基于BioWin3.1軟件的擴(kuò)建項(xiàng)目水解酸化－A2O工藝模擬研究

王貝靈，薛 罡，劉振鴻，宋新山

（東華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，上海 201620）

1 引言

隨著污水處理工藝的快速發(fā)展、污水處理工程的大批興建，以及污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，規(guī)范、快速、可靠的污水處理廠設(shè)計方法就成為重要的研究方向。由于傳統(tǒng)的程式化的設(shè)計方法已經(jīng)逐漸無法滿足目前的各種水質(zhì)和工藝要求，因此在設(shè)計過程中引入基于國際通行的污水處理模型的模擬方法就成為一個可施性較高的替代方案。商業(yè)水處理軟件的推出和升級大大促進(jìn)了數(shù)學(xué)模擬在污水處理方面的發(fā)展，常用的有GPS－X、WEST、BioWin等［1］。目前國內(nèi)已經(jīng)有研究人員運(yùn)用此類軟件進(jìn)行污水處理工程前期的設(shè)計和正常運(yùn)行的優(yōu)化，但是在工程調(diào)試階段對其優(yōu)化模擬的先例還未見報道。

2 BioWin3.1模型簡介

BioWin3.1模型是加拿大環(huán)境咨詢公司Envirosim開發(fā)的設(shè)計、分析全污水處理廠的單一矩陣模型。Bio－Win3.1可以模擬特定工藝單元的行為和單元中依賴于環(huán)境條件的主要反應(yīng)，追蹤物理、化學(xué)和生物工藝的組分變化和反應(yīng)情況［2］。Biowin3.1數(shù)學(xué)模型還可以對動態(tài)進(jìn)水情況作出良好的響應(yīng)，這就大大提高了對實(shí)際工程的分析處理能力，擁有較高的真現(xiàn)性。BioWin3.1模型包含了國際水協(xié)推出的ASM1號模型、ASm2d模型、ASm3號模型，以及污泥消化模型等一系列活性污泥數(shù)學(xué)模型［3］。此外，其特有的區(qū)分靜態(tài)進(jìn)水與動態(tài)進(jìn)水方案能夠?qū)?shí)際情況進(jìn)行有效還原，提高了軟件的實(shí)用性。BioWin自開發(fā)以來，各個版本在全球，特別是歐美地區(qū)有了極大的應(yīng)用［4～6］。

3 BioWin3.1模型項(xiàng)目研究應(yīng)用

3.1 研究對象簡介

江西省某地毯生產(chǎn)廠印染60m3／d廢水目前采用水解酸化－A／O工藝進(jìn)行處理。但經(jīng)過簡單處理，污水處理站存在出水氨氮、COD、色度等指標(biāo)含量均嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)的情況。同時，由于企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的印染污水量也隨之增加，實(shí)際日均進(jìn)水量已經(jīng)超過130m3／d。

3.2 工程水質(zhì)及水量分析

本污水處理站進(jìn)水水量每天在180～230m3／d。由于印染方式的差異，染料和助劑的用法、用量的變化造成了進(jìn)水氨氮波動在140～480mg／L之間，COD在360～1540mg／L之間。進(jìn)水水質(zhì)的巨大波動對改擴(kuò)建后的污水處理能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，考慮到廠區(qū)有一定的閑置土地，因此設(shè)計方在水解酸化－A2O生物處理后增設(shè)人工濕地單元進(jìn)行進(jìn)一步的處理。本項(xiàng)目主要對人工濕地前的生物處理部分進(jìn)行模擬，確定最佳運(yùn)行條件。

對廠區(qū)持續(xù)監(jiān)測后，模擬中擬采用典型數(shù)據(jù)的平均值:進(jìn)水量 200m3／d，COD 820mg／L，氨氮 200mg／L，TSS350mg／L，處理后考察 COD、氨氮、TSS分別低于200mg／L、110mg／L、50mg／L。

