污水处理厂活性污泥工艺设计中模拟软件的应用.pdf

污水处理厂活性污泥工艺设计中模拟软件的应用 ＊ 陈莉荣 内蒙古科技大学能源与环境学院, 内蒙古 包头 014010 摘要 在测定入流组分的基础上, 应用活性污泥模拟器辅助设计了拟建的西安市第四污水处理厂生物处理系统, 结果 表明 用数学模型法比用污泥负荷法设计污水处理厂更具有可靠性和科学性。 关键词 城市污水 活性污泥 1号模型 活性污泥模拟软件 工艺设计 ＊陕西省自然科学基金资助项目 2000C10 。 0 引言 活性污泥工艺是城市污水处理厂的主要工艺 ,长 期以来其设计一直处于经验设计水平。自 1986 年 IWA推出ASM1 [ 1] 以来, 欧美许多国家和地区都在此 模型的基础上开发适用于自身污水特点的活性污泥 模拟软件 ,这些模拟软件现已成功用于国外污水处理 厂新工艺开发、辅助设计和运行管理中 。本研究利用 在ASM1 基础上开发的活性污泥模拟器 [ 2] , 对西安市 第四污水处理厂的活性污泥系统进行辅助设计。 1 基础资料 西安 市第 四 污 水 处 理 厂 规 划总 处 理 规 模 50 万 m 3 d ,工程分两期建设, 到 2010 年全部建成。 其设计进出水水质及要求见表 1。 表 1 设计进出水水质及要求mg L pH 除外 项目CODBOD5SSNH3-NpH 进水400200250306～ 9 出水602020156～ 9 从表 1 可得知, 原污水中 BOD5 COD 0. 5 0. 45 、 BOD5 TN 3. 6 3 ,所以可采用生物脱氮除 碳处理工艺, 目前常用的有A O法 、氧化沟 、 SBR 等。 对于流量10 万 m 3 d的大型污水处理厂 ,A O法与氧 化沟和SBR相比能耗和运行费用都比较低 , 且规模 越大这种优势越大 [ 3] 。所以选用A O法工艺作为西安 市第四污水处理厂设计工艺。 2 应用模拟软件进行辅助设计 2. 1 模拟工艺 A O活性污泥生物脱氮工艺可以用 5级串联完全 混合式生物反应器模拟 [ 2] , 如图 1, 其中缺氧反应器 2 个 , V1V2; 好氧反应器 3 个, V3V4V5; 反应器 形式均为完全混合式 ,串联工作。缺氧反应器总容积 与好氧反应器总容积比为1∶ 3。 图1 A O 法活性污泥系统模拟工艺流程 2. 2 设计参数 1 设计流量 50 1. 1 55 万m 3 d。 2 设计温度。西安市常规污水温度范围为 10～ 20 ℃, 所以取15 ℃为设计温度。 3 计量参数和动力学参数。ASM1 中包括 5 个 化学计量参数和 14 个动力学参数, 其取值采用pH 值 为中性时的推荐值 [ 1] 。 4 入流组分值。城市污水中由生物衰减而产生 的颗粒态产物 XP 、 溶解氧 SO 和自养菌 XBA 皆为 0, 因此 , 入流水质测定涉及其余 10 种组分 [ 4] 。组分 的测定结果除碱度 SALK为7 mol m 3 外, 其他组分值见 表2 所示。 表 2 入流组分测定值mg L 组分SSSIXSXIXBHSNDSNHSNOXND 浓度38. 918. 229033202. 7300 . 5420. 1 注 SS易生物降解基质; SI惰性溶解有机物; XS慢速可生物 降解基质; XI惰性颗粒有机物; XB H异养微生物; SND溶 解性可生物降解有机氮; SNH氨氮; SNO硝酸氮; XND颗 粒可降解有机氮。 5二沉池 。水力停留时间4. 5 h,有效高度4 m, 水力负荷0. 87 m 3 m2h 。 6剩余污泥流量7 000 m 3 d 污泥龄 ≥ 10 d 。 7污泥回流比 100。 8混合液回流比 200。 9曝气池体积。经污泥负荷法计算的曝气池 45 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 体积为15 万～ 30 万 m 3 ,用活性污泥模拟器可以模拟 对比以上的不同体积的曝气池处理情况 。 10氧传质系数 。不同体积曝气池对应的氧传 质系数 kla 取值见表3, kla 的取值要保证好氧反应器 中溶解氧的浓度范围在 1～ 2 mg L。 2. 3 模拟结果与分析 2. 3. 1 曝气池体积与出水水质指标的关系 采用不同的曝气池体积, 模拟所得的出水水质如 图2 。 图 2 曝气池总体积与出水水质指标关系 由图 2可知, 当曝气池总体积从14 万m 3增加到 30 万m 3时 , 尽管所有出水水质指标都在变小 , 但变 化缓慢。实际上, 当曝气池体积 15 万 m 3 时 , 所有 出水水质指标就已经达到了设计出水水质要求。因 此,从技术上,在设计的控制参数条件下 ,曝气池的设 计有效池容为15 万m 3时即可达到设计要求。 2. 3. 2 曝气池体积与总需氧量和剩余污泥量的关系 当曝气池体积和各反应器的氧传质系数确定后, 通过活性污泥模拟器的模拟计算可以得到稳态运行 时各反应器的溶解氧浓度 、 悬浮固体浓度以及二沉池 剩余污泥浓度 , 并且可以计算出污泥负荷 , 结果见 表3。 然后根据以上各参数值 ,按照式 1 和式 2 就 可以计算出与曝气池体积相对应的总需氧量和剩余 污泥排放量 ,它们之间关系如图3。 图 3 曝气池体积与总需氧量和剩余污泥量的关系 总需氧量的计算公式 ROkla V S ＊ O-SO 1 000 1 式中 RO 总需氧量 ,kg d; V 好氧反应器体积,m 3 ; kla 氧传质系数,1 d; S ＊ O 氧饱和浓度mg L, S ＊ O 8 mg L ; SO 溶解氧浓度,mg L 。 剩余污泥量的计算公式 ΔX QWXW 1 000 2 式中 ΔX 剩余污泥量,kg d; QW 剩余污泥流量 ,m 3 d; XW 剩余污泥浓度 ,mg L。 