三溝式氧化溝工藝數(shù)值模擬與優(yōu)化運行研究.pdf

1、針對我國南方城市污水季節(jié)性負荷變化較大及氧化溝工藝能耗普遍偏高的問題，以三溝式氧化溝工藝為研究對象，通過分析其工藝特征及能耗現(xiàn)狀，識別出該工藝穩(wěn)定運行與節(jié)能降耗的關鍵要素。構建了三溝式氧化溝工藝的數(shù)學模型，基于數(shù)值模擬方法分析了三溝式氧化溝工藝中溶解氧及污染物時空間分布規(guī)律，模擬并分析了主要工藝參數(shù)對三溝式氧化溝工藝出水水質(zhì)的影響情況，提出了三溝式氧化溝工藝節(jié)能優(yōu)化穩(wěn)定運行控制方案。
　　研究中分析了三溝式氧化溝工藝的進水動態(tài)特征

2、及能耗現(xiàn)狀，確定了三溝式氧化溝工藝節(jié)能降耗的關鍵環(huán)節(jié)為曝氣系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制。圍繞三溝式氧化溝局部推流特性、整體完全混合及序批式特性的工藝特點及交替運行連續(xù)出水的復雜運行工況，以ASM2D模型為模擬機理，以GPS-X污水處理仿真模擬軟件為平臺，成功構建出三溝式氧化溝工藝的物理模型及數(shù)學模型。對數(shù)學模型中的化學計量學參數(shù)及動力學參數(shù)的靈敏度進行分析，將異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)YH上調(diào)至0.65以校正模型。對實際水質(zhì)進行動態(tài)模擬以驗證模型，得到出水C

3、OD、TP、NH4+-N和TN平均去除率的模擬值與實測值分別僅相差0.3％、1.8%、0.9%和1.5%，模擬結(jié)果與實測結(jié)果無顯著差異。
　　通過數(shù)學模擬方法獲得三溝式氧化溝工藝中溶解氧及污染物質(zhì)的時空分布規(guī)律：三溝式氧化溝內(nèi)溶解氧濃度在空間上存在明顯的梯度；溶解氧及污染物濃度分布在時間上呈現(xiàn)非線性及周期性特征。厭氧池可去除部分有機物，殘余有機物在氧化溝內(nèi)被稀釋及降解；NH4+-N主要在中溝中去除；反硝化反應主要發(fā)生在反應邊溝的A

4、、D階段；除磷功能由厭氧池內(nèi)聚磷菌釋磷、反應邊溝內(nèi)周期性釋磷吸磷及中溝連續(xù)吸磷作用共同完成。中溝污泥濃度基本保持恒定，邊溝中污泥濃度呈周期性變化。
　　影響三溝式氧化溝工藝穩(wěn)定運行的主要因素包括水溫、pH值、污染物濃度、水力停留時間、溶解氧濃度、污泥濃度及污泥齡等。當進水負荷波動范圍較大時，通過調(diào)節(jié)溶解氧濃度、污泥濃度及污泥齡等可控因素，即調(diào)節(jié)供氣量、污泥回流量及排泥量等工藝參數(shù)，可增強三溝式氧化溝工藝對水力停留時間及污染物濃度等

5、不可控因素變化的適應性，進而控制出水水質(zhì)及運行能耗。
　　根據(jù)進水季節(jié)性動態(tài)變化特征將全年分為旱季、雨季及過渡季節(jié)三個類型。根據(jù)進水時變化特征將每日分為8個控制時段，對各個季節(jié)均提出基于時變化特征的三溝式氧化溝工藝離散化節(jié)能優(yōu)化控制方案，即：以進水水量變化趨勢為優(yōu)化控制的前饋主控因素，以溶解氧變化趨勢為反饋輔助控制因素，根據(jù)三溝式氧化溝工藝運行工況主要影響因素的模擬結(jié)果，對曝氣系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)及排泥系統(tǒng)的運行工況進行節(jié)能優(yōu)化控制

6、，并通過數(shù)學模擬方法驗證了該優(yōu)化方案的可行性。
　　2010年1月至6月在三溝式氧化溝工藝的實際工程中應用節(jié)能優(yōu)化控制技術，當進水COD、NH4+-N、TN、TP及SS等污染物濃度變化范圍分別為149.2～1340.6mg/L、12.4~35.4mg/L、23.8~77.8mg/L、2.4～23.1mg/L及82.0～1953.7mg/L時，出水中各污染物濃度范圍對應為10.5～45.6mg/L、0.1～4.8mg/L、3.5～1