BioWin3动态模拟在城市污水处理厂运行中的应用.pdf

水环境 水环境 《水资源研究》第31卷第3期(总第1 16期)2010年9月 BioWin3动态模拟在城市污水处理厂 运行中的应用 熊雪萍 ，孙 逊 ，张克峰 ，王永磊 (1．山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南250101； 2．济南市市政工程设计研究院，山东济南250000) 摘 要：结合招远市某以百乐克工艺处理污水的污水处理厂的夏季实际运行情况，用BioWin3软件建立仿真模 型，不断调整设定参数，最后通过对模拟水厂出水效果与实际水厂出水效果的比较分析，验证了模拟的准确程 度 关键词：Bi0win3活性污泥；百乐克工艺；数学模型；计算机技术 BioWin3是加拿大开发的交互式商业化软件本文应用水 厂的现有数据，利用BioWin软件动态模拟了百乐克污水处理工 ．艺的实际水厂运行，通过不断调整设定的各种参数，提高污水模 拟的准确性，保证模拟水厂的运行优化，为实际水厂的参数选择 提供指导 1百乐克污水处理工艺 百乐克工艺是在湖体或水塘内采用生物方法处理污废水的 工艺据统计，目前在世界各地已有600多家采用百乐克工艺 的污水处理厂在运行从处理单一生活污水到处理生活污水和 工业废水的混合水，该工艺都能胜任，适用范围极其广阔，相对 于其他传统工艺，具有投资少、13常维护简单和运行费用低等优 点 ’一 。

2 BioWin3模拟在城市污水处理厂中的应用 2．1 招远市污水处理厂入流数据 为便于模拟，经分析选取水温和pH、COD、NH 一N、SS等常 见水质参数作为模型指标 (1)水温的确定因为水温对于污水处理厂的处理效果和 模拟结果有着极大的影响，所以在其模拟之前，首先要了解招远 市污水处理厂的水温和气温的变化招远市位于东经120北 纬37属暖温带季风区大陆性半湿润气候，四季分明，冬无严 寒，夏无酷暑，光照充足，气候温暖，年平均气温为11．5℃根 据调研情况，将夏季进水水温假定为20℃ (2)水质的确定拟选择的进出水水质参数见表1 2．2 模型的建立 (1)主要进水水质成分易生物降解的有机物、醋酸盐、慢 速可生物降解物质、溶解性或颗粒不可生物降解物质、氨氮、颗 6 收稿日期：20t0—03—25 作者简介：熊雪萍，女，研究生，主要从事污水处理研究 粒性有机氮、磷酸盐、亚硝酸盐、厌氧性氨氧化、聚磷菌等… (2)处理单元物理尺寸招远市污水处理厂采用的是百乐 克工艺，其池型采用的是土质结构，边坡比为1：1，为了简化模 型，厌氧混合池、曝气池、澄清池池体均采用矩形形式，体积与实 际大小相同，按具体值输入。

工艺模型见图1 表1夏季平均进出水水质 进水混合池厌氧反应曝气池稳定池 图1工艺模型示意 2．3 百乐克工艺数学模型验证 按图1建立百乐克工艺数学模型，利用该厂实际13常检测 得到的数据输入，进行验证由于实际检测数据不全，有些水质 参数按设计值的．4-20％进行随机输入 整理、总结、输入夏季的水量、各水质参数、pH等，进行动态 模拟通过调节曝气量和回流比，使得出水水质满足要求模 型各单元参数，模型水厂运行的大多参数基本不变，但直接影响 出水效果的还有其它一些参数的设定 (1)主要参数设定①运行参数：溶解氧和回流比最大 Vesilind沉降速度、Vesilind阻碍区沉降参数、澄清转化功能、最 大相容性等 ②局部生物参数：氨化菌的生长与衰减、亚硝 酸的氧化、厌氧氨氧化、异养性生物的生长与衰减、基于甲醇菌 的生长与衰减、聚磷菌的生长与衰减、水解、吸附、氨化和反硝化 作用最大生长速率、好氧、缺氧、厌氧衰减速率、亚硝酸抑制速 度、氨氮半饱和常数等 ③局部参数：污泥容积、净化率、 最大钙物质含量、最大沉淀浓度等 (2)出水结果见图2—5 ‘80 船 ； 兰 ； 兰 ÷ 三 事 翠 兽 兽 兽 兽 兽 g 时间／月日 图2 2006年出水COD变化值 图3 2006年出水氮变化值 时间／月‘日 圈4 2006年出水悬浮物变化值 图5 2006年出水BOD 变化值 2．4 验证结果与实测值的比较分析 验证结果的准确度是指模拟出水水质与实际出水水质之间 相符合的程度。