表 3 不同曝气池体积的溶解氧、污泥负荷和污泥浓度的模拟结果 曝气池总体积 万 m3 好氧反应器 1好氧反应器2好氧反应器 3 kla d- 1SO1 mgL- 1kla d- 1SO2 mgL - 1 kla d- 1 SO3 mgL- 1 曝气池MLSS mgL- 1 剩余污泥浓度 mgL- 1 BOD5污泥负荷 kgkg- 1d- 1 143802. 082401. 491451 . 064 5048 8720. 18 163502. 022151. 561201 . 064 3628 5940. 16 183271. 981901. 551000 . 964 2468 3380. 15 203152. 081671. 55901 . 024 0818 0240. 14 222982. 091481. 50800 . 993 9427 7680. 13 252681. 991331. 64701 . 033 8767 4330. 115 302392. 061051. 56591 . 083 4676 8320. 107 由表 3 结果可以看出 1 当曝气池总体积 14 万～ 30 万m 3 时, 对应 的 BOD5污 泥负 荷变 化 0. 18～ 0. 107 kg kgd ; 水力停留时间 6. 1 ～ 13 h; 曝 气池中悬浮固体浓度4 504～ 3 467 mg L ; 剩余污泥浓 度8 872～ 6 832 mg L 。 2 选取的氧传质系数保证了 好氧反应器 1 中的溶解氧浓度在2 mg L左右 , 好氧反 应器 2中溶解氧浓度在1. 5 mg L左右, 好氧反应器 3 中溶解氧浓度在1. 0 mg L左右, 这样取值保证了不同 46 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 曝气池体积所对应的总需氧量的可比性 。 2. 3. 3 最佳曝气池体积的确定 由图 3可见, 当曝气池的体积增大时, 总需氧量 也在增大 ,但剩余污泥量则在减小 。这是因为曝气池 容积的增大意味着水力停留时间的延长 ,大量的慢速 可生物降解有机物被进一步降解 , 因此 , 造成需氧量 的增大和剩余污泥量的减少。 需氧量和剩余污泥量是影响城市污水处理厂运 行费用的主要因素 。如果假设曝气池中充1 kg氧需 花费 X 元,而处理1 kg剩余污泥需花费 Y 元 , 则污水 处理厂每年的运行费用为 Z1X ROY ΔX Z′ 3 式中 Z1 运行费用 ,元 a ; RO 总需氧量 ,kg a; ΔX 剩余污泥量,kg a ; Z′ 其他运行费用 ,元 a。 曝气池的体积又决定了基建投资费用,如果假定 每立方米曝气池的建设费用分摊到每一年的费用为 A 元 a,则每一年的曝气池建设费用为 Z2AV 4 式中 Z2 曝气池建设费用,元 a ; V 曝气池体积,m 3 。 则总费用函数 Z 为 Z Z1Z2 X ROY Δ X Z′ A V 5 因此, 在已知相关费用参数的情况下 ,通过费用 函数式 5 , 在保证满足出水水质要求和总费用最小 的情况下, 可以选定最合理的曝气池体积。 因费用 相关问题不属于本课题的研究内容 ,未做更详尽准确 的分析计算 3 结论 用活性污泥模拟器进行污水处理厂的理论设计, 可以比较准确地模拟出水水质情况 、 反应器中溶解氧 浓度 、 污泥浓度 、 剩余污泥浓度等参数,同时可以比较 准确地确定污泥负荷 、 曝气池容积和出水水质指标的 关系 。还可以比较准确地计算出需氧量和剩余污泥 量等与运行费用相关的参数, 从而在综合费用经济分 析下 ,可以优化设计曝气池体积和各种影响运行费用 的操作控制参数等。 参考文献 [ 1] Henze M, Grady C p L Jr, Gujer W, et al. Activated sludge model Scientific and Technical Reports, IAWPRC, London, 1987 [ 2] 陈莉荣, 崔双科. A O 法活性污泥系统计算机模拟研究. 环境科 学与技术, 2004, 27 4 8 -9 [ 3] 周雹, 谭振江. 中、小型城市污水处理厂的优选工艺. 中国给水 排水, 2000, 16 10 21 -24 [ 4] 刘芳, 周雪飞, 蓝梅, 等. 活性污泥 1 号模型废水特性的测定研 究. 环境污染与防治, 2004, 26 2 92 -94 作者通信处 陈莉荣 014010 包头市阿尔丁大街 7 号 内蒙古科技 大学能源与环境学院 电话 0472 5122284 E -mail Chenlirongchenlirong 126. com 2007- 11-12 收稿 环境自动连续监测技术专著出版 由中国化学工业出版社和日本堀场集团合作的环境自动连续监测技术一书日前问世。 这本书带来了国际上先进的环境 自动连续监测实用技术信息, 填补了我国在这个领域没有技术性专著的空白。 中国工程院院士、清华大学教授郝吉明等专家认为, 解决环境问题、采取环保措施时, 需要监测环境中有害物质的存在状况, 并且建立和充实能够进行数据积累、分析评估及能对环境措施实行有效反馈的基础设施。 国内出版的环境监测分析方面的图书, 以手工分析方法为主, 包括一些连续监测方法, 虽然有篇幅比较庞大, 但对连续监测 系统技术的集中描述不多, 缺乏介绍环境自动连续监测技术方面的专著。 而这本书对我国环境连续监测事业的建设和发展具有 现实的参考作用。 