3.3 模型的建立

本工程根據(jù)原有構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行改擴(kuò)建，從而能夠降低土建成本，節(jié)約資源。根據(jù)工藝設(shè)計目標(biāo)，擬采用A2O工藝對污水進(jìn)行脫氮處理。擴(kuò)建后擬進(jìn)水量達(dá)到200m3／d，前處理設(shè)置集水井、調(diào)節(jié)池等穩(wěn)定進(jìn)水流量。生物處理運(yùn)用多級錯層推流的方式在布有填料的生化池運(yùn)行，在各級生化池中同時還設(shè)有曝氣管線，此法不但能夠有效地提高生物處理能力，同時也能夠自由改變各部分的曝氣狀態(tài)，為改變調(diào)試方案提供了更廣泛的可能性。工藝中對污泥的處理，大部分進(jìn)行回流，其余污泥根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)入好氧消化池實(shí)現(xiàn)污泥減量，最后污泥壓濾脫水、外運(yùn)。根據(jù)上述的擬建工程，在BioWin3.1軟件上設(shè)計如圖1的工藝流程。其中好氧池后的回流比為200%，沉淀池后的回流比為50%。缺氧填料生物反應(yīng)器DO維持在0.5mg／L，好氧填料生物反應(yīng)器DO維持在3.0mg／L，以此作為穩(wěn)定的基態(tài)條件進(jìn)行多組分變量模擬。

圖1 改建后污水處理廠模擬布置

4 軟件模擬調(diào)試優(yōu)化參數(shù)

根據(jù)模型內(nèi)核的數(shù)據(jù)控制，調(diào)整關(guān)鍵影響因素，找到合適的運(yùn)行、調(diào)試方案，并為特例情況的出現(xiàn)做預(yù)案，方便了調(diào)試控制和正常運(yùn)行的順利進(jìn)行。

4.1 DO濃度調(diào)整

生物池中DO的濃度是對氨氮去除的重要影響因素，DO的升高能夠有效地促進(jìn)氨氮降解，但是DO值過高對TN的去除有制約作用。本模型在維持內(nèi)回流比200%、外回流比50%的情況下，調(diào)整了DO分別為2mg／L、3mg／L、4mg／L 3種狀態(tài)（表1）。模擬結(jié)果表明DO的改變對COD、TSS無實(shí)質(zhì)影響，DO降低到2mg／L，氨氮值升高到105.90mg／L，而 DO 升 高 到 4mg／L，氨 氮 值 變 為103.52mg／L。考慮到提高DO值對充氧設(shè)備所增加的要求和穩(wěn)定操控的復(fù)雜性，建議調(diào)試期間將DO設(shè)定為3.0mg／L。

表1 DO濃度調(diào)整對處理效果的影響 mg／L

4.2 內(nèi)回流比調(diào)整

內(nèi)回流比的不同對氨氮的硝化作用將產(chǎn)生明顯影響，提高內(nèi)回流比能夠有效稀釋氨氮，但是同時也會由于水流的混合作用對厭氧部分產(chǎn)生可見干擾。模擬運(yùn)行中將內(nèi)回流比調(diào)整為100%、200%、300%和400%進(jìn)行模擬（表2），模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示調(diào)整內(nèi)回流比對COD、TSS無實(shí)質(zhì)影響。考慮到提高后的效能比過低，為了維持合理的內(nèi)回流能力，穩(wěn)定出水水質(zhì)，建議將內(nèi)回流比調(diào)整為200%。

表2 內(nèi)回流比調(diào)整對處理效果的影響 mg／L

4.3 污泥回流比調(diào)整

在本項(xiàng)目中，污泥回流的可以從一定程度上補(bǔ)充好氧池流出帶走的活性污泥，使各個池內(nèi)的懸浮固體濃度MLSS保持相對穩(wěn)定，懸浮污泥和填料附著污泥的存在可以最大化地對污水進(jìn)行有效處理。模擬中將污泥回流比按照每25%增加一級的方式進(jìn)行，最大達(dá)到150%（表3）。結(jié)果顯示，回流量的加大對氨氮的去除差異性不大，但是COD和TSS的出水模擬結(jié)果從179.4mg／L和26.7mg／L迅速提升到210.3mg／L和106.3mg／L，這就不能嚴(yán)格保證水解酸化A20工藝的出水水質(zhì)和后續(xù)人工濕地系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)。因此，出于項(xiàng)目的綜合運(yùn)行考慮，建議將外回流比調(diào)整到50%為適。

表3 污泥回流比調(diào)整對處理效果的影響 mg／L

5 結(jié)語

通過對高氨氮廢水水解酸化－A2O－人工濕地系統(tǒng)生化處理設(shè)計工藝的模擬，得出該設(shè)計能夠有效滿足設(shè)計要求，為后續(xù)生態(tài)處理提供穩(wěn)定的碳氮基。根據(jù)不同的模擬方式，得出前期生化處理的最佳運(yùn)行參數(shù)為好氧池DO3.0mg／L、內(nèi)回流比200%、污泥回流比50%。軟件模擬后，出水COD、TSS、氨氮結(jié)果分別為185.5mg／L、47.5mg／L、105.8mg／L。

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