàng)目主要對(duì)人工濕地前的生物處理部分進(jìn)行模擬，確定最佳運(yùn)行條件。

對(duì)廠區(qū)持續(xù)監(jiān)測(cè)后，模擬中擬采用典型數(shù)據(jù)的平均值:進(jìn)水量 200m3／d，COD 820mg／L，氨氮 200mg／L，TSS350mg／L，處理后考察 COD、氨氮、TSS分別低于200mg／L、110mg／L、50mg／L。

3.3 模型的建立

本工程根據(jù)原有構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行改擴(kuò)建，從而能夠降低土建成本，節(jié)約資源。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)，擬采用A2O工藝對(duì)污水進(jìn)行脫氮處理。擴(kuò)建后擬進(jìn)水量達(dá)到200m3／d，前處理設(shè)置集水井、調(diào)節(jié)池等穩(wěn)定進(jìn)水流量。生物處理運(yùn)用多級(jí)錯(cuò)層推流的方式在布有填料的生化池運(yùn)行，在各級(jí)生化池中同時(shí)還設(shè)有曝氣管線，此法不但能夠有效地提高生物處理能力，同時(shí)也能夠自由改變各部分的曝氣狀態(tài)，為改變調(diào)試方案提供了更廣泛的可能性。工藝中對(duì)污泥的處理，大部分進(jìn)行回流，其余污泥根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)入好氧消化池實(shí)現(xiàn)污泥減量，最后污泥壓濾脫水、外運(yùn)。根據(jù)上述的擬建工程，在BioWin3.1軟件上設(shè)計(jì)如圖1的工藝流程。其中好氧池后的回流比為200%，沉淀池后的回流比為50%。缺氧填料生物反應(yīng)器DO維持在0.5mg／L，好氧填料生物反應(yīng)器DO維持在3.0mg／L，以此作為穩(wěn)定的基態(tài)條件進(jìn)行多組分變量模擬。

圖1 改建后污水處理廠模擬布置

4 軟件模擬調(diào)試優(yōu)化參數(shù)

根據(jù)模型內(nèi)核的數(shù)據(jù)控制，調(diào)整關(guān)鍵影響因素，找到合適的運(yùn)行、調(diào)試方案，并為特例情況的出現(xiàn)做預(yù)案，方便了調(diào)試控制和正常運(yùn)行的順利進(jìn)行。

4.1 DO濃度調(diào)整

生物池中DO的濃度是對(duì)氨氮去除的重要影響因素，DO的升高能夠有效地促進(jìn)氨氮降解，但是DO值過(guò)高對(duì)TN的去除有制約作用。本模型在維持內(nèi)回流比200%、外回流比50%的情況下，調(diào)整了DO分別為2mg／L、3mg／L、4mg／L 3種狀態(tài)（表1）。模擬結(jié)果表明DO的改變對(duì)COD、TSS無(wú)實(shí)質(zhì)影響，DO降低到2mg／L，氨氮值升高到105.90mg／L，而 DO 升 高 到 4mg／L，氨 氮 值 變 為103.52mg／L?？紤]到提高DO值對(duì)充氧設(shè)備所增加的要求和穩(wěn)定操控的復(fù)雜性，建議調(diào)試期間將DO設(shè)定為3.0mg／L。

表1 DO濃度調(diào)整對(duì)處理效果的影響 mg／L

4.2 內(nèi)回流比調(diào)整

內(nèi)回流比的不同對(duì)氨氮的硝化作用將產(chǎn)生明顯影響，提高內(nèi)回流比能夠有效稀釋氨氮，但是同時(shí)也會(huì)由于水流的混合作用對(duì)厭氧部分產(chǎn)生可見(jiàn)干擾。模擬運(yùn)行中將內(nèi)回流比調(diào)整為100%、200%、300%和400%進(jìn)行模擬（表2），模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示調(diào)整內(nèi)回流比對(duì)COD、TSS無(wú)實(shí)質(zhì)影響?？紤]到提高后的效能比過(guò)低，為了維持合理的內(nèi)回流能力，穩(wěn)定出水水質(zhì)，建議將內(nèi)回流比調(diào)整為200%。

表2 內(nèi)回流比調(diào)整對(duì)處理效果的影響 mg／L

4.3 污泥回流比調(diào)整

在本項(xiàng)目中，污泥回流的可以從一定程度上補(bǔ)充好氧池流出帶走的活性污泥，使各個(gè)池內(nèi)的懸浮固體濃度MLSS保持相對(duì)穩(wěn)定，懸浮污泥和填料附著污泥的存在可以最大化地對(duì)污水進(jìn)行有效處理。模擬中將污泥回流比按照每25%增加一級(jí)的方式進(jìn)行，最大達(dá)到150%（表3）。結(jié)果顯示，回流量的加大對(duì)氨氮的去除差異性不大，但是COD和TSS的出水模擬結(jié)果從179.4mg／L和26.7mg／L迅速提升到210.3mg／L和106.3mg／L，這就不能?chē)?yán)格保證水解酸化A20工藝的出水水質(zhì)和后續(xù)人工濕地系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)。因此，出于項(xiàng)目的綜合運(yùn)行考慮，建議將外回流比調(diào)整到50%為適。

表3 污泥回流比調(diào)整對(duì)處理效果的影響 mg／L

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高氨氮廢水水解酸化－A2O－人工濕地系統(tǒng)生化處理設(shè)計(jì)工藝的模擬，得出該設(shè)計(jì)能夠有效滿足設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)生態(tài)處理提供穩(wěn)定的碳氮基。根據(jù)不同的模擬方式，得出前期生化處理的最佳運(yùn)行參數(shù)為好氧池DO3.0mg／L、內(nèi)回流比200%、污泥回流比50%。軟件模擬后，出水COD、TSS、氨氮結(jié)果分別為185.5mg／L、47.5mg／L、105.8mg／L。

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