石田耕三和李虎博士是此领域国内外知名学者, 他们集中 30 位在各国环境自动监测领域具有丰富工作经验 的人士, 历时近 3 年, 编写了这部技术专著, 就污染源和环境质量系统的采样、通信、质量管理等多方面的技术和经验进行了全面 集中的论述。 环境保护部污控司负责人表示, 国家近 7000个重点污染源全部安装在线监测仪器, 去年中央财政就拿出 20 亿元给予支持, 今年又将有新的投入, 目的就是用自动连续监测仪器说明排放量减排情况和环境质量改善情况。 这本书的出版对我国自动连续 监测工作的发展起到良好的推动。 摘自“ 中国环境报” 47 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 FIELD TRIAL OF LFG COLLECTIONAND STUDY ON ENGINEERING DESIGN PARAMETERS Xu Xuesong Gong Huijuan Chen Zezhi et al 28 Abstract The static and dynamic s of LFG collection field trials in some landfill sites are introduced. The field trial data are analyzed and design parameters of a project are put forward. Keywords landfill gas LFG influence radius TREATMENT OF TANNERY SLUDGE AND STUDY ON ITS REUSE Li Wenbing Hu Xingen Xia Fengyi et al 31 Abstract In the tannery wastewater treatment process, a great deal of tannery sludge will be produced. The sludge contains many contami- nants, such as N, P and K, especially chrome. According to the definition of hazardouswastes, tannery sludge falls into the catalogue of danger - ous solid wastes, it can contaminate water and soil near a tannery factory. Thus well processing of the sludge is very crucial for tannery industry. In this paper, treatments and reuses of the sludge as raw material both at home and abroad are introduced, and the prospect that combustion is a goodway to process tannery sludge, and reuse of the sludge is the best way for China, has been pointed out. Keywords tannery sludge treatment combustion reuse PROCESS SCHEME FORDISPOSAL OF SLUDGE AFTERTREATING WATER FROM A CANAL Zhang Jian 34 Abstract The trestment process of water from Dongguan Canal and the sludge produced in the process are introduced briefly. Considering the characteristic of high contentof aluminum in the sludge, heat treatment and acidleaching were tested for the sludge. Basedonwhich, a practi- cal and effective processing was proposed, i. e.the sludge was first treated by drying and calcination to reduce its weight, and then the valuable metals were recycled. The reuse of sludge iswell solved during the recycling aluminum oxide in the sludge, by which the reuse of solid wastes is realized. Keywords reducing sludge by drying and calcination reuse of solid waste recycling aluminum oxide canal water treatment PROPERTIES OF CLAY BRICK RECYCLED AGGREGATE ITS EFFECTS ON STRENGTH OF CEMENT-BASED MATERIALSYan Handong Chen Xiufeng 37 Abstract The changing law of the physical properties, such