污水处理厂运行模拟、预测软件的应用

施汉昌，刁惠芳，刘恒，王玉珏，柯细勇
(清华大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084)

　　摘　要：在IAWQ数学模型基础上开发出城市污水处理厂(活性污泥工艺)运行模拟、预测专家系统软件，并采用实际的运行、化验数据模拟了曝气池的运行状况，对曝气池出水的COD日变化值和改变曝气池进水条件下的出水水质变化趋势及运行达到稳定所需时间进行了预测。结果表明，模拟值能够比较好地反映污水处理厂实际运行状况。
　　关键词：活性污泥法；运行；模拟预测软件
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)10-0061-03

1　软件测试试验

　　①数据来源
　　北京地区某生活污水处理厂，采用传统的活性污泥处理工艺，实际处理能力为3×10⁴ m³/d。
　　②模拟、预测系统中的模型参数
　　模拟、预测软件系统的理论基础是IAWQ数学模型，模型参数主要包括：工艺参数、动力学参数、废水组成参数。
　　工艺参数包括曝气池各段和二沉池的尺寸、供气量等，工艺参数在模拟计算过程中保持不变。动力学参数根据文献提供的数据设定^[1～3]。
　　污水处理厂常规测定指标包括CODCr、BOD5、SS、NH3-N等，IAWQ模型中将常规指标进一步划分为：溶解性可降解有机物质、慢速可降解有机物质、自养生物量、异养生物量、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等十三种组分作为模型的废水组成参数，软件系统则根据文献以及试验确定模型参数与常规指标之间的换算关系^[4]。
　　③模拟、预测试验
　　当模型参数确定后，将实际运行数据输入模型，预测曝气池出水水质指标的日变化情况；在改变进水水质、水量下，预测系统达到稳态的时间、曝气池出水水质的变化趋势。

2　测试结果与讨论

　　①模拟活性污泥系统曝气池日出水变化趋势
　　将2000年3月的日运行数据如水量、回流比、溶解氧、供气量、气水比以及曝气池进水水质指标等输入模型，并以此作为模型的初始值，然后通过模拟计算，可以求得曝气池出水COD的日变化情况。曝气池进水COD的日变化情况见图1。

　　曝气池出水COD的模拟值与曝气池进水COD值有很强的对应性，即曝气池出水COD值随进水COD值的改变呈现规律性的变化趋势：当前一天进水COD值出现低峰或波谷时，24 h后曝气池出水COD模拟值也相应地出现波峰或波谷现象。此外，从曝气池出水COD的变化趋势上也比较好地反映了曝气池进水COD的变化情况，如1日—6日的曝气池进水COD与模拟出水COD的变化趋势较为一致。由以上分析可知，该数学模型COD的模拟结果直接反映了进水水质对出水水质的影响。曝气池出水COD的模拟值及实际测定值的比较见图2。

　　图2中曝气池出水COD的模拟值与实测值存在一定的偏差，其原因是多方面的：首先工厂化验人员的人为测定误差造成曝气池出水COD的实测值不够准确；其次，该厂每隔24 h在曝气池进水与出水口取一次水样，而曝气池水力停留时间仅为8 h。在进行模拟预测时，假定24 h内曝气池进水、出水水质是稳定的，从而以第二天测得的曝气池出水COD值代表曝气池前一天进水经过8 h处理后的出水COD值。但是在实际运行中，进水水质有一定的波动，因此第二天测得的曝气池出水COD值与曝气池前一天进水经过8 h处理后的出水COD值有一定的误差。
　　②改变进水条件时，曝气池运行达到稳定所需时间及出水水质的变化预测模拟1998年8月15日—10月15日两个月内进水条件发生改变时，活性污泥系统曝气池运行达到稳定所需时间及出水水质变化与实测结果的对照见图3。

　　当曝气池进水COD改变时，通过模拟计算可知曝气池再次达到稳定运行所需的时间。例如，9月20日曝气池进水COD改变后，通过模拟计算得出曝气池在5 d后，即9月25日达到稳定运行期。
　　由图3可知，当曝气池进水COD不发生大范围的波动时，如8月20日—28日，曝气池出水COD模拟计算值与实测出水COD值十分接近。但某些模拟计算的结果与实测结果有比较大的偏差，如8月20日模拟值超过实测值，是由于该稳态模拟值计算起始点在8月18日，模拟计算是在假定从计算的起点至计算终点(即出水恰好达到稳态时)的时间段内进水条件保持不变的基础上进行的，事实上从8月18日—22日，曝气池进水COD值一直呈下降趋势，最终导致模拟结果高于实际测量结果。此外，还有人为的测量误差。考虑到曝气池进水COD数据并非日平均值，而是每天某个时刻的瞬时值，不能全面反映曝气池日进水COD的变化情况，造成模拟值与测量值之间的误差。
　　建议在进行模拟预测时，采取如下措施，避免瞬时高峰值或低谷值对预测结果的影响：①模拟预测计算时，避开瞬时的异常值，采用前一天的数据作为模拟计算的起点；②在水质化验中出现瞬间异常值时，同一天内应该在出现异常值的取样点取多个时刻的水样，然后取相关指标的平均值，作为模拟计算的进水数据，力求使模拟结果真实地反映实际出水结果；③水厂如果已安装了多指标的在线监测设备，也可以避免瞬时异常值对模拟结果的影响。

3　结论

　　采用模拟、预测专家系统软件对实际污水处理厂的测试结果表明，该软件能够比较准确地预测出：①曝气池出水COD的日变化情况；②改变曝气池进水条件时的出水变化情况及达到稳定运行所需时间。

参考文献：

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　　收稿日期：2001-06-06