【摘 要】
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为切实加大水污染防治力度,保障水环境安全,国家相继出台了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）修订版和《水污染防治行动计划》,对城镇污水处理厂制定了更高的要求,污水处理厂普遍面临着改造的现实问题。目前国内的设计人员仍多依靠经验来完成污水处理厂改造工程的设计方案,设计比较偏重污水处理效果,会造成工程投资和污水处理成本的偏高,甚至出现污水处理成本大于收入的现象。优化设计方案除了可
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为切实加大水污染防治力度,保障水环境安全,国家相继出台了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）修订版和《水污染防治行动计划》,对城镇污水处理厂制定了更高的要求,污水处理厂普遍面临着改造的现实问题。目前国内的设计人员仍多依靠经验来完成污水处理厂改造工程的设计方案,设计比较偏重污水处理效果,会造成工程投资和污水处理成本的偏高,甚至出现污水处理成本大于收入的现象。优化设计方案除了可以提高污水处理厂的处理效果,还可以降低工程投资和处理成本。设计人员往往没有充分的时间进行现场试验对设计方案进行优化,并且许多污水处理厂不具备试验条件,因此试验在污水处理设计领域不具备普适性。本文建立了一套利用数字化模拟对污水处理厂改造工程设计优化的研究方案,该方案包括了污水处理厂调研分析和改造方案的研究方法、现状工艺的模拟及校准、改造工艺的模拟及验证、改造工艺设计参数的优化,为设计人员提供了一种较为高效、全面的研究思路和方法。本文以郑州某污水处理厂扩建工程为例,使用Bio Win软件对其进行了模拟优化研究,研究结果如下:（1）对郑州某污水处理厂现状工艺、处理规模、进出水水质等情况进行了详尽的调研分析,确定了扩建改造的总体要求:污水处理设计规模由3万m3/d扩建到5万m3/d,通过分析研究确定了污水处理厂的初步改造方案:缺氧池I有效体积由3480m3扩建为6489m3;二沉池有效体积由6525m3扩建为9900m3;新建缺氧池I和好氧池分别投加20%和15%的悬浮填料。（2）构建了现状工艺模型,确定了组分参数的初始值:Fbs设置为0.16,Fac设置为0.15,Fus设置为0.05,Fup设置为0.13,Fna设置为0.778;通过敏感性分析筛选出对处理效果影响较大的模型参数并进行校准,将普通异养菌（OHO）的产率系数（好氧）和产率系数（缺氧）分别从0.6660和0.5400校准为0.6900和0.3000,氨氧化菌（AOB）的最大单位生长速率和好氧衰减速率分别从0.9000和0.1700校准为0.4800和0.2000,最大Vesilind沉降速度从0.2800校准为0.2000,无氧水解因子从0.2800校准为0.2000;对校准后的模型再次进行稳态模拟和动态模拟进行验证,稳态模拟结果显示各污染物的模拟出水值与实测出水值相对差值均在3%以内,动态模拟结果显示各污染物模拟曲线与实测曲线能够较好的拟合,均证明模型校准较为成功。（3）根据初步改造方案和校准后的现状工艺模型参数对污水处理厂改造工艺进行了模型的构建,在基准状态下的初次模拟结果显示,出水水质能满足一级A的排放标准,证明改造方案是合理可行的。（4）对初步改造方案中运行参数先进行单因素模拟优化,确定了缺氧池I不投加悬浮填料,好氧池投加10%的悬浮填料,得到混合液回流比、污泥回流比、好氧池溶解氧浓度、排泥量的合理区间,然后在运行参数的合理区间上进行多因素正交模拟试验,并引入了经济因素,最后综合分析考虑不同工况下的处理效果和处理成本,确定了不同季节运行参数的优化方案,还对PAC的投加量进行了优化,最终确定春秋季的优化方案为好氧池溶解氧浓度2.0mg/L,混合液回流比125%,污泥回流比75%,排泥量950m3/d,PAC投加量8mg/L;夏季的优化方案为好氧池溶解氧浓度1.6mg/L,混合液回流比100%,污泥回流比75%,排泥量900m3/d,PCA投加量7mg/L;冬季的优化方案为好氧池溶解氧浓度1.8mg/L,混合液回流比125%,污泥回流比100%,排泥量900m3/d,PAC投加量9mg/L。（5）优化方案和初步改造方案相比,投资成本节省了缺氧池I和好氧池的悬浮填料和相应的拦截及流化工程费用,节省349.60万元投资成本;处理成本节省了电费、污泥处置费、PAC投加量等,春秋季节省吨水处理成本0.03969元,夏季节省吨水处理成本0.06405元,冬季节省吨水处理成本0.03918元。
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