重慶實驗室純水設備解讀：采用TUD模型與AQUASIM模擬軟件對污水廠的診斷案例解析
【重慶水處理設備網http://xqccscq.com/】1采用數學模擬技術對市政污水處置廠工藝運行問題進行診斷，同時提出優化運行方案并進行模擬預測；
2通過模擬診斷，發現試驗污水處置廠倒置A2/O工藝運行中最主要的問題在于進水中可利用碳源（VFA 缺乏，其次是厭氧區停留時間（HRT太短；
3利用模擬可以確定現有倒置A2/O脫氮除磷工藝系統結合磷回收的最佳測流比為0.16
4通過模擬技術提出相應的優化運行和改造方案，如，曝氣池分區重組、外加碳源、總進水逾越初沉池、實施UCT工藝改造等。
1引言
有效的數學模擬技術可以用于工藝方案比擬與工藝設計、問題診斷與運行優化、試驗定向與工程放大。數學模擬技術的這些作用目前在國際上越來越廣泛地用于工藝研發、工藝設計和工藝運行。早先的一些工作已實現了對北京某大型市政污水處置廠倒置A2/O工藝的數學模擬（靜態與動態）而且總結出一套適合我國污水處置廠采用的水質特性化方法。此基礎上，針對該污水處置廠倒置A2/O工藝運行中存在問題，采用數學模擬方法首先診斷問題癥結，然后提出運行優化措施并通過數學模擬予以驗證，重慶實驗室純水設備以期為實踐提供參考。
2對運行狀況的初步模擬評價
該污水處置廠倒置A2/O工藝屬于低負荷運行，對有機物的去除效果較好，但對TNTP去除率還未達到50%為此，利用在靜態模擬時校正的工藝模型（TUD均值水量、水質情況下對此工藝做出初步分析評價：倒置A2/O工藝中并未發生反硝化除磷現象；該工藝系統中，聚磷菌（PA O富積生長的適宜溫度為10~15℃；曝氣池第三廊道中DO最佳控制濃度應為0.5mg/L強化生物除磷最小污泥齡應為8d最佳污泥齡≥12d回流比（R應控制在60％左右；好氧區占曝氣池的體積比（fv宜為3/5~2/3SS/SS+XS為0.5~0.7時，出水TP濃度較低；易生物降解有機物（SS中的揮發性脂肪酸（VFA SA 越多對除磷越有利，需使SA ≥25mg/L
3工藝運行問題診斷
3.1進水中VFA 缺乏
對改工藝的靜、動態模擬結果均顯示，系統中SA 缺乏是制約除磷效果的主要因子。如圖1a所示，由缺氧區進入厭氧區的SA 極低，缺乏2mg/L與實測值0~3mg/L相符）與第二點進水（0.3Qin中VFA SA ＝13mg/L混合后，進入厭氧區時的平均實際SA 也僅為5.3mg/L
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖1試驗污水廠和對照污水廠缺氧區出水殘余VFA
對進入厭氧區SA 充分（>50mg/L另一座污水處置廠倒置A2/O工藝進行模擬預測，并與實際運行數據對比的結果亦能反證這一推論，如圖1b圖2所示。該廠出水TP可達0.5mg/LNH4+-N≤5mg/L均能達到一級A排放規范。
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖2對照污水處置廠的模擬結果
3.2厭氧水力停留時間（HRT太短
促進PA O過度吸磷的實質動力與厭氧區水力停留時間（HRT和厭氧環境的厭氧程度（硝酸氮濃度的大小）有關，一定范圍內厭氧環境的HRT越長，厭氧水平越充分，PA O吸磷動力越強。其中，厭氧HRT直接影響專性厭氧細菌進行水解發酵反應水平。有研究表明，當HRT=2.5d時厭氧發酵反應器內的VFA 濃度最高。然而，實際除磷工藝的設計厭氧HRT往往低于2.5d甚至在本例試驗污水處置廠厭氧區HRT僅為45min顯然如此低的厭氧HRT遠缺乏以使水解和發酵充沛進行，以至于PA O無法獲取足量VFA 用以生物除磷。綜上所述，厭氧HRT也是影響脫氮除磷的主要因素之一。但究其根本，癥結還在VFA 缺乏上。
4倒置A2/O工藝的運行優化模擬分析
4.1曝氣池分區重組方案