准确度的高低以误差的大小来衡量，即误差越 小，准确度越高；误差越大，准确度越低误差用绝对误差和相 对误差来表示 绝对误差=模拟出水水质一实际出水水质 相对误差=(模拟出水水质一实际出水水质)×100％／实 际出水水质 (1)COD值的比较分析夏季实测进水COD变化范围在 356～860 mg／L之间，平均值为568．3 mg／L；出水COD实测值 变化范围在28～60 m g／L之间，平均值为4O．7 111g／L进行模拟 时进水COD与实测值相同，模拟出水COD变化范围在37．2～ 43．5 mg／L之间，平均值为39．4 mg／L，绝对误差为1 对误差为3．19％详见图6～7 +系列l一系列2 l 8 15 22 29 36 4"3 50 57 64 71 78 85 92 99106II3 日期／d 图6进、出水COD实测值 图7 2006年出水COD模拟值 (2)NH 一N值的比较分析夏季实测进水NH 一N变化 范围在29．9～43．7 mg／L之间，平均值为35．15 mg／L；出水NH 一N实测值变化范围在4．14～10．36 mg／L之间，平均值为6．84 mg／L进行模拟时进水NH 一N与实测值相同，模拟出水NH 一N结果变化范围在4．31～8．53 mg／L之间，平均值为6．61 mg／L，绝对误差为0．23 mg／L，相对误差为3．36％。

见图8～9 80 三60 玉 5 40 ≥ 主20 z 0 ＼ 劈乏 一进水一出水 l 7 l3 19 25 31 37 43 49 55 6l 67 73 79 85 9l 97103 109 日期／d 图8进、出水NH 一N实测值 出水N ——出水 一一出水 事 罕 翠 事 军 兽 兽 兽 兽 昌 鲁 时间／月日 图9 2006年出水NH 一N模拟值 (3)ss值的比较分析夏季实测进水ss变化范围在201 ～401 mg／L之间，平均值为309．8 mg／L；出水ss实测值变化范 围在14～23 mg／L之间，平均值为18．42 mg／L进行模拟时进 水ss与实测值相同，模拟出水ss结果变化范围在16．7～2O．4 mg／L之间，平均值为18．62 mg／L，绝对误差为0．9 ing／L，相对 误差为1．09％见图10～11 7 _三 舌； ∞ ∞ 0 ㈣ ㈣ 瑚 ∞ ∞ 肿 m 0 80 60 普 一 ≥40 差20 0 1 7 13 l9 25 3l 37 43 4g 55 61 67 73 79 85 9l 97 103 109 日期／d =、2O 兽l5 一 ＼l0 J}∈5 O 图lO进、出水ss实测值 出水N 一出水 一一出水 l 时间／月日 图11 2006年出水ss模拟值 2．5 误差分析 实测出水水质与模拟出水水质均已达标，但两者还是存在 着一定的误差，其主要原因有： (1)模拟系统本身存在的误差。

