1、基于成本效能分析的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： A 1 材料与方法 1.1 氧化沟土艺流程
2、 某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(512191
3、)m3/d。氧化沟出水的 DO 在 0.83.8mg/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
4、行动态模拟，通过拟合 NH4-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 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
5、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 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
6、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(EVP0.3)，这一区间与TN,TP 的最优运行区间基本一致。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
7、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
8、COD、出水氨氮的进行分析，DO 与出水 COD、出水氨氮均呈现-定趋向关系。因此，溶解氧(DO)控制在 2-4mg/L 是对出水稳定达标极具意义。 2.5 MLSS 与出水 COD、出水氨氮 MLSS 是指在曝气池内单位容积混合液所含的活性污泥固体物的总重量 Csl，通常 MLSS 中有机性固体含量(微生物含量)能达到 70%。因此，MLSS 又常作为判断活性污泥中有效活性总量的依据。我们可以初步推断，MLSS 无法直接判断出水 COD 与出水氨氮的达标与否，这与该厂进水浓度、曝气池表曝机开启情况有很人关系。我们仍然能有概念，MLSS 在 2000-7000mg/L 范围区间均为有效活性污泥
9、范围。当 MLSS 偏小时对 COD 处理不利，MLSS 偏人时对氨氮处理不利。同时，通过与该厂经营成本进行比对，MLSS 数值较高时，由于需要较高的溶氧值需开启更多的设备，因此生产成本较大。 结语 本研究将曝气能耗和污泥产量等运行成本与氮磷出水水质超标率整合为-个综合效能指数，用作氧化沟污水处理土艺的性能评估判据。情景分析得到最优的运行策略为: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，同时乘(余污泥排放量控制在250m；/d。该运行策略与常规运行策略相比，在改善出水达标率的同时，可以节省曝气能耗约 12%。城镇污水经粗格栅及进水泵房提升后，通过细格栅至沉砂池进行砂水分离预处理，再经超声波流量计在线计量后自流入氧化沟进行生化处理，其出水经二沉池沉淀。紫外线消毒池消毒并在线检测后排入鹿溪； 二沉池的剩余污泥通过污泥泵输送至储泥池，再经浓缩脱水一体机进行污泥脱水后外运。 参考文献 1刘瑞，李莉.城市污水治理思考田.现代商贸工业，2011(13):245-246. 2张生炎，工玉宾.污水治理技术及新进展概述川.征产与地质，2003(O1):65-70. 3工佳伟，张天柱，陈吉宁.污水处理)COD 和氨氮总量削减的成本模型.中国环境科学，2009(04):443-448.
