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夏季运行过程中,主反应区初始COD浓度较高,随着进水时期曝气的进行,COD浓度下降较快,但氨氮浓度有所上升。当COD下降到18 mgL-1左右时,氨氮开始迅速下降,硝酸盐浓度逐渐上升。但总氮浓度基本不变。这主要是由于周期运行策略导致,进水过程中直接曝气,使得主反应区没有反硝脱氮阶段,使得最后总氮出水不达标。
通过对张家口万全污水处理厂全年进出水水质、水量变化特征进行综合分析,主要得出以下结论:
水量、水质波动大。全年进水波动较大,夏季水量较大,冬季水量相对较低;全年水质指标变化相对较大,夏季各污染物浓度明显低于春、秋、冬,但冬季各污染物指标相对较高;
进水可生化性较好,碳源充足。目前碳源利用不够合理,需要合理化利用碳源,以满足反硝化脱氮过程,有潜力通过操作参数调控、无外加碳源,来实现污水厂总氮的达标排放;
污水厂当前的运行模式,出水可满足COD、NH4+-N的一级A达标排放,但总氮去除率较低,不能满足排放标准;
工艺操作有待进一步优化。CASS全流程分析结果表明,尽管设置了缺氧区,回流、溢流设施与设备先天性不足,造成缺氧区面积小,水力停留时间短;同时好氧区产生的硝酸盐无法大量回流至缺氧区,造成缺氧区COD无法进行有效去除。无论是在冬季还是夏季,缺氧区出水COD浓度较高,在后续的好氧曝气中,COD 占用了大量曝气能耗,同时还严重挤占好氧池硝化反应所需的水力停留时间。
模型建立及组分特征参数
通过GPS-X软件对CASS工艺进行模型建立,并利用呼吸速率法测定夏季和冬季进水COD组分。
模型校准与验证
对模型参数进行灵敏度分析,调整影响模型模拟结果的关键动力学参数和化学计量系数。
1)影响出水COD,NH4+-N和TN的最显著参数(绝对值):夏季的前三个参数分别为kh > μH,max > KS, KO,H >μA,max > kh, kh >μH,max > KS;2)冬季为kh > KX > KNH; kh > KS > bA; KS > KX >μH,max。
2)参数kh, μH,max, KS, KO,H和μA,max在污水处理厂CASS工艺ASM1模型建立过程中在夏季影响最大,而参数kh, KX, KNH, KS, bA, μH,max在冬季影响最大。由于参数fP对夏季和冬季的两个季节几乎没有影响,因此将默认值用于模型校准。之后,选择上述16个参数以进一步校准和验证CASS系统中应用的ASM1模型。
污水处理厂CASS工艺不同季节模型动态模拟、验证、优化结果(a)夏季;(b)冬季
模型优化
通过对现有水厂设备、工况,结合回流比、体积比、排水比的模拟结果,可以看出不可能实现总氮达标排放;因此提出利用主反应区进行反硝化,充分利用进水碳源。
通过对夏季四种、冬季三种运行策略进行模拟,发现夏季的方案3,冬季的方案6,可以使出水水质满足一级A排放标准
流态优化
ASM模型假定生物反应器内为CSTR全混状态,但很多实际水厂在运行过程中由于设计经验不足导致水流存在短流或者死区现象。因此,良好的混合状态,可以充分增加活性污泥与污染物的混合程度,提高反应系统的有效容积利用率。通过计算流体力学对改造前污水处理厂的流态进行模拟,并对改造方案中在主反应区增加搅拌的布置方式、安装角度等,进行了对比优化,其中主反应区搅拌器型号如表所示。
通过计算流体力学,主要对搅拌器的两种安装位置进行了模拟,一种是主反应区两侧各装两个搅拌器,倾角45°,另一种是四个搅拌器安装在同一侧,角度分别为60°、45°、30°和90°。计算流体力学模拟反应器安装搅拌前后内部速度场分布情况如图所示。
结果表明:传统搅拌器安装在两侧,尽管可以使流态混合均匀,但局部流速过大,不利于缺氧反硝化,并且过大的水力湍流对搅拌机的损耗过大;同侧安装,可以使反应体系内部流态混合更均匀,且流速更有利于反硝化进行。
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