厌氧_好氧法污水处理厂优化运行数值模拟研究_施跃锦

随着国内生活水平的日益提高，水污染问题也日趋严峻。我国城镇污水处理厂担负着处理大量生活污水以及部分工业废水的任务，但大量已建成城镇污水处理厂有效运行率严重偏低。如何实现污水处理厂的合理设计及优化运行成为当前急需解决的一项课题。现场中试实验不仅费时费力，并对污水处理厂运行造成一定程度上的影响。而采用数学模型为基础的数值模拟与控制能够克服上述现场中试试验的缺点，细观化模型可准确模拟工艺参数改变对污水处理厂运行的影响，从而确定最佳运行工况。近年来，国内外均已开始重视基于活性污泥模型的污水处理厂运行效果数值模拟研究，为污水处理厂的优化运行提供科学的指导。Brdjanovic等人通过TUDP模型完成了污水处理厂的现场校验，并提出优化运行建议[1]；Salem等人利用TUDP模型对比模拟分析各种改进方案，为某污水处理厂的扩建提供了科学的指导方案[2]；Manga等人将活性污泥2号模型（ASM2）改进模型应用于污水处理的中试模拟研究，通过对比试验数据和模拟结果为生物除磷提供了更优的设计参数[3-4]；周雪飞等人应用活性污泥数学模型模拟污水生物处理系统内的动力学反应过程，分析模型的灵敏度，找出灵敏性组分和参数，通过适当调整模型灵敏性组分和参数，达到了污水处理厂运行优化的目的[5]；严晨敏等人应用ASM2分别对6池及改进的7池（改良序批式活性污泥法，MSBR）工艺进行了数值模拟研究，与此同时开展实验室试验，而试验结果与数值模拟结果基本吻合，表明活性污泥模型对新工艺的开发具有一定的指导意义[6]。陈莉荣等人以ASM1和固体通量沉淀模型为基础，结合反应器原理，探讨了厌氧-好氧法（A/O）活性污泥系统的模拟工艺流程和各组分的物料平衡关系等问题，可用于A/O活性污泥系统的正确模拟和预测[7]。张代钧等人利用经校验的ASM2模型为重庆市某污水处理厂3种脱氮除磷改造方案进行了数值模拟研究，寻求了每一种方案的最佳运行控制参数[8]；朱向东等人应用ASM2d模型对北京一大型污水处理厂进行数值模拟研究，寻求改善污水处理厂脱氮除磷的优化方案[9]。孙培德等人应用FCASM2-Hydro耦合模型对浙江省德清狮山厌氧-缺氧-好氧法（A2/O）污水处理厂进行数值模拟系列试验研究，寻求污水处理厂脱氮除磷的优化方案[10-12]。本研究用生物场-水力场耦合新模型（FCASM3-Hydro）对杭州某污水处理厂A/O处理效果进行优化模拟，预测工艺参数调整后的工艺运行状况，为该污水处理厂的优化运行提供最佳工艺参数调整指导。1现场试验1.1污水处理厂概况本研究中利用杭州某A/O污水处理厂作为厌氧－好氧法污水处理厂优化运行数值模拟研究施跃锦，吴革，孙培德（浙江工商大学，浙江杭州310012）摘要：利用FCASM3-Hydro耦合模型分别模拟研究了氧传递系数（KLa）、污泥停留时间（SRT）、缺氧池与好氧池HRT比对杭州某厌氧-好氧法（A/O）污水处理厂营养物质去除效果的影响。结果表明，曝气量大小是影响A/O脱氮除磷效果的主要因素，在低曝气量（＜2g·m-3）水平下，氨氮去除率将随着好氧池内曝气量的增加而提高；好氧池内曝气量过低（＜0.3g·m-3）或过高（＞2g·m-3），都不利于磷酸盐的去除。通过对比分析模拟结果得到了该A/O污水处理厂的最佳运行工况为：KLa=250d-1、SRT=10d、缺氧池与好氧池HRT比为1:8。关键词：FCASM3-Hydro耦合模型；厌氧-好氧法；污水处理厂；数值模拟；优化中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)03-0049-006收稿日期：2009-08-13作者简介：施跃锦（1977－），男，硕士，工程师，研究方向为环境、安全仿真与水污染控制技术联系电话：0571-88383397；E-mail：syjwx2007@163.com第36卷第3期2010年3月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.3Mar.,201049DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2010.03.011FCASM3-Hydro耦合模型校核的现场试验基地，其工艺参数见表1。1.2现场实测结果分析在杭州某A/O污水处理厂现场实测期间，进水水质水量变化波动及模型进水COD组分特征分别见表2和图1。2模型模拟方法采用FCASM3-Hydro对A/O处理效果进行模拟。FCASM3-Hydro是在活性污泥细观机理模型FCASM3基础上，考虑水力流场对污染物扩散作用的条件下而建立的，可模拟污染物质随时间、空间的变化，而且模型细化对微生物脱氮机理的描述，实现对2步硝化反应的模拟，因此可更准确模拟氮元素转化过程[13]。其中FCASM3-Hydro的建立及相关内容可参见文献[14]。基于校