污水处理工艺在利用传统设计方法进行设计计算时,设计参数取值范围较大,根据经验取值往往过于保守,这样设计的结果直接导致污水处理厂基建费用和后期运行成本的增加,造成不必要的浪费^[1]。采用仿真模拟技术可以有效解决上述问题^[2]。本文详细描述了以仿真模拟技术对山东某污水处理厂升级改造方案的参数优化与方案比选过程。

　　 山东某污水处理厂现状处理规模8万m³/d,主要污水处理工艺采用氧化沟工艺,此次升级改造,将使出水水质从一级B标准提升为一级A标准。按照现状工艺运行参数,利用WEST软件为平台,采用国际水协ASM2D模型^[3],建立仿真模型,模型如图1所示。

　　 仿真模拟技术的应用中,模型校正是最为关键的步骤^[4]。通过调整模型参数,使模型计算得出的模拟值与实测值尽可能吻合,从而保证仿真模型能够真实地反映实际过程。根据污水处理厂提供2011年1月~2012年12月2年之间的实际进出水水质水量数据资料,分别对影响较大的部分动力学及化学计量参数、进水水质组分转换参数、二沉池模型参数进行调整,调整前后的参数值见表1~表3,调整后的出水水质模拟值如图2所示。从图2中可以看出,模拟值与实测值已基本吻合,现状工艺模型建立成功。

　　 改造方案一的设计思路为:新建一座缺氧池,串联在现有前置厌氧区的氧化沟前面,将现有生物处理系统按倒置A²/O工艺运行。改造方案二的设计思路为:将现状氧化沟工艺改造为多段多级A/O除磷脱氮工艺^[5]。分别按照上述设计思路,建立仿真模型,模型参数采用现状工艺仿真模型校正后的参数,进水数据采用2011年1月~2012年12月2年之间的实际进水水质水量数据,模型分别见图3和图4。

　　 改造方案一和改造方案二的参数设置及优化结果分别见表4和表5。其中,水力停留时间、进水分配比例的参数优化目标为出水COD、NH₃-N、TN和TP浓度的加权平均值达到最低;分级数的参数优化目标为出水COD、NH₃-N、TN浓度达标时的最小分级数;污泥回流比与剩余污泥排放量的参数优化目标为满足二沉池固体负荷时出水水质最佳。

　　 改造方案一新建缺氧池的水力停留时间为4h,原氧化沟工艺水力停留时间为16.1h,则总水力停留时间为20.1h。改造方案二没有新建生物池,利用原氧化沟工艺进行改造,总水力停留时间仍为16.1h。

　　 与改造方案一相比,改造方案二的总水力停留时间较低,则相应的基建投资也较低。

　　 按照最优设计参数,预测2个改造方案改造后的出水水质平均值,见表6。可以看出,与改造方案一相比,改造方案二的各污染物出水浓度较低。

　　 两种改造方案的运行成本模拟结果见表7。改造方案一的新建缺氧区采用多段多级水力混合搅拌系统,而改造方案二是在原有氧化沟的基础上进行的局部改造,因此两个方案的搅拌器和外回流泵的运行费用相同;改造方案二取消了内回流,因此内回流泵的运行费用为0。总体来说,改造方案二的总运行费用明显低于改造方案一。

　　 综上,与改造方案一相比,改造方案二的总水力停留时间较低,出水水质较好,总运行费用较低,因此本工程的推荐工艺方案为改造方案二。

　　 (1)按照污水处理厂现有工艺及其运行参数,利用WEST软件建立现状工艺仿真模型;分别对影响较大的部分动力学及化学计量参数、进水水质组分转换参数、二沉池模型参数进行调整,校正后的模型可准确快捷地反映出污水处理厂的实际运行效果。

　　 (2)在现状工艺仿真模型的基础上,分别为提出的两种不同升级改造方案建立模型,并对改造方案的设计参数进行模拟优化。对于优化后的两种升级改造方案,通过比较总水力停留时间、出水水质和运行费用,从而得出推荐升级改造方案———多段多级A/O除磷脱氮工艺。