基于成本效能研究氧化沟工艺运行条件优化

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1、基于成本效能研究氧化沟工艺运行条件优化　　摘要：本研究将BSM模型中曝气能耗和污泥产量这两个经济成本指标分别归-化并与出水水质超标指数整合为-个无量纲的综合效能指数，用作污水生物处理工艺性能评价的判据；同时针对以转刷曝气装置为供氧方式的北方某城市污水处理厂氧化沟工艺，采用国际水协活性污泥模型ASM2d对该系统的脱氮除磷性能进行长期运行动态模拟；在此基础上基于情景分析对工艺的曝气能耗、出水水质超标率、污泥产量以及综合效能指数进行评价，提出优化的运行策略。关键字：活性污泥模型；成本一效能分析；氧化沟脱氮除磷中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A1材料与方法1.1氧化沟土艺流程6某

2、城市污水处理厂氧化沟土艺由曝气沉砂池、选择池、厌氧池、氧化沟和沉淀池组成。全厂处理规模为200000m3/d，共6组氧化沟。每组氧化沟的有效容积为19800m3。沉砂池的出水和回流污泥分别分配至选择池和厌氧池进行混合，然后混合液进入氧化沟。沟内装备有12台转刷曝气装置用于供氧和推动水流在沟内循环流动。氧化沟出水的溶解氧（DO）和氧化还原电位（ORP）分别通过DOS10T23-BL-EG75T21-D0-A-UM-1溶解氧仪和GLIP53ORP分析仪进行在线监测。在本研究期间，前端的2台曝气转刷处于关闭状态，因此，在氧化沟前端形成-个非曝气区；污泥排放量为(512±191)m3/d。

3、氧化沟出水的DO在0.8~3.8mg/L的范围内变动。1.2氧化沟土艺模型为了适当降低模型的复杂性和节省计算时-间，本研究将氧化沟模拟为-个非曝气和曝气单儿的组合，各个单儿分别模拟为-个完全混合反应器。另外，考虑到沉淀池的污泥区实际上存在-定的微生物活动，本研究将沉淀池划分为2个单元:沉淀单儿设置为固液分离的场所，而污泥区设置为-个有活性污泥反应的虚拟单元。土艺中的动力学过程和生物化学反应采用国际水协的ASM2d模型进行模拟，并且根据荷兰STOWA所建议的物化方法对沉砂池的出水进行分析测定，确定进水中各模型组分的含量。本研究利用AQUASIM软件对土艺进行动态模拟，通过拟合NH4-

4、N,N03和PO4-P的出水浓度来校正模型参数。2007年的水厂数据用于模型参数的校正，2008年的数据用于模型验证。经过校正后的模型用于不同运行策略的评估与优化。1.3土艺性能与成本的评价标准6土艺性能与运行成本的评价指标，本研究中用于氧化沟土艺分析的评价指标选自COST基准测试方法，包括NH4-N,TN和TP的出水超标指数，曝气能耗和污泥产量。2案例讨论2.1曝气转刷调控策略的优化本研究首先探讨了曝气转刷运行数量对于土艺脱氮除磷性能的影响，如图2所示。NH4-N的去除性能受曝气转刷运行数量的影响显著，出水NH4-N的超标率随曝气转刷运行数量的增加而下降。开启曝气转刷从6台增加到

5、9台，EVA从96%降低到20%以下。当曝气转刷运行数量达到9台以上时，可将EVA控制在10%以下。当运行的曝气转刷数量低于9台时-，TN的去除性能也随着曝气转刷运行数量的增加而提高。曝气转刷从6台增加到8台可使EVN从30%降低至10%以下，并且运行8-10台曝气转刷即可保持EVN低于5%。但是过度曝气不利于TN的去除，曝气转刷运行数超过9台后，EVN随曝气转刷运行数量增加而增加。这是由于过度曝气导致缺氧区容积减少从而抑制了反硝化能力。曝气转刷运行数量对除磷性能没有显著影响。当开启7台以上曝气转刷时-出水TP可保证持续达标(EVP0.36)，这一区间与TN,TP的最优运行区间基本

6、一致。从工艺的综合效能来看，最优运行区间为8-10台曝气转刷和250-300m3/d污泥排放量，可在此区间内通过对曝气转刷运行数量和污泥排放量的动态调控达到高效低耗运行的目的。根据模型模拟结果，在水温高于巧℃时，运行8台曝气转刷即可基本满足硝化需求，而在水温低于150C时，必须增加曝气转刷运行数量才能控制NH4-N超标率。因此，本研究提出的优化运行策略为:3-10月温度高于150C时-运行8台曝气转刷，其余时间段运行10台曝气转刷，同时剩余污泥排放量控制在250m3/d。优化策略能够使出水NH4-N和TN的超标率分别低于5%和2%，保证出水TP的持续达标，与常规运行策略(10台曝气

7、转刷运行，污泥排放量5121191m3/d相比，在改善出水达标率的同时，可以节省曝气能耗约12%，降低污泥产量约2%。2.4出水COD、氮氨溶解氧(DO)是氧化沟工艺控制中的主要参数，活性污泥中的生物群落生民繁殖所需要不同的溶氧值均不相同。同时，由于溶氧值的人小直接影响到设备的开启台数及频率，对全厂的经济性亦起到关键性作用，过低的溶氧值达不到处理的效率，过高的溶氧值又将导致处理成本的提高。我们通过制表方式对DO与出水COD、出水氨氮的进行分析，DO与出水COD、出水氨