申请日2018.04.17
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
本发明属于污水处理工艺优化技术领域，特别涉及一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，包括以下步骤：1)调研获取污水处理厂各类参数;2)运用WEST模型开展污水处理厂工艺过程和构造仿真;3)基于建立的WEST污水处理厂工艺仿真模型，进行控制策略模拟，模拟优化运行，获取优化运行参数;4)将优化运行方案应用于污水处理厂，优化污水处理工艺运行;5)优化运行阶段，监测污水处理系统进出水水质，调整运行参数，实现污水处理的节能降耗;本发明为乡镇污水处理厂工艺优化运行提供技术指导，大量减少试验研究的工作量，降低了污水处理能耗。
权利要求书
1.一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取污水处理厂工艺结构、各处理单元尺寸、污水处理量、进出水水质、进水组分浓度参数、工艺运行能耗数据、各工艺段运行参数;
步骤2，将步骤1获取的数据、参数输入WEST模型仿真构造污水处理厂工艺运行过程，利用WEST模型开展敏感性参数试验确定主要的化学计量学参数、动力学参数，在敏感性参数原参数值的基础上，根据增加或减少参数值对模拟结果正负相关性，在原参数值的基础上每一次调整固定百分数，使模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合，建立WEST污水处理厂工艺仿真模型;
步骤3，基于步骤2建立的WEST污水处理厂工艺仿真模型，进行控制策略模拟，分别模拟调整曝气池DO浓度、内回流比、外回流比三个工艺运行参数的出水水质，输出模拟水质结果;
步骤4，根据步骤3获得的模拟水质结果，在出水水质满足排放要求的条件下，选择内回流量、污泥回流量少的运行参数以及曝气池低DO浓度控制策略，应用于污水处理厂实际工艺优化运行中。
2.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，在步骤4污水处理厂实际工艺优化运行过程中，对污水处理系统中内回流量、污泥回流量、曝气池DO浓度及污水处理系统出水水质进行监测。
3.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤1所述的工艺结构包括污水处理厂工艺流程、工艺中各处理单元。
4.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤1所述的进出水水质包括化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、混合液悬浮固体浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度。
5.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤1所述的工艺运行能耗包括电耗、药剂消耗量。
6.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤1所述的各工艺段运行参数包括水力停留时间，污泥停留时间，溶解氧、pH值、内回流比、外回流比。
7.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤2所述的进水组分浓度参数包括：总磷与磷酸盐的比值、总悬浮物浓度对COD的转换因子、溶解性COD与S_A的比值、溶解性COD与S_F的比值、总氮与氨氮的比值、颗粒态COD与X_H的比值、颗粒态COD与X_S的比值;
其中，S_A为发酵产物的浓度，S_F为易生物降解基质的浓度，X_H为异养菌生物量，X_S为慢速可生物降解基质的浓度。
8.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，所述步骤2选定的模型机理为具有除碳、脱氮功能的ASM1或ASM3模型，或选择具有除碳、脱氮和除磷功能的ASM2或ASM2D模型，或选择具有温度模拟的模型ASM?Tem模型。
9.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，步骤2所述的化学计量系数及动力学参数包括自养菌的最大生长率，溶菌和衰减的速率常数，基于基质的最大生长速率，异养菌衰减系数，氨氮的自养菌饱和系数，基于易生物降解基质的生长饱和/抑制系数。
10.如权利要求1所述的基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，其特征在于，所述步骤2仿真构造模拟过程中模拟的出水各项水质指标浓度均值与实测值均值相对误差小于10%时，即认为模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合。
说明书
一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法
技术领域
本发明属于污水处理工艺优化技术领域，特别涉及一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法。
背景技术
近年，污水处理的基础理论和处理工艺日益成熟，而污水处理过程优化控制技术依然落后。当前我国污水处理厂的控制水平较低，大多使用简单的手动控制，几乎没有优化控制方法的应用。另一方面，我国污水处理厂的管理水平较低，在一定程度上影响了污水处理系统的运行效率，增加了不必要的能源和人力资源的浪费，从而增加了污水处理成本。
WEST软件是基于活性污泥数学模型建立的一个功能强大的污水处理厂模拟系统，它可以对污水处理厂的各种工艺过程和构造进行建模与模拟。WEST软件可辅助污水处理厂过程设计、协助污水处理厂运营管理、支持污水处理厂过程优化、实现污水处理厂过程自动化，其不但在问题解决、预案检测等方面性能卓越，同时也是基层操作者、工程咨询及技术人员不可或缺的决策支持工具。利用WEST软件模拟污水厂优化运行，得出污水厂优化运行参数，为污水厂优化运行提供技术参考，同时将大量减少试验研究的工作量。
