基于BioWin軟件的某農(nóng)村污水處理站AO+MBR工藝模擬

趙佳恒，李 冰，田宇心，邱 勇

(1.北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院 環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

1 引言

隨著我國(guó)農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的興建已成為改善農(nóng)村人居環(huán)境的重要內(nèi)容[1]。由于農(nóng)村污水水質(zhì)水量變化大，為了解在不同工況條件下農(nóng)村污水處理設(shè)施對(duì)污水的處理效果，進(jìn)行基于活性污泥模型的工藝模擬對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)十分必要[2]。

目前，污水處理工藝模擬軟件BioWin在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，它可指導(dǎo)新建污水廠的方案設(shè)計(jì)，現(xiàn)行污水廠的工藝優(yōu)化以及提標(biāo)改造等。李云等[3]采用BioWin軟件對(duì)北京某CASS污水廠進(jìn)行診斷與模擬優(yōu)化分析；杭晨等[4]基于BioWin模擬蘇州某城市污水廠的回流比、溶解氧以及排泥量等參數(shù)對(duì)出水水質(zhì)的影響。本文將利用BioWin軟件對(duì)江蘇某農(nóng)村污水處理站的AO+MBR工藝進(jìn)行模擬，通過調(diào)整不同進(jìn)水指標(biāo)，優(yōu)化外回流比與除磷藥劑投加量等參數(shù)，為該農(nóng)村污水處理工藝的運(yùn)行以及參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2 模型的建立

2.1 目標(biāo)農(nóng)村污水處理設(shè)施概況

該農(nóng)村污水處理站設(shè)計(jì)人口為1000人，設(shè)計(jì)污水處理量為100 m3/d。為保障出水水質(zhì)及運(yùn)行穩(wěn)定，該農(nóng)村污水處理設(shè)施采用AO+MBR工藝，處理后出水水質(zhì)要求達(dá)到 GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)?；贐ioWin建立的概化模型如圖1所示。

2.2 主體工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

該工藝流程中的主要構(gòu)筑物容積和有效水深如表1所示。模擬溫度設(shè)計(jì)為20 ℃，好氧池和MBR池溶解氧預(yù)設(shè)均為2 mg/L。

圖1 AO+MBR概化模型

表1 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

3 不同進(jìn)水條件運(yùn)行模擬

通過調(diào)研該地區(qū)農(nóng)村污水水質(zhì)情況，得到該地區(qū)農(nóng)村污水COD范圍為200～300 mg/L，氨氮(NH3-N)范圍為20～30 mg/L，總氮(TN)范圍為25～35 mg/L，總磷(TP)范圍為5～7mg/L。基于以上調(diào)研數(shù)據(jù)，擬定了三組模擬污水進(jìn)水的水質(zhì)，將構(gòu)筑物參數(shù)、相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)和各組模擬污水進(jìn)水水質(zhì)輸入BioWin中，外回流比為50%，其余參數(shù)選擇軟件默認(rèn)值，進(jìn)行運(yùn)行模擬，探究不同工況下污染物的去除情況，具體模擬出水水質(zhì)如表2所示。

表2 不同進(jìn)水條件下工藝出水模擬結(jié)果 mg/L

工藝模擬結(jié)果表明， AO/MBR工藝對(duì)COD、NH3-N和SS的去除效果較好，在3種不同進(jìn)水條件下對(duì)COD的去除效率均達(dá)到91%以上，對(duì)于NH3-N去除率可達(dá)到99%以上，對(duì)固體懸浮物(SS)可達(dá)到100%去除。但當(dāng)進(jìn)水總氮超過35 mg/L時(shí)，出水TN有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。而在3種模擬進(jìn)水條件下，出水TP均無法達(dá)標(biāo)。

4 不同回流比模擬優(yōu)化

調(diào)整外回流比是現(xiàn)場(chǎng)工藝優(yōu)化最直接的操作入口[5]。在模擬進(jìn)水3的情況下，探究不同外回流比(R)對(duì)出水水質(zhì)的影響。由表3可知，出水COD和氨氮(NH3-N)受回流比影響較?。怀鏊偟?TN)隨回流比增大而減小，回流比從100%增大到300%時(shí)，出水TN從19.36 mg/L降低至17.00 mg/L，這是因?yàn)橥ㄟ^回流將硝酸鹽帶入至厭氧段進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而降低出水中TN的含量[6]；為保證出水TN穩(wěn)定達(dá)到一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)，可根據(jù)進(jìn)水波動(dòng)變化進(jìn)行調(diào)整回流比，當(dāng)進(jìn)水TN濃度高于35 mg/L時(shí)，較適宜采用膜池至厭氧池150%的外回流配比。而總磷(TP)隨回流比的增大而增大，回流比從100%增大到300%時(shí)，出水TP從4.95 mg/L至5.28 mg/L，由于脫氮對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致除磷效果變差，需要通過添加化學(xué)藥劑的方式來強(qiáng)化總磷的去除。

表3 不同外回流比條件下運(yùn)行模擬情況 mg/L

5 化學(xué)除磷模擬優(yōu)化

在模擬污水3、回流比150%情況下模擬除磷藥劑的投加量與出水TP的含量之間的關(guān)系。選用常用的除磷藥劑PAC和三氯化鐵FeCl3進(jìn)行不同投加量條件下的模擬，模擬出水結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明出水TP與除磷藥劑投加量呈線性關(guān)系，相同投加量的情況下PAC對(duì)TP去除效果更好。為使出水TP符合一級(jí) B 排放標(biāo)準(zhǔn)(<1 mg/L)，PAC投加量至少為1250 g/d。

圖2 不同除磷藥劑投加量的模擬出水TP情況

6 結(jié)論

本文采用了工藝模擬軟件BioWin對(duì)江蘇某農(nóng)村污水處理站AO+MBR工藝進(jìn)行模擬，結(jié)果表明該工藝對(duì)于農(nóng)村污水中COD、氨氮和SS去除效率較高；當(dāng)進(jìn)水TN濃度較高時(shí)需要提高外回流比實(shí)現(xiàn)出水總氮達(dá)標(biāo)；該工藝除磷效果差，需要通過加藥方式來強(qiáng)化除磷效果。