專利名稱：一種aao工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理工藝曝氣量的設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種AAO工藝曝氣量 的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
AAO工藝及其改進(jìn)工藝的反應(yīng)池具有厭氧、缺氧和好氧的環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)同步生物 脫氮除磷，是一種應(yīng)用廣泛的污水處理活性污泥法工藝，已經(jīng)成為城市污水處理的關(guān)鍵技 術(shù)之一。在AAO工藝中，曝氣系統(tǒng)的能耗是影響到污水處理效果和運(yùn)行成本的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參 數(shù)之一，設(shè)計(jì)曝氣量過低會降低處理效率，設(shè)計(jì)曝氣量過高會增加運(yùn)行成本。在科技期刊 《中外建筑》2007年第07期題為"活性污泥工藝曝氣量計(jì)算方法探討"和《中國給排水》2007 年第10期題為"活性污泥法需氧量計(jì)算方法比較"中，均指出了目前AAO工藝曝氣量的設(shè) 計(jì)主要依據(jù)是《室外給排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50014-2006》、《給排水設(shè)計(jì)手冊》、《城市污水生物脫 氮除磷處理設(shè)計(jì)規(guī)程》提供的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)范圍。這些經(jīng)驗(yàn)方法中的參數(shù)和公 式是根據(jù)大量的工程實(shí)踐總結(jié)得出的，具有使用方便、簡單的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一些問題，例 如，設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍較寬，參數(shù)的確定主要依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)；不同規(guī)范的曝氣量設(shè)計(jì) 結(jié)果相差較大；在理論上存在缺陷，不能反映過程的機(jī)理。在《中外建筑》2007年第07期題 為"活性污泥工藝曝氣量計(jì)算方法探討" 一文中，作者提出了 "三分法"的設(shè)計(jì)方法，認(rèn)為曝 氣量計(jì)算應(yīng)包括BOD需氧量、硝化需氧量和內(nèi)源呼吸需氧量三部分。但是，"三分法"所給 出的計(jì)算公式中仍然存在較多的經(jīng)驗(yàn)公式，也不能反映活性污泥法的生物學(xué)機(jī)理，對于AAO 工藝除磷過程的需氧量沒有作進(jìn)一步的考慮。 活性污泥模型ASM2d是目前唯一能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷模擬計(jì)算的相對成熟的 機(jī)理模型(可參考同濟(jì)大學(xué)出版社2002年出版的《活性污泥數(shù)學(xué)模型》 一書)。該模型對 AAO工藝需氧過程機(jī)理做了詳盡的描述，認(rèn)為活性污泥工藝曝氣量計(jì)算應(yīng)包括碳(BOD)氧 化過程、硝化反硝化過程、內(nèi)源呼吸過程和除磷過程。但是，應(yīng)用ASM2d模型直接進(jìn)行AAO 工藝曝氣量設(shè)計(jì)的缺陷在于缺少大量的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果易偏于理論化，不能符合 工程規(guī)范的要求。目前尚未出現(xiàn)將ASM2d模型直接運(yùn)用于AAO工藝曝氣量的設(shè)計(jì)的相關(guān)報(bào) 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對AAO工藝曝氣量現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法中的缺陷，提供一種既能滿 足工程規(guī)范要求，也能夠反映AAO工藝耗氧過程機(jī)理的最小曝氣需氧量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于
步驟一，測定進(jìn)水水質(zhì)的13項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)總化學(xué)需氧量C0D^、溶解性C0D^、總五 日生化需氧量BODp溶解性BODp總懸浮物TSS、揮發(fā)性懸浮物VSS、總凱氏氮TKN、溶解性 TKN、總氮TN、氨氮NHfN、總磷TP、磷酸鹽P04_P和堿度ALK。 步驟二，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，以經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)AAO工藝中除曝氣量外的其他工藝參數(shù)；所述設(shè)計(jì)規(guī)范為《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50014-2006)》，所述工藝參數(shù)的計(jì)算步驟 為 (1)計(jì)算反應(yīng)池總體積VT :
VT = ——^Q為進(jìn)水流量，單位m3/d ;S。為進(jìn)水B0D5，單位mg/L ;Se為出水B0D5，單位mg/L ;X 為反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度，單位g/L ;LS為污泥負(fù)荷，單位kgB0D5/(kgMLSS d);
(2)計(jì)算厭氧池體積Vp: " -tpQ
p 24
tp為厭氧池的水力停留時(shí)間，單位h ;Q為進(jìn)水流量，單位mVd ;
(3)計(jì)算缺氧池反應(yīng)池體積VN :
0.001Q(Wk — JVts) — 0.12MVQ為進(jìn)水流量，單位m3/d ;Nk為進(jìn)水TN，單位mg/L ;Nte為出水TN，單位mg/L ;X為
反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度，單位g/L ; AXv為排出反應(yīng)池的生物量，單位kgMLVSS/d ;K^為溫度為
20°C時(shí)的脫氮速率，單位kgN/(kgMLSS d);
「 ， 妙?！?