針對上述分析所得厭氧HRT太短問題，結合初步分析評價中所得最佳好氧區比例，將系統中原有缺氧、厭氧、好氧區體積比（V1∶V2∶V3＝1∶1∶7調整為V1∶V2∶V3＝1∶2∶6以增大厭氧區體積來延長其HRT從而為間接獲取更多VFA 發明工藝條件。
結合初步分析評價中建議的運行參數（SRT=8dDO=0.5mg/LR=60%動態模擬曝氣池分區重組后的運行工況。結果如圖3所示，優化后出水NH4+-N為10mg/L左右，TP為1mg/L左右，剩余污泥量也明顯減少（QS
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖3曝氣池分區重組后模擬結果
4.2外加碳源方案
上述方案是間接增加系統中的VFA 而最直接有效的解決方法莫過于向進水中投加碳源（甲醇、乙酸等）根據初步分析評價中所得最佳SS/SS＋XS=0.5~0.7可知，當現有系統進水VFA 濃度（SA 升至25mg/L將有利于脫氮除磷，換算為投加甲醇量為500kg/d此時，VFA 約占進水COD15%而SS/SS＋XS為0.63模擬結果見圖4可見，投加碳源后的系統運行效果大為改善，出水NH4+-N可降至5mg/LTP可達1mg/L左右；剩余污泥量也可減少約300m3/d 重慶純水設備
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖4投加碳源后模擬結果
4.3總進水逾越初沉池改造方案
除上述方案外，使污水處置廠總進水（VFA =25~35mg/L10%總進水COD逾越初沉池，直接分點進入曝氣池亦能增加碳源（SS或VFA SA 采用建議的運行參數，模擬試驗結果如圖5所示。改造后出水水質明顯好轉，TNNH4+-N與TP都能達標，而且出水COD及TSS仍在系統所能承受的處置范圍之內。
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖5總進水逾越初沉池后模擬結果
4.4UCT工藝改造方案
由于設計忽略了反硝化除磷作用，倒置A2/O工藝中生物除磷效果存在天然缺陷。對此，可將其改造為UCT工藝以提升生物除磷效果。模擬試驗標明，取消UCT工藝中從好氧區至缺氧區的內回流后，處置效果得到較大改善（圖6
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖6改造為UCT工藝后模擬結果
r2=0SRT=7dR=50%r1=150%
4.5結合磷回收工藝改造
采用化學除磷輔助生物除磷亦為改進除磷效果有效手段。二者的有機結合能夠防止保守化學除磷方式缺陷，如降低初沉污泥可生化性（進水中投加）影響較長SRT細菌數量（曝氣池中投加）宏量磷去除效果好而微量效果差（二沉池出水投加）同時，采用厭氧池上清液側流化學磷回收方式不只能夠有效降低進水磷負荷，還能夠間接提高系統COD/N與COD/P比值，從而強化生物除磷效果。基于此，改造工藝方案如圖7所示。其模擬結果顯示，最佳側流比為0.16此時磷的回收率為25%當側流比大于此值時將增大磷回收的本錢，而且除磷效果也將受到消極影響。 重慶純水設備
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖7倒置A2/O工藝結合磷回收改造工藝方案
數學模擬用于污水處置工藝運行診斷與優化
圖8結合磷回收工藝模擬預測結果
5結論
通過模擬診斷，發現試驗污水處置廠倒置A2/O工藝運行中最主要的問題在于進中可利用碳源（VFA 缺乏，其次是厭氧區停留時間（HRT太短。針對這兩大問題，提出了相應的優化運行和改造方案，如，曝氣池分區重組、外加碳源、總進水逾越初沉池、實施UCT改造以及結合磷回收的工藝改造方案等，并通過模擬預測了各種改造方案可能呈現的較好運行效果。
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