as apparent density, bulk density, water -absorbing ratiowithin one hour, poro - sity and void ratio to the clay brick recycled aggregateswith different grain size degree were measured systematically in the paper. On the basis of which, the change pattern with the curing age were testedfor compressive strength of concrete andflexural strength as well as flexural-compressive ratio of mortar prepared with the clay brick recycled aggregate.As compared to the comparable ceramsite concrete, the clay brick recycled ag - gregate concrete had higher apparent density and lower compressive strength because of physical properties and low strength of recycled aggregate, by comparing the compressive strength at different curing age betweenthree sets of recycled aggregate concrete and ceramsite concrete with differ - ent cement content respectively . The disadvantageous influence of low strength property of clay brick recycled aggregate on the concrete strength could be obvious at the condition of higher cement content or later age. Keywords clay brick recycled aggregate ceramsite concrete mortar RECONSTRUCTION OF DRY RED MUD DUMPTian Yue 40 Abstract It is introduced the necessity of dry storing red mud and its design principle. The s and suggestions on the reconstruction of wet dump are also indicated in this article, which is consistencewith the priciples of saving land, sustainable development and renewable energy sources called on by the party and the state. Keywords redmud dry design and re of dump DESIGN OF PROCESSING DEVICE FOR WASTED DRY CELLS Zhao Bo Liu Hua Cui Xiangpo et al 43 Abstract A processing device for wasted dry cells is designedby physicals, such as crushof dry cells and initial separation, which can facilitate the reuse of subsequent materials and their chemical treatmnet. Keywords battery treatment recover APPLICATION OF SIMULATOR TO DESIGN OF ACTIVATED SLUDGE PROCESS FOR WWTP Chen Lirong 45 Abstract Based on determination of influent components, the activated sludge simulator was applied in the process of designing the fourth municipal sewage plant in Xi an. According to the results of simulation, the design of a sewagt treatment plant by mathematics model was more reliable and scientific than the sludge load . Keywords municipal wastewater No. 1model of activated sludge simulation process design 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008