0017 A; = vy^_^——^
v- t 誦O Q為進(jìn)水流量，單位m3/d ;S。為進(jìn)水B0D5，單位mg/L ;Se為出水B0D5，單位mg/L ;y 為MLSS中MLVSS所占的比例，單位kgMLVSS/kgMLSS ;Yt為污泥總產(chǎn)率系數(shù)，單位kgMLSS/ kgB0D5 ; Kde(T) =Kdete0)1.08(T—20) Kde(2。)為20。C時(shí)的脫氮速率，經(jīng)驗(yàn)范圍0. 03 0. 06kgN/(kgMLSS *d)，溫度為T時(shí) 通過本公式修正； (4)計(jì)算好氧池反應(yīng)池體積V。 V。 = VY-VP_VN (5)計(jì)算其他工藝參數(shù) 沉淀池選用普通輻流式沉淀池，表面水力負(fù)荷q經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 6 1. 5m3/ (m2 d)，沉淀池表面積A = Q/(24Xq);回流污泥比R二 50 100% ;回流混合液比 Rin > 200% ;污泥齡SRT = 10 20d。 步驟三，利用含有ASM2d模型的仿真軟件在計(jì)算機(jī)中建立AA0工藝模型；所 述ASM2d模型指由國際水協(xié)會于1999年發(fā)布的活性污泥模型No. 2D ;所述仿真軟件為 BioWin、GPS-X或WEST。 步驟四，根據(jù)步驟一和步驟二得到的水質(zhì)參數(shù)和工藝參數(shù)，設(shè)定AAO工藝模型的 主要參數(shù)； 步驟五，沿好氧池池長方向調(diào)節(jié)曝氣量分布，即滿足沿好氧池池長方向?qū)ρ鯕獾?需求量不均勻的要求，在好氧池前部設(shè)置較多的曝氣量，中部略少，尾部最少；將好氧池按 照池長方向分為體積相等數(shù)段(至少3段)，各段氣量調(diào)節(jié)比例的終點(diǎn)需使得根據(jù)模型計(jì)算出的沉淀池出水C0D&和NH3-N濃度最低。 步驟六，根據(jù)步驟五得到的各段氣量比例，在穩(wěn)態(tài)條件下調(diào)節(jié)總曝氣量，計(jì)算滿足
設(shè)計(jì)要求的最小曝氣量。 本發(fā)明的有益效果為 1、本發(fā)明綜合了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)學(xué)模擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法， 對AAO工藝模型中的主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，克服單純數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)結(jié)果易偏于理論化的缺 陷，符合工程規(guī)范的要求； 2、本發(fā)明充分體現(xiàn)了 AAO工藝耗氧機(jī)理，更加準(zhǔn)確地計(jì)算出了工藝需要的曝氣 量，和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比能夠降低AA0工藝系統(tǒng)的曝氣能耗12X以上，有利于降低AA0工藝運(yùn) 行成本。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例的方式，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范
圍不局限于所述實(shí)施例。 實(shí)施例1 以處理水量Q = 30000m3/d的城市污水處理AAO工藝設(shè)計(jì)為例，采用GPS-X仿真軟 件，對其好氧池曝氣量進(jìn)行的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求達(dá)到GB18918-2002中的一級B標(biāo)準(zhǔn)對COD&、 NH3-N和TP等三項(xiàng)主要參數(shù)的控制要求(設(shè)計(jì)水溫20。C )，即C0D&<60mg/L，NH3-N<8mg/ L， TP < 1. 5mg/L。 1，測定AAO工藝進(jìn)水的13項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。 按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法測得進(jìn)水的13項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)為COD&為440mg/L，溶解性COD& 為154mg/L， BOD5為208mg/L，溶解性BOD5為66mg/L， TSS為217mg/L， VSS為130mg/L， TKN 為40mg/L，溶解性TKN為32mg/L， TN為40mg/L， NH3_N為28. 8mg/L， TP為12mg/L， P04_P為 10. 5mg/L， ALK為380mg/L(以CaC03計(jì))。 2，按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50014-2006)》規(guī)定的方法和公式設(shè)計(jì)AAO工藝主 要參數(shù)(除曝氣量外)。
