城市污水处理厂全程动态模拟与对策研究

摘要

长期以来污水生物处理构筑物的设计运行大多根据经验数据来进行的，更是由于地理位置、环境差异等因素，使得建成后的污水处理厂并不能很好的服务于当地城市。为了提高我国污水处理厂工程建设效率、提高运行控制水平、保证出水水质、减少能耗及费用，应用活性污泥模型反应实际污水处理厂运行情况，并尽可能的降低建模系统的应用门槛和限制，形成一套科学而系统的解决方法至关重要。
　　本文以西安一座污水处理厂生物处理工艺为研究对象，利用IWA提出的ASM2d数学模型，基于WEST软件平台，完整模拟了该工程建设周期（设计—调试—投产运行），并对过程中所产生的问题，加以分析、解决和优化。将模拟过程简单化、系统化，为活性污泥模型应用于实际工程提供支持。
　　在工程设计阶段，根据《可行性研究报告》和《初步设计》的比选工艺方案信息，对工艺的运行参数与污泥模型参数进行了分析与确定，建立工艺方案的概化模型。模拟了不利条件下工艺方案的处理效果，并加以分析和评估。方案二“改良A2/O+MBR膜池”工艺综合表现较好。针对优选方案在低温和COD负荷条件下出水氨氮不稳定及TP超标的风险，加入了前置反应区和分点进水的控制，对改进后的方案进行了模拟，确定了前置反应区的体积和分点控制比最佳参数为1500m3和0.5～0.7。
　　在调试运行阶段，依据工程竣工后的尺寸与运行参数对优选模型进行校正，并对进水水质组分进行敏感性分析，依据实测的进水样品，确定进水组分关键参数，完成模型进水组分参数的调整。敏感性分析确定了对模型出水影响度较大的7个关键参数（S_Alk_In、F_TSS_COD、f_S_A、f_S_F、f_S_NH、f_S_PO和f_X_H和5个常规进水水质（COD、氨氮、TN、TP、SS）。7个关键参数需经模型相关组分项测定并计算得到，通过实验测量COD、CODf、Ss、SA、XH、TN、SNH4、TP、SpO4、SALK和TSS等11项组分，并计算得到关键参数S_Alk_In、F_TSS_COD、f_S_A、f_S_F、f_S_NH、f_S_PO和f_X_H的值分别为32.00、0.83、0.19、0.39、0.72、0.43和0.13。
　　应用模型模拟了污泥投加间歇培养方案和连续流培养方案，使用污泥浓度和培养时间作为指标对模拟进行评估，结果显示：连续流培养调试周期较长，但污泥效果较好，间歇培养则相反。最终将两种培养方法相结合用于实际调试，不仅缩短了实际调试时间还得到了较好的活性污泥。应用模型优化试运行阶段的运行参数，确定了分点进水比例、厌氧池/缺氧池/好氧池混合液回流量、污泥排放量等5个操作参数最佳运行值，将优化结果用于实际污水厂试运行，运行结果与模拟结果相近，优化效果较为理想。
　　投产运营阶段，进行活性污泥模型参数（动力学参数和化学计量系数）的敏感性分析，调整关键参数值，完成模型稳态条件的校准和有效性验证。通过日变化曲线和插值法获得连续10天的动态进、出水数据，完成模型动态条件下的校准和有效性验证。
　　使用验证后的模型，对工艺现存除磷与能耗问题进行解决与优化。通过模拟调整反应器停留时间、排泥量和混合液回流量等方法，强化生物除磷功能。结果显示：通过增加厌氧池体积，减少好氧池体积来调整反应停留时间；保证氮出水达标，适当加大排泥量；减小或关闭厌氧区回流量可以有效的增强生物除磷。通过模拟投加PLAC进行辅助化学除磷，结果显示使用低剂量1.73m3/d情况下可以满足日常要求。将模型进行能耗估算，明确总体费用情况，对占比较高项进行可行性优化。满足正常出水达标情况下适当减少回流量，模拟结果显示泵运行费较正常情况下减少了28.6％，总的运行费用减低了16.3%。曝气可使用传感调节系统加以控制，满足出水标准，降低曝气量，减少运行费用，模拟结果显示曝气耗能费用比之前减少了25.6%。将优化运行方案的模拟结果和方法用于实际污水处理厂，得到工作人员的认同和采纳，目前已取得了一定的成效。

目录

声明

1绪论

1.1 课题来源与研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究进展及现状

1.4 研究内容与技术路线

2工艺设计阶段的活性污泥模型辅助研究

2.1 污水处理厂工艺方案简介

2.2 工艺设计方案分析与建模

2.3 设计方案的模拟与评估

2.4 优选方案的改进与校验

2.5 本章小结

3调试运行阶段的活性污泥模型辅助研究

3.1 工艺概化模型的调整

3.2 调试方案

3.3 模拟调试结果与评估

3.4 稳定进水后的试运行方案优化

3.5 本章小结

4投产运营阶段的活性污泥模型辅助研究

4.1 模型稳态条件下的校准

4.2 模型动态条件下的校准与有效性验证

4.3 工艺的优化运行

4.4 本章小结

5总结与建议

5.1 总结

5.2 问题与建议

致谢

参考文献

附录