基于GMP 準(zhǔn)則的氧化溝工藝動(dòng)態(tài)模擬

陳平

（北京市昌平區(qū)排水服務(wù)中心，北京 100000）

1 GMP 概況

為了促進(jìn)模型向著實(shí)用化的方向發(fā)展，世界各國(guó)的研究者針對(duì)污水處理廠的模擬應(yīng)用提出了多個(gè)不同內(nèi)涵的模型指南，模型指南的出現(xiàn)是旨在規(guī)范模型應(yīng)用，使模型應(yīng)用過(guò)程逐步標(biāo)準(zhǔn)化。國(guó)際水協(xié)（IWA）推出的GMP 指南是Good Modeling Practice（優(yōu)秀模擬實(shí)踐）的縮寫(xiě)。

GMP 標(biāo)準(zhǔn)指南以上述不同標(biāo)準(zhǔn)化的模型指南為基礎(chǔ)，并對(duì)指南中的一些關(guān)鍵元素進(jìn)行了擴(kuò)展，尤其是在關(guān)于建模者與利益相關(guān)者之間的協(xié)作等方面。GMP 標(biāo)準(zhǔn)指南主要有五個(gè)步驟：（1）項(xiàng)目定義；（2）數(shù)據(jù)收集與校正；（3）模型建立；（4）模型校正與驗(yàn)證；（5）模擬與結(jié)果解釋[1]。GMP 標(biāo)準(zhǔn)指南的每個(gè)步驟都會(huì)得到不同利益相關(guān)方的參與，例如數(shù)據(jù)的收集與校正需要污水處理廠的技術(shù)人員參與，模型的校正與驗(yàn)證涉及到了水質(zhì)組分和模型參數(shù)的校正，也會(huì)涉及到污水處理廠工藝人員與水質(zhì)檢測(cè)人員的參與，模擬的結(jié)果也需要和污水處理廠技術(shù)人員進(jìn)行討論，以確定模擬的結(jié)果符合實(shí)際情況。

2 以北方某污水處理廠為例的進(jìn)水組分分析與數(shù)據(jù)調(diào)諧

北方某污水處理廠采用氧化溝工藝，處理規(guī)模5.4 萬(wàn)噸/天，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 出水標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)水組分分析：

WERF 的方法主要在北美地區(qū)的污水處理廠、咨詢(xún)公司以及大學(xué)所使用，WERF 方法的一個(gè)顯著特點(diǎn)是引入了膠體物質(zhì)的概念，總的COD 由以下部分組成[2]。

CODT=XI+XS+SS+SI+SCOL

上式中：

SS=溶解性易生物降解COD（RBCOD）；

SI=溶解性不可生物降解COD；

XI=顆粒態(tài)不可生物降解COD；

XS=慢速可生物降解COD；

圖1 GMP 標(biāo)準(zhǔn)指南框架圖

表1 進(jìn)水水質(zhì)組分比例

SCOL=慢速可生物降解膠體態(tài)COD；

CODT=總COD。

3 工藝建模

對(duì)于推流式的曝氣池，關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)如何將其劃分為幾個(gè)完全混合式的CSTR 反應(yīng)器，對(duì)于典型的池子可以通過(guò)長(zhǎng)寬比來(lái)估計(jì)，更為嚴(yán)格的方法是采用示蹤劑的方法來(lái)確定，示蹤劑在池子的前端加入，在出口端測(cè)試示蹤劑的濃度，從而繪制示蹤劑的分布曲線(xiàn)，通過(guò)示蹤劑的曲線(xiàn)確定池子的數(shù)量。

在氧化溝工藝的建模過(guò)程中，一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是溝內(nèi)的循環(huán)流速，其關(guān)系到工藝模擬能否快速得到穩(wěn)態(tài)解及模擬的準(zhǔn)確性。為此，采用Greyline 公司的浸沒(méi)式多普勒流速傳感器（AVFM6.1）測(cè)氧化溝內(nèi)流速，經(jīng)在不同池深位置多次測(cè)量，氧化溝內(nèi)流速介于0.3～0.39m/s 之間，取平均值0.35m/s。

4 動(dòng)力學(xué)參數(shù)校正

通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬進(jìn)行模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較是一種方便、準(zhǔn)確的方法，在此次為期30 天的動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，硝化菌最大比增長(zhǎng)速率在0.75/d 時(shí)實(shí)測(cè)值與模擬值較為吻合。本研究中將異養(yǎng)菌對(duì)DO 的半飽和系數(shù)（K_DO）進(jìn)行調(diào)整從而獲得一定的較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。通過(guò)與實(shí)際數(shù)據(jù)的比較分析發(fā)現(xiàn)，K_DO 為0.3mg/L 時(shí)實(shí)測(cè)值與模擬值較為吻合。

5 工藝模擬

5.1 出水COD

圖2 出水COD

出水COD 模擬值在22-26mg/L 之間波動(dòng)，而實(shí)測(cè)值在18-26mg/L 之間波動(dòng)，模擬值略高于實(shí)測(cè)值，這是因?yàn)槲鬯畯S在實(shí)際檢測(cè)時(shí)取樣多為瞬時(shí)水樣，與取樣的時(shí)間、水質(zhì)波動(dòng)等都有關(guān)系，但與模擬值差異不大。

5.2 出水氨氮

圖3 出水氨氮

出水氨氮模擬值在0.2-1mg/L 之間波動(dòng)，略低于實(shí)測(cè)值，在5 月29 日-6 月5 日之間，氨氮有明顯的波動(dòng)，這可能是由于臨時(shí)受到了進(jìn)水水質(zhì)負(fù)荷波動(dòng)的影響，與實(shí)測(cè)值波動(dòng)相一致。

5.3 出水總氮

圖4 出水總氮

出水總氮模擬值在8-16mg/L 之間波動(dòng)，略高于實(shí)測(cè)值，且在5 月22 日-6 月5 日之間與實(shí)測(cè)值大體相符。

5.4 出水總磷

圖5 出水總磷

出水總磷在0.08-0.26mg/L 之間波動(dòng)，與實(shí)測(cè)值大體相符。

6 結(jié)論

本文采用了GMP 準(zhǔn)則對(duì)北方某污水處理廠氧化溝工藝進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，同時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，出水COD 模擬值在22-26mg/L 之間波動(dòng)，略高于實(shí)測(cè)值；出水氨氮模擬值在0.2-1mg/L 之間波動(dòng)，略低于實(shí)測(cè)值；出水總氮模擬值在8-16mg/L 之間波動(dòng)，略高于實(shí)測(cè)值；出水總磷在0.08-0.26mg/L 之間波動(dòng)，與實(shí)測(cè)值大體相符。從整體模擬效果來(lái)看，模擬出水水質(zhì)與實(shí)測(cè)出水水質(zhì)大體相符，且趨勢(shì)一致，證明基于GMP 準(zhǔn)則的污水廠工藝動(dòng)態(tài)模擬能夠良好的還原污水廠實(shí)際運(yùn)行效果，對(duì)于污水廠的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和改造具有指導(dǎo)意義。