孟飛琴，郭亞楠

上海市浦東新區(qū)排水管理所，上海 200127

BioWin模型應(yīng)用廣泛，HAAS D W等[1]在試驗(yàn)室的研究表明，早期的BioWin版本（大約1994—2000年在澳大利亞廣泛應(yīng)用）由于特定的關(guān)鍵參數(shù)默認(rèn)設(shè)置不適當(dāng)，影響了脫氮速度。舊版本的BioWin模型預(yù)測(cè)的脫氮速率大約是UCT實(shí)驗(yàn)室脫氮污泥系統(tǒng)小試研究測(cè)得速率的3倍多。設(shè)計(jì)中，為保證較高的脫氮速率、較小的缺氧區(qū)和較大的內(nèi)循環(huán)比，最終會(huì)導(dǎo)致實(shí)際出水硝酸鹽和總氮濃度比模型預(yù)測(cè)的高，這可能對(duì)污水處理廠的改進(jìn)和運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。最新發(fā)布的BioWin版本已經(jīng)修訂了默認(rèn)設(shè)置，脫氮速率更接近舊版本的UCT類模型。之后，HAAS D W等[1]對(duì)Victoria Point污水處理廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)研究，對(duì)每日測(cè)得的進(jìn)水、反應(yīng)器和出水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)有很好的一致性。這也就證實(shí)了BioWin最新的設(shè)置默認(rèn)值比較適合該類型的污水處理廠。如今，BioWin模擬包已經(jīng)有了很大的擴(kuò)展，除了活性污泥，還包括單元處理的成分（例如，除砂、初沉、固體分離和厭氧消化），提高了模型的應(yīng)用范圍，但也增加了其復(fù)雜性[2]。

1 某污水處理廠的工藝流程

某污水處理廠的日處理量為10萬t/d，采用先進(jìn)的UNITANK工藝，該工藝是一套一體化活性污泥和一套改進(jìn)的一體化活性污泥相結(jié)合的處理工藝[3]。每套工藝都由4個(gè)恒等部分組成。一體化活性污泥工藝關(guān)鍵參數(shù)表如表1所示。

表1 一體化活性污泥工藝關(guān)鍵參數(shù)表

改進(jìn)的一體化活性污泥處理工藝安裝了擴(kuò)散曝氣設(shè)備，由7個(gè)240kW的離心鼓風(fēng)機(jī)供氣，每臺(tái)輸送氣量為135m3/min，工作壓力為8.6MPa。改進(jìn)的一體化活性污泥工藝原理圖如圖1所示。

圖1 某污水處理廠改進(jìn)的一體化活性污泥工藝原理圖

傳統(tǒng)的一體化活性污泥池配有表曝機(jī)，每個(gè)中央池配有1個(gè)93.75kW的浮動(dòng)立軸曝氣機(jī)和4個(gè)15kW的旋風(fēng)式浮動(dòng)吸入曝氣機(jī)；每個(gè)邊池配有1個(gè)112.5kW的浮動(dòng)吸入曝氣機(jī)和4個(gè)15kW的旋風(fēng)式浮動(dòng)吸入曝氣機(jī)。傳統(tǒng)一體化活性污泥工藝原理圖如圖2所示。

圖2 某污水處理廠傳統(tǒng)的一體化活性污泥工藝原理圖

2 污水處理廠目前的運(yùn)行狀況

2.1 改進(jìn)的一體化活性污泥處理工藝運(yùn)行情況

（1）原污水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，與缺氧區(qū)再生的混合液融合。混合液進(jìn)入缺氧區(qū)，與硝酸鹽接觸反應(yīng)；硝酸鹽由正在曝氣的鄰近的邊池再生循環(huán)。

（2）混合液從缺氧區(qū)進(jìn)入一個(gè)持續(xù)曝氣池后，再流入隨意一個(gè)處于澄清階段的邊池。邊池配有排水堰，交替進(jìn)入曝氣和沉淀階段。邊池曝氣時(shí)，排水堰是關(guān)閉的。

（3）沉淀開始的一段時(shí)間內(nèi)，打開排水堰，使凈化的出水澄清。

（4）邊池的整個(gè)周期為8h，即曝氣3h、沉淀1h、澄清4h。污泥齡約為18d。

2.2 傳統(tǒng)的一體化活性污泥處理工藝操作流程

（1）處理池的運(yùn)行周期為12h。兩個(gè)邊池通過固定水平堰澄清。

（2）經(jīng)過預(yù)處理的污水進(jìn)入第一個(gè)不處于澄清模式的邊池，共320min/12h一周期。期間，第一個(gè)邊池停氣75min，剩余時(shí)間曝氣。