(1)、反應(yīng)池總體積VT 流量Q = 30000m3/d，污泥負(fù)荷Ls經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 1-0. 2kgB0D5/ (kgMLSS d)，取 0. 13kgB0D5/ (kgMLSS d)，反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度X經(jīng)驗(yàn)值范圍為2. 5-4. 5g/L，取3. Og/L ;進(jìn) 水BOD5濃度So = 208mg/L，出水BOD5濃度Se = 20mg/L。
「一， _ S.)30000 X (208 —20) ， i . -^ =-^-^ = 14462m3
T 1000￡SJT 1000 X 0.13 X 3.0 反應(yīng)池總體積VT取15000m3。
(2)、厭氧池體積Vp 厭氧池的水力停留時(shí)間tP經(jīng)驗(yàn)值范圍為l-2h，取1. 8h ;
2 X 30000 q FD = ^ =-= 2S0Om3
p 24 24 厭氧反應(yīng)池體積VP取2500m3。 (3)、缺氧池體積Vw
6
MLSS中MLVSS所占的比例y經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 7_0. 8，取0. 70 ;污泥總產(chǎn)率系數(shù)Yt 經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 4-0. 8kgMLSS/kgB0D5，取0. 60kgMLSS/kgB0D5，得到排出反應(yīng)池的生物污泥 Mv = yyt^^ = 0.70 X 0.70 X腦:8-2。) = 2369, 脫氮速率Kde經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 03-0. 06kgN/ (kgMLSS d)，取0. 04kgN/ (kgMLSS d); 污泥濃度X經(jīng)驗(yàn)值范圍為2. 5-4. 5g/L，取3g/L ;進(jìn)水總氮Nk = 40mg/L，出水總氮Nte = 20mg/L，根據(jù)^ =2^^^求得缺氧池體積
r ， G加IX 30000 X (40 — 20) —G.12X 2369 ， 》' =-^-^-= 2631m3
N 0.04 X 3 缺氧反應(yīng)池體積VN取2500m3。
(4)、好氧池體積V。 生物反應(yīng)池由厭氧池、缺氧池和好氧池三部分組成，好氧池體積為
V0 = VT-VP-VN = 15000-2500-2500 = 10000m3
(5)、其他工藝參數(shù) 其他主要工藝參數(shù)計(jì)算按照經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行，其中污泥停留時(shí)間SRT取15d，污泥回 流比R取50%，則回流污泥流量為QXR = 30000X50%= 15000m3/d ;回流混合液比Rin取 200%，則回流混合液流量為QXRin = 30000X2000%= 60000m3/d ; 沉淀池選用普通輻流式沉淀池，表面水力負(fù)荷q經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 6-1. 5m3/ (m2化)， 取O. 8mV(m2 *h)，則沉淀池表面積A = Q/(24Xq) = 30000/(24X0. 8) = 1563m2 ，取1560m2 。
3，利用含有ASM2d模型的仿真軟件GPS-X(5.0)在計(jì)算機(jī)中建立AAO工藝模型，包 含進(jìn)水、推流曝氣反應(yīng)池(含厭氧、缺氧和好氧三個(gè)池)、二沉池和出水。
4，根據(jù)步驟一和步驟二得到的水質(zhì)參數(shù)和工藝參數(shù)值，設(shè)定AA0工藝模型的主要 參數(shù)如下 13項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)為CODtt為440mg/L，溶解性COD&為154mg/L， BOD5為208mg/L，溶 解性BOD5為66mg/L， TSS為217mg/L， VSS為130mg/L， TKN為40mg/L，溶解性TKN為32mg/ L， TN為40mg/L， NH3_N為28. 8mg/L， TP為12mg/L， P04_P為10. 5mg/L， ALK為380mg/L(以 CaC03計(jì))。 設(shè)定厭氧池體積為Vp = 2500m3，缺氧池體積VN = 2500m3，好氧池體積Vo = 10000m3 ;沉淀池表面積為1560m2 ;設(shè)定從沉淀池到厭氧池的污泥回流量為15000mVd，從好 氧池到缺氧池的混合液流量為60000mVd，污泥停留時(shí)間為15d。
