BioWin原理及其在污水处理中的应用研究

BioWin原理及其在污水处理中的应用研究原理及其在污水处理中的应用研究一、前言不同国家和地区的研究和应用实践表明，数学模拟已经成为污水处理工艺优化设计和运行以及新工艺开发试验研究中有效的工程工具。数学模拟技术即利用数学模型和模拟工具，对假设的系统或不便进行试验测定的系统进行模拟预测。应用数学模拟技术，可以大大减少试验工作量，不仅能提高工作效率，还可以节省大量人力、物力和财力。数学模拟需要借助于特定的应用程序和软件，在已经开发的诸多软件中，BioWin几乎包括了其他各种软件的大部分功能并形成了自己的特点，有着更加广泛的发展应用前景。二、BioWin简介及应用现状1、BioWin简介BioWin是由加拿大Envirosim环境咨询公司推出的一款污水处理工艺数学模拟软件。BioWin模型包含了国际水协推出的ASM1号模型、ASM2d模型、ASM3号模型以及污泥消化模型等一系列活性污泥数学模型。它包含两个模块，一个是稳态分析器，假定进水流量和组分恒定；另一个是动态仿真器，使用的是时变输入。经过十多年的开发研究，BioWin数学模拟软件几乎包括了其他各种软件的大部分功能并形成了自己的特点，例如能够模拟整个污水处理厂（包括污水、污泥以及污泥处理后的上清液的处理工艺）的pH变化，预测厌氧消化系统中的pH值和沼气（包括CO2、CH4和H2）的构成，使用技术上优越的单一模型矩阵，这种广泛和综合的解决方案使得模型校正要求大大减少，设计更加准确。目前采用的最新的BioWin3.0是污水处理工艺模拟方面的一个重要进展。BioWin模型的动力学参数和化学计量参数已经通过大量的研究和工程应用得到校正。因此，在工程应用时模型校正的工作量大大减少。2、BioWin应用现状BioWin作为有用的模拟工具已经在污水处理的许多方面获得了广泛应用。如在污水处理工艺设计、评估和比较中利用BioWin进行模拟可以使工作量大为减少，起到事半功倍的效果；在工艺运行中，利用BioWin进行模拟可以诊断和优化污水处理厂各种因素的变化对处理效果的影响。在纽约市生物脱氮除磷升级改造项目中，通过使用BioWin模拟确定生物脱氮除磷升级改造对四个污水处理厂脱氮能力的影响并估计出水总氮可能的最高值。结果显示BioWin模拟的预测值与后来实测值很接近。在全污水处理厂工艺优化过程中，BioWin起了关键作用。2005年，为改造美国乔治亚州F.WayneHill水资源中心的污水处理设施，利用BioWin工艺模拟软件，在水资源中心对以下运行情况评价的基础上，开发了该中心污水厂的模拟模型——全污水处理厂模型的结构。这些运行情况包括：采用或不采用初沉池、不同的运行结构和生物反应池的季节优化、金属盐的投加点和投加量的影响/优化、固体处置和回流影响、DO优化、暴雨流模拟和部分厂关闭的评价。这个应用实例显示了如何建立一个全厂模型，以降低运行和维护成本并产生高质量的出水水质。在北京市高碑店污水处理厂四系列改造过程中，北京排水集团甘一萍等采用数学模拟技术建立了高碑店污水处理厂四系列的工艺模型，对当时的运行情况进行了模拟分析，在此基础上提出了提高脱氮效果的改造方案。针对脱氮效率不高的问题，研究组对延长缺氧段并保证好氧段的硝化效果进行了详细的模拟分析，最终确定了改造方案的核心内容。改造后运行稳定时的脱氮效率明显提高，与预期效果基本一致，证明了数学模拟技术的可靠性和实用性。该例主要说明了运用数学模拟技术可以对现有工艺进行分析和诊断，找出运行中存在问题的关键原因，并针对易于改善和改造的条件进行模拟分析，最终确定工艺优化和改造方案。三、BioWin对脱氮除磷中试系统的模拟1、模型建立本文针对处理规模为144吨/日的污水脱氮除磷中试系统进行模拟，该系统为强化生物脱氮除磷工艺，采用预缺氧—厌氧—缺氧—好氧—缺氧—好氧的模式运行。进水方式为两点式进水，其中85%直接进入厌氧池，15%进入预缺氧池，同时进入预缺氧池的还有回流比为100%的回流污泥。内回流比为300%，剩余污泥从好氧池末端排出。按照中试实际工艺流程，采用BioWin3.0软件建立的中试工艺，其中好氧池根据实际运行中各池不同的溶解氧浓度分为四部分。2、参数确定及模型校准系统参数主要包括三部分：模型参数、工艺参数和污水组成参数。模型参数是指生物反应器的动力学参数和化学计量参数，它们是表征模型固定特性的量。工艺参数是指代表实际污水处理运行工艺的模型工艺参数。污水组成参数是指将污水划分成一定的组分，这些组分是有同样的计量单位并按一定的比例关系组成可以衡量污水水质的指标。（1）污水组成参数①COD组分确定方法COD是表征城市生活污水性质的常用指标，在用BioWin软件进行数学模拟前，需先确定COD组分。ASM1根据可生物降解性和溶解性将COD划分为四个组分：易生物降解组