（3）320min后曝氣結(jié)束，進(jìn)污水分流進(jìn)中央池，第一個(gè)邊池進(jìn)入40min沉淀模式后，反沖洗傾注堰30min。

（4）360min結(jié)束后，進(jìn)污水從中央池進(jìn)入第二個(gè)剛開始75min停氣周期的邊池，第一個(gè)邊池開始沉淀。因此，在12h周期內(nèi)，進(jìn)污水進(jìn)入其中一個(gè)邊池，并通過中央池進(jìn)入另一個(gè)正在澄清的邊池[4-5]。

（5）除了一個(gè)12h周期，中央池持續(xù)曝氣。

3 BioWin 模型

使用BioWin軟件工具建立模型開展評(píng)估時(shí)，這個(gè)軟件能夠動(dòng)態(tài)地模仿復(fù)雜的一體化活性污泥處理周期，穩(wěn)定狀態(tài)的手工計(jì)算則不能有效評(píng)估處理工藝的一些微妙變化?；厥障跛猁}在初級(jí)缺氧區(qū)與流入污水處理廠的原污水接觸，原污水含有易生物降解的COD需進(jìn)行脫氮處理，能夠通過調(diào)整、定位不同周期及其流程設(shè)定，優(yōu)化處理工藝的效率。相反，傳統(tǒng)的一體化活性污泥工藝沒有配備高效的脫氮設(shè)備。原污水在曝氣階段進(jìn)入處理設(shè)備，因此COD中易生物降解的物質(zhì)被有氧消耗，無法反硝化。這使得整個(gè)工藝的反硝化脫氮損失8mg/L?？紤]到在該污水處理廠實(shí)地考察的時(shí)間有限，而為復(fù)雜的處理工藝（例如一體化活性污泥）建立、運(yùn)行模型需要大量時(shí)間，因此選擇為傳統(tǒng)的一體化活性污泥設(shè)備建模，演示處理流程改進(jìn)后的除氮效果。

對(duì)處理流程進(jìn)行以下改變：

（1）整個(gè)周期內(nèi)，原污水被引入中央池。中央池曝氣機(jī)設(shè)定為2h開、2h關(guān)，其目的是確保至少一半的易生物降解COD能夠用于反硝化脫氮。邊池的混合液接受曝氣，循環(huán)回流至中央池使硝酸鹽反硝化。在實(shí)際操作中，這種變化要求邊池安裝混合循環(huán)泵，中央池安裝淺水?dāng)嚢杵鳌鹘y(tǒng)的一體化活性污泥工藝BioWin模型示范圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)的一體化活性污泥工藝BioWin模型示范圖

（2）動(dòng)態(tài)BioWin模型模擬上述處理工藝在15℃和25℃條件下的運(yùn)行狀況。1d內(nèi)出水的氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽濃度圖解如圖4、圖5所示。在15℃條件下，氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度總和約為6.5mg/L，20℃條件下約為4.5mg/L。殘留的有機(jī)氮濃度為1.5mg/L，而總氮濃度在15℃和20℃下分別約為8.5mg/L和6.5mg/L。

圖4 BioWin模型在15℃條件下的產(chǎn)出

圖5 BioWin模型在25℃條件下的產(chǎn)出

4 結(jié)論

對(duì)傳統(tǒng)的一體化活性污泥工藝進(jìn)行評(píng)估與優(yōu)化，能顯著降低出水總氮的濃度。數(shù)字顯示總氮由14mg/L減少至6mg/L，而在實(shí)際操作中，效果可能更加明顯。該污水處理廠目前出水總氮為14mg/L，這是改進(jìn)的一體化活性污泥工藝總出水指標(biāo)。改進(jìn)的工藝比傳統(tǒng)的工藝脫氮效果更好，傳統(tǒng)的一體化活性污泥出水總氮濃度要高于14mg/L，而改進(jìn)的一體化活性污泥工藝出水總氮要低。根據(jù)BioWin模型顯示，對(duì)處理工藝進(jìn)行一些改變，可顯著降低一體化活性污泥工藝的出水總氮濃度?？傊己玫撵o態(tài)計(jì)算配合動(dòng)態(tài)模型能夠很快評(píng)估出改變污水處理設(shè)備工藝（例如該污水處理廠）的效果。動(dòng)態(tài)模型能夠使工程師評(píng)估一系列相關(guān)工藝后，選擇最有效的工藝對(duì)現(xiàn)有處理廠運(yùn)行的模型進(jìn)行校正，在模擬新工藝時(shí)，可依賴模型的分析效果。