(2)输人数据如水量、进水出水水质、溶解氧、污泥回流比、 pH等一些参数的测定误差 (3)污水厂在实际运行过程中许多参数比如曝气池内pH 值及温度在模拟运行假定不变的某一段时问也并非保持恒定， 而是随着位置、时间都在不断地变化 3结论 经过对比，模拟水厂运行中的出水与实际的出水基本吻合， 而且参数也与实际水厂的运行值基本相同这样在实际应用 中，我们可以调整数值模型中的运行参数或生物参数等，得到能 够使模拟出水效果达到实际出水要求的参数这些参数可以有 效地指导实际水厂的运行，从而避免不必要的调试而造成的浪 费，也使得实际水厂的运行更加具有应变性 由此可见，BioWin3软件可在以下几个方面指导污水处理 厂运行： (1)在进水水质、水量、各生物处理单元规模、运行参数一 定的情况下，运用BioWin3软件建立的数据模型，可以得出出水 水质情况和观测到各处理单元的处理效果情况 (2)已知进水水质、水量、各生物处理单元规模和出水水质 的情况下，运用BioWin3软件建立的数据模型，可以得出最佳的 运行参数同样方法可以在不同的已知情况下求不同的参 数 虽然该软件可以在以上几个方面得以运用，但是在建立每 种工艺模型时，仍需要做大量工作。

数学模型的应用需要较高 的硬件水平，国外污水处理厂大都采用监测实时监控，而我 国污水处理厂水质分析大都采用现场取样、化验室分析的方法， 使得测定结果引入了大量人为误差，而且测定值仅是每天某个 时刻的瞬时值，不能全面反映水质变化情况 ，因而模拟值与 测量值之间误差较大相信随着我国水处理工艺不断改进、硬 件水平不断改善，数学模型在我国污水处理中的应用必将得到 推广 参考文献： [1]Henze M，Grady C P，Gujer W，eta1．Activated Sludge Model NO．1 [J]．IAW PRC Scientific and Technical Reports，1986，(1)：5—9． [2]Henze M，Gujer W，Mino T，eta1．Activated Sludge ModelNO．2d[J]． Wat Sci Tech，1999，39(1)：165～182． [3]Gujer W，Henze M，Mino T，eta1．Activated Sludge ModelNO．3【】】． Wat Sci Tech，1999，39(1)：183—184． [4]徐丽婕，王志强，施汉昌，等．污水处理厂全程模型化的软件选择 [J]．中国给水排水，2004，20(5)：21—23． [5] 施汉昌，刁惠芳，刘恒，等．污水处理厂运行模拟、预测软件的应用 [J]．中国给水排水，2001，17(10)：6l～63． [6] 季民，霍金胜，胡振苓等．活性污泥法数学模型的研究和应用[J]． 中国给水排水，2001，17(8)：18—22． [7] 陈立．EFOR程序的仿真技术模拟功能应用研究[J]．中国给水排 水，1998，14(5)：15—18． [8] Bordacs K．and Chiesa S．C．Carbon flow patterns in enhanced biologi- cal phosphorus accumulating activated sludge culture[J]．Wat．Sci． Tech．，1989，21：387—396． [9] 高延耀，顾国维，等．水污染控制工程[M]．北京：高等教育出版社， 1999． [10] 顾夏生．废水生物处理数学模式[M]．北京：清华大学出版社， 1992 (上接第5页) 除砂土类外，其余4类土质农田土壤水资源模数空间分布 与降水量高低值区对应关系明显。

各土质农田土壤水资源模数 比较，一般存在粘土>粘壤土>壤土>砂壤土>砂土的关系 3 结语 要高效开发利用土壤水资源首先对其分布特征应有一个清 晰的认识，从而有针对性地采取措施实现资源替代和优化配置 河北省的土壤水资源量存在着地区差异、年内分配不均、年际变 化大等特性根据这些特性，可分析出哪些人类干预符合自然 规律，哪些干预不符合自然规律，从而指导我们更好地进行土壤 8 水资源的规划和管理 参考文献： [1] 靳孟贵，方连育．土壤水资源及其有效利用[M]．武汉：中国地质大 学出版社，2006． [2] 河北省水利厅．河北省土壤水资源评价工作大纲[z]．石家庄：河 北省水利厅，2004． [3] 河北省水利厅．河北省土壤与土壤水资源评价分区[R]．石家庄： 河北省水利厅，2005． [4] 李承绪．河北土壤[M]．石家庄：河北科学技术出版社，1990． 蚰 ∞ ∞ m 0 。