国内外对于污水处理的优化运行的研究多数在于小试试验的研究，对优化运行的仅限于理论研究，针对污水处理实际运行的优化应用方法鲜有报道，并且利用仿真模型针对乡镇污水处理厂AAO工艺进行模拟优化运行的方法，鲜有报道。
中国专利CN200910264136.2记载了一种AAO工艺曝气量的优化设计方法，根据经验设计方法，对AAO工艺模型中的主要参数进行了设计，克服单纯数学模型设计结果易偏于理论化的缺陷，能够有效节约曝气能耗12%以上，降低系统运行成本;但该方法仅针对AAO工艺中曝气池曝气量的优化设计，需要引入经验公式才能实现;而AAO工艺主要的运行参数包括曝气池曝气量、内回流量、污泥回流量，无法实现AAO工艺的全面优化运行。
中国专利CN 200910034948.8记载了一种AAO工艺反应池的优化设计方法，综合了经验设计方法和数学模拟仿真技术的优点，设计出的反应池既能满足国家标准对污染物的去除要求，同时能够大大节约反应池的体积，降低基建投资;但对于已建成的反应池，该方法提供的优化设计方法需要对AAO工艺反应池体积进行改建，改建需要消耗巨大的投资，同时也影响了污水处理厂正常运行。对于已建、将建的AAO工艺反应池，本发明所提供的AAO工艺优化运行方法为在不需要改建反应池体积基础上，优化AAO工艺曝气量、内回流量、污泥回流量参数的运行方式，能够快速地优化AAO工艺运行，不影响污水厂正常运行。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种基于WEST模型的污水处理厂AAO工艺优化运行方法，包括以下步骤：
步骤1，获取污水处理厂工艺结构、各处理单元尺寸、污水处理量、进出水水质、进水组分浓度参数、工艺运行能耗数据、各工艺段运行参数;
步骤2，将步骤1获取的数据、参数输入WEST模型仿真构造污水处理厂工艺运行过程，利用WEST模型开展敏感性参数试验确定主要的化学计量学参数、动力学参数，在敏感性参数原参数值的基础上，根据增加或减少参数值对模拟结果正负相关性，在原参数值的基础上每一次调整固定百分数，使模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合，建立WEST污水处理厂工艺仿真模型;
步骤3，基于步骤2建立的WEST污水处理厂工艺仿真模型，进行控制策略模拟，分别模拟调整曝气池DO浓度、内回流比、外回流比三个工艺运行参数的出水水质，输出模拟水质结果;
步骤4，根据步骤3获得的模拟水质结果，在出水水质满足排放要求的条件下，选择内回流量、污泥回流量少的运行参数以及曝气池低DO浓度控制策略，应用于污水处理厂实际工艺优化运行中。
优选地，在步骤4污水处理厂实际工艺优化运行过程中，监测污水处理系统中内回流量、污泥回流量、曝气池DO浓度及污水处理系统出水水质，根据出水水质分别调整内回流量、污泥回流量、曝气池DO浓度，实现污水处理的节能降耗。
优选地，步骤1所述的工艺结构包括污水处理厂工艺流程、工艺中各处理单元。
优选地，所述步骤2选定的模型机理为具有除碳、脱氮功能的ASM1或ASM3模型，或选择具有除碳、脱氮和除磷功能的ASM2或ASM2D模型，或选择具有温度模拟的模型ASM?Tem模型。
优选地，步骤2所述固定百分数为10%。
优选地，步骤1所述的进出水水质包括化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、氨氮、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)、混合液悬浮固体浓度(Mixed Liquid Suspended Solids,MLSS)、混合液挥发性悬浮固体浓度(Mixed LiquorVolatile Suspended Solids,MLVSS)。
优选地，步骤1所述的工艺运行能耗包括电耗、药剂消耗量。
优选地，步骤1所述的各工艺段运行参数包括水力停留时间(HydraulicRetention Time,HRT)，污泥停留时间(Hydraulic Retention Time,SRT)，溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)、pH值、内回流比、外回流比;更优选地，所述内回流比为AAO反应池出水回流至缺氧池的混合液回流量与进水量之比;所述外回流比为二沉池剩余污泥回流量与进水量之比。
优选地，步骤2所述的进水组分浓度参数包括：f_S_PO(总磷与磷酸盐的比值)、F_TSS_COD{TSS(总悬浮物浓度，Total Suspended Solids)对COD的转换因子)}、f_S_A(溶解性COD与S_A的比值)、f_S_F(溶解性COD与S_F的比值)、f_S_NH(总氮与氨氮的比值)、f_X_H(颗粒态COD与X_H的比值)、f_X_S(颗粒态COD与X_S的比值)。
其中，S_A为发酵产物(乙酸)的浓度{(g(COD)/m3)}，S_F为易生物降解基质的浓度{g(COD)/m3}，X_H为异养菌生物量{g(COD)/m3}，X_S为慢速可生物降解基质的浓度{(g(COD)/m3)}。
优选地，步骤2所述的化学计量系数及动力学参数包括：自养菌的最大生长率，(1/d)，溶菌和衰减的速率常数(1/d)，基于基质的最大生长速率(1/d)，异养菌衰减系数(1/d)，氨氮的自养菌饱和系数(mg/L)，基于易生物降解基质的生长饱和/抑制系数(mg/L)。
优选地，所述步骤2仿真构造模拟过程中模拟的出水各项水质指标(COD、氨氮、TN、TP)浓度均值与实测值均值相对误差小于10%，即认为模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合。
优选地，步骤4所述的的出水水质排放要求参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
(1)针对已建成的污水厂AAO工艺优化运行，本发明提供的优化运行方法不需要对反应池进行改建，优化运行过程中不影响污水厂正常运行。
(2)本发明能够为AAO工艺提供较全面的运行参数的优化控制方法，不需要额外引入经验公式，并能够快速、准确预测污水处理厂调整运行参数后运行状态、出水水质，为污水厂运行管理者提供优化运行参考方案，减少试验研究的工作量。
(3)利用WEST模型模拟乡镇污水处理厂AAO工艺优化运行，为污水处理厂工作决策者提供污水处理节能降耗运行控制方式。
