三溝式氧化溝工藝數(shù)值模擬與優(yōu)化運(yùn)行研究.pdf

1、針對(duì)我國(guó)南方城市污水季節(jié)性負(fù)荷變化較大及氧化溝工藝能耗普遍偏高的問(wèn)題，以三溝式氧化溝工藝為研究對(duì)象，通過(guò)分析其工藝特征及能耗現(xiàn)狀，識(shí)別出該工藝穩(wěn)定運(yùn)行與節(jié)能降耗的關(guān)鍵要素。構(gòu)建了三溝式氧化溝工藝的數(shù)學(xué)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(shí)空間分布規(guī)律，模擬并分析了主要工藝參數(shù)對(duì)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(yùn)行控制方案。
　　研究中分析了三溝式氧化溝工藝的進(jìn)水動(dòng)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(guān)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(diǎn)及交替運(yùn)行連續(xù)出水的復(fù)雜運(yùn)行工況，以ASM2D模型為模擬機(jī)理，以GPS-X污水處理仿真模擬軟件為平臺(tái)，成功構(gòu)建出三溝式氧化溝工藝的物理模型及數(shù)學(xué)模型。對(duì)數(shù)學(xué)模型中的化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的靈敏度進(jìn)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(duì)實(shí)際水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬以驗(yàn)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(shí)測(cè)值分別僅相差0.3％、1.8%、0.9%和1.5%，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果無(wú)顯著差異。
　　通過(guò)數(shù)學(xué)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(shí)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(shí)間上呈現(xiàn)非線(xiàn)性及周期性特征。厭氧池可去除部分有機(jī)物，殘余有機(jī)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(yīng)主要發(fā)生在反應(yīng)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(yīng)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(yùn)行的主要因素包括水溫、pH值、污染物濃度、水力停留時(shí)間、溶解氧濃度、污泥濃度及污泥齡等。當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)范圍較大時(shí)，通過(guò)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(qiáng)三溝式氧化溝工藝對(duì)水力停留時(shí)間及污染物濃度等

5、不可控因素變化的適應(yīng)性，進(jìn)而控制出水水質(zhì)及運(yùn)行能耗。
　　根據(jù)進(jìn)水季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化特征將全年分為旱季、雨季及過(guò)渡季節(jié)三個(gè)類(lèi)型。根據(jù)進(jìn)水時(shí)變化特征將每日分為8個(gè)控制時(shí)段，對(duì)各個(gè)季節(jié)均提出基于時(shí)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(jìn)水水量變化趨勢(shì)為優(yōu)化控制的前饋主控因素，以溶解氧變化趨勢(shì)為反饋輔助控制因素，根據(jù)三溝式氧化溝工藝運(yùn)行工況主要影響因素的模擬結(jié)果，對(duì)曝氣系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)及排泥系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制

6、，并通過(guò)數(shù)學(xué)模擬方法驗(yàn)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(shí)際工程中應(yīng)用節(jié)能優(yōu)化控制技術(shù)，當(dāng)進(jìn)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(shí)，出水中各污染物濃度范圍對(duì)應(yīng)為10.5～45.6mg/L、0.1～4.8mg/L、3.5～1