运行决策支持系统在城市污水处理厂的应用

运行与管理运行决策支持系统在城市污水处理厂的应用柯细勇,施汉昌,王玉珏(清华大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084)摘要:某城市污水处理厂初期运行时氨氮去除效果不明显,出水氨氮不能满足排放水质要求。运行决策支持系统首先对此污水处理厂进行模型化,通过分析判断出存在的主要问题是剩余污泥排放量过大、污泥龄短,相应的解决措施是增加污泥回流比、降低污泥排放量以延长污泥龄。然后采用IAWQ模型的模拟系统计算出剩余污泥排放量为2000m3/d、污泥龄为7d时系统能耗较低,出水氨氮可达到排放要求。关键词:运行决策支持系统;专家系统;模拟系统;IAWQ模型中图分类号:X703.1文献标识码:C文章编号:1000-4602(2003)07-0102-03城市污水处理厂运行决策支持系统(OperationDecisionSupportingSystem,以下称ODSS)包含专家系统、模拟系统、培训系统三个部分,具有运行预测、分析问题和提出建议、进行人员培训三种功能。其中,专家系统是在运行出现问题的时候,操作人员输入所观察到的问题,系统一步步提示如何对问题进行分解。在进行了必要的实验分析和周边条件清晰之后,得到分析结果,最后给出处理问题的建议报告。模拟系统基于国际上最新的IAWQ模型和二沉池模型,通过与实时系统的数据连接,对污水处理厂的运行状态进行模型分析,能够预测污水处理厂未来的运行状态,为该厂可靠运行提供理论依据。其主要功能是通过从数据库取得有效数据,对污水生物处理过程进行数学模拟,计算出生物处理系统主要运行参数发生的变化,提供变化趋势,并对可能发生的事故进行报警。1城市污水处理厂模型某城市污水处理厂处理能力为40×104m3/d。该厂安装了先进的自动控制系统,同时安装了城市污水处理厂运行决策支持系统。该污水处理厂主要工艺采用缺氧—好氧活性污泥法,对部分城市污水进行二级处理,对生物处理产生的剩余污泥进行消化处理。根据该厂曝气池的设计特点,系统将每组曝气池分为5个完全混合反应器(CSTR),1、2廊道为第一个CSTR,3廊道为第二个CSTR,4廊道为第三个CSTR,5、6廊道为第四个CSTR,7、8、9为第五个CSTR。4、6、9廊道的DO仪表读数和剩余污泥排放量读数如表1所示。表1实际运行的部分工艺参数时间溶解氧(mg/L)4号表6号表9号表剩余污泥量(t)19日0.91.71.785420日0.62.32.2951按进水量为206413m3/d、供气比为5∶1计算,总气量为1032065m3/d。采用渐减曝气法,前两个CSTR为缺氧状态,后三个为好氧状态,曝气流量百分数为50%、30%、20%。各个CSTR的溶解氧浓度用平均值(单位mg/L)表示,分别为0.1、0.0、0.8、2.0、2.0。剩余污泥量取平均值900t,该值在进行模拟时依据经验确定。回流污泥量与进水量的比值一般为0.5到0.75,该厂现阶段开了两台污泥回流泵,每台流量为5×104m3/d左右,本次模拟定为10×104m3/d。水从1、3、5廊道进入,各廊道无内循环,以推流方式工作,污水全部从最后一个廊道排出,回流污泥全部从第一廊道进入系统。曝气池模型如图1。·201·中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.7图1污水处理厂工艺模型结构图按照上面所给数据可调整模型工艺参数。模型参数的确定是系统调试的主要部分,有些模型参数由于变化很小,可以使用文献推荐值,而有些模型参数则需要在实测数据的基础上确定,工艺参数是与实际情况关系最为密切的,必须与实际一致,而废水参数的变化范围较小,可以利用类似污水处理厂的相应参数。通过调整,模拟系统能够较好地模拟该污水处理厂的实际运行情况。2解决氨氮去除率低的问题该污水处理厂自启动运行两个多月以来,氨氮的去除率非常低,根据实地考察所得数据:氨氮进水平均浓度为41.4mg/L,出水平均浓度43.79mg/L,即系统的硝化作用不明显。按有关规定,新建污水处理厂排放标准现期出水氨氮为25mg/L,将来以15mg/L为目标,目前还达不到要求。根据该厂运行人员输入的运行数据和现象分析,决策系统初步认为该厂存在的主要问题是氨氮的去除问题,在完成故障初步诊断之后,系统向运行人员询问了有关污泥龄、曝气池挥发性悬浮固体浓度的情况,并提出是否存在有机负荷冲击现象、进水中是否有工业废水等问题。根据运行人员对这些问题的回答,系统认为存在运行故障的主要原因是:剩余污泥排放量过大(3500m3/d左右)、污泥龄短(3.9d左右)。由于硝化细菌的生长需要较长的时间,在该厂的运行条件使硝化细菌不能够很好地生长,曝气池中的硝化细菌流失殆尽,硝化反应不能正常进行,氨氮得不到有效去除。最后,系统给出了相应的解决办法:增加污泥回流比、