5，沿好氧池池長方向調(diào)節(jié)曝氣量分布。 厭氧池和缺氧池?zé)o需曝氣，好氧池分為體積相等的4段。第一段的曝氣量為總氣 量的28%，第二段的曝氣量為總氣量的28%，第三段的曝氣量為總氣量的24%，第四段曝 氣量為總氣量的20%。 6，按照28% :28% :24% :20%的曝氣量比例，在穩(wěn)態(tài)條件下計(jì)算總曝氣量。
設(shè)置好氧池4段的曝氣量比例分別為28%、28%、24%和20%。在GPS-X軟件中， 通過調(diào)節(jié)總曝氣量以實(shí)現(xiàn)COD& < 60mg/L， NH3_N < 8mg/L的設(shè)計(jì)目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)最低總曝氣 量為5667kg/d時(shí)，COD& = 40mg/L， NH3_N = 7. 99mg/L，滿足設(shè)計(jì)要求。
7
表1中列出了根據(jù)各設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊的經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算的AAO工藝曝氣量?？梢姡?采用本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)的曝氣量為5667kg/d，比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法最低值(按照《室外排水設(shè) 計(jì)規(guī)范GB50014-2006》規(guī)定方法計(jì)算的曝氣量為6453kg/d)減少了 12%，設(shè)計(jì)結(jié)果既可以 滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，也可以節(jié)省曝氣能耗和工藝運(yùn)行費(fèi)用。
表1根據(jù)各設(shè)計(jì)規(guī)范及手冊的經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算的本實(shí)施例AAO工藝曝氣量
序號曝氣量(kg02/d)計(jì)算依據(jù)
16710《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ14-87 (1997版)》
26453《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50014-2006》
37345《城市污水生物脫氮除磷處理設(shè)計(jì)規(guī)程》
47151-10719《給排水工程設(shè)計(jì)手冊》
510367"三分法"
權(quán)利要求
一種AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟一，測定進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)；步驟二，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，以經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)AAO工藝中除曝氣量外的其他工藝參數(shù)；步驟三，利用含有ASM2d模型的仿真軟件在計(jì)算機(jī)中建立AAO工藝模型；步驟四，根據(jù)步驟一和步驟二得到的水質(zhì)參數(shù)和工藝參數(shù)，設(shè)定AAO工藝模型的主要參數(shù)；步驟五，沿好氧池池長方向調(diào)節(jié)曝氣量分布；步驟六，在穩(wěn)態(tài)條件下調(diào)節(jié)總曝氣量，計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求的最小曝氣量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AA0工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟一中所述進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)為總化學(xué)需氧量C0D^、溶解性COD^、總五日生化需氧量BODp溶解性BODp總懸浮物TSS、揮發(fā)性懸浮物VSS、總凱氏氮TKN、溶解性TKN、總氮TN、氨 氮NHfN、總磷TP、磷酸鹽P04-P和堿度ALK。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟二中所述設(shè)計(jì)規(guī)范為《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50014-2006)》，所述工藝參數(shù)的計(jì)算步驟為(1) 計(jì)算反應(yīng)池總體積VT: <formula>formula see original document page 2</formula>Q為進(jìn)水流量，單位mVd ;S。為進(jìn)水BOD5，單位mg/L ;Se為出水BOD5，單位mg/L ;X為反 應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度，單位g/L ;LS為污泥負(fù)荷，單位kgBOD5/(kgMLSS d);(2) 計(jì)算厭氧池體積VP :<formula>formula see original document page 2</formula>tp為厭氧池的水力停留時(shí)間，單位h ;Q為進(jìn)水流量，單位mVd ;<formula>formula see original document page 2</formula>(3) 計(jì)算缺氧池反應(yīng)池體積VN :<formula>formula see original document page 2</formula>Q為進(jìn)水流量，單位mVd ;Nk為進(jìn)水TN，單位mg/L ;Nte為出水TN，單位mg/L ;X為反應(yīng)池 內(nèi)的污泥濃度，單位g/L ; A Xv為排出反應(yīng)池的生物量，單位kg MLVSS/d ;Kde為溫度為20°C 時(shí)的脫氮速率，單位kgN/(kgMLSS d);Q為進(jìn)水流量，單位mVd ;S。為進(jìn)水BODs，單位mg/L ;Se為出水BODs，單位mg/L ;y為MLSS 中MLVSS所占的比例，單位kgMLVSS/kgMLSS ;Yt為污泥總產(chǎn)率系數(shù)，單位kgMLSS/kgBOD5 ; <formula>formula see original document page 2</formula>Kde(2。)為20。C時(shí)的脫氮速率，經(jīng)驗(yàn)范圍0. 03 0. 06kgN/(kgMLSS *d)，溫度為T時(shí)通過 本公式修正；(4) 計(jì)算好氧池反應(yīng)池體積V。<formula>formula see original document page 2</formula>(5)計(jì)算其他工藝參數(shù)沉淀池選用普通輻流式沉淀池，表面水力負(fù)荷q經(jīng)驗(yàn)值范圍為0. 6 1. 5m3/(m2 d)， 沉淀池表面積A = Q/(24Xq);回流污泥比R = 50 100%;回流混合液比Rin > 200% ;污 泥齡SRT = 10 20d。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟三所述ASM2d模型指由國際水協(xié)會于1999年發(fā)布的活性污泥模型No. 2D ;所述仿真軟件為BioWin、 GPS-X或WEST。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟五所述沿好氧池池長方向調(diào)節(jié)曝氣量分布為將好氧池按照池長方向分為3個(gè)以上體積相等段，各段氣量調(diào)節(jié)比例的終點(diǎn)需使得根據(jù)模型計(jì)算出的沉淀池出水CODcr和 NHfN濃度最低。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種AAO工藝曝氣量的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟一、分析污水水質(zhì)組分；二、采用經(jīng)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)AAO工藝除曝氣量外的其他工藝參數(shù)；三、用仿真軟件建立AAO工藝模型；四、根據(jù)一和二的結(jié)果設(shè)定AAO工藝模型的主要參數(shù)；五、沿好氧池池長方向調(diào)節(jié)曝氣量分布；六、在穩(wěn)態(tài)條件下計(jì)算曝氣量，以滿足設(shè)計(jì)條件。用本方法設(shè)計(jì)的AAO工藝曝氣量，能夠有效節(jié)約曝氣能耗12％以上，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。
文檔編號C02F9/14GK101746929SQ20091026413
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者孫石磊, 沈良富, 范璽, 陳飛 申請人:中環(huán)(中國)工程有限公司