一种污水处理厂二沉池的优化设计方法

摘要

本发明提出了一种污水处理厂二沉池的优化设计方法。结合二沉池的初步设计参数值应用SCMT2G模型构建二沉池预测计算模块，结合污水处理厂其他生化反应单元的预测计算模块，进行设计进水水质下的预测分析，比较设计出水水质进行二沉池设计参数值的调整与优化，确定出合理的二沉池设计参数值。与传统设计法相比，本发明使污水厂的各项设计参数取值适当，能够描述与分析二沉池的反硝化情况，从而优化二沉池各部分设计参数的取值与计算，使系统的设计结果直观明了，有效化整个活性污泥处理工艺的设计与运行，适用于污水处理厂二沉池的的设计优化与运行管理。

主权项

1.一种污水处理厂二沉池的优化设计方法，其特征在于包括：二沉池模型SCMT2G构建、根据约束条件编制优化模型的程序并求解；具体步骤如下： (1)二沉池模型SCMT2G构建： SCMT2G模型假设二沉池是中心进水，把二沉池由上至下分为n层；第一层为二沉池的出水层；第5层为二沉池的进水层，也即从反应池流过来的混合液进入层，第n层为底层，这一层以沉降作用为主，污泥浓度值达到最大值，相当于实际二沉池中泥斗的最底层部分；二沉池结构示意图如图1所示。 模型中，假设同一层中，污泥浓度X值处处相同，而且每一层都达到物料平衡；由此得到关系式式1： 单位时间内任一层的污泥质量 (式中，Xi、zi、Ai分别为二沉池中第i层的浓度、高度与面积。) 考虑顶层进水口、出水口与底部出水口这些边界条件，综合式1、固体通量理论(把二沉池中的固体通量分为二部分：污泥颗粒自身重力引起沉降而产生的通量与水体的流动产生的通量)与进水浓度X_in、进水流量Qi的计算关系式，设二沉池的出水流量为Qe，排泥量Qw，回流量Qr，则进水量Qi=Qe+Qw+Qr，这些关系式，得到二沉池每一层的污泥浓度方程式，分别如下： 顶层（出水层，也即第1层）的污泥浓度方程式为式2； (式2)进水口以上的任一层（第i层，1<i<k,k为进水口这一层，一般k=n/2，）中，污泥浓度计算方程式如式3所示； (式3)进水层（第k层，2<k<n-1）中的污泥浓度方程式为式4； (式4)进水层以下底层以上的层（第m层，k<m<n）中的污泥浓度方程式为式5所示； (式5)考虑模型表达式过于复杂或有多重循环计算时，易导致模拟计算出现死循环问题，根据以上模型的特点，对二沉池进行一定的假设；假设底层以上各层中因污泥浓度相对较小，可以忽略反硝化的作用，仍以对流流动产生的通量为主；二沉池的底层则因污泥沉降浓缩，氧气浓度几乎为零，同时又存在一定浓度的好氧池出水带入的硝酸盐氮，因此，这一层中，极易形成缺氧条件，二沉池的反硝化作用集中在此发生；由于系统中，二沉池的底泥大部分被回流到前面的反应池中，整个污泥系统是相互作用的，因此，除对流沉降特性外，二沉池底层中污泥的反 应特性应该与前面反应系统相同，既其反应机理相同，也即反应的机理模型相同。在最后一层――底层（第n层,通常n=10）中，综合描述二沉池活性污泥的脱氮除磷机理模型与二沉池的底层沉降模型，得到底层的浓度计算式为式6所示； (式6)式中： V－为底层的体积；Q_n-1—为倒数第2层的出水流量；Q_n—为底层的出水流量； 式2、式3、式4、式5与式6即为二沉池一维生化沉降动态机理模型SCMT2G的机理；根据这一机理，可以模拟二沉池过程中所出现的程度不同的缺氧反应；在这些污泥浓度计算方程式中， Φ_up－为污泥固体颗粒因水流上升而产生的通量，这里，Φ_up,i＝Q_eX_i/A_i； Φ_dn－为污泥固体颗粒因水流下降而产生的通量，这里，Φ_dn,i=（Q_w+Q_r）X_i/A_i； Φ_s－为污泥固体颗粒因自重而产生的通量，这里，Φ_s,i=X_iV_s； V_s－为污泥固体颗粒的重力沉降速率； 这里： (式7)X_min=f_ns*X_in(式8)其中，v₀为最大理论沉降速率，推荐值为474m/d； v₀′为最大实际沉降速率，推荐值为250m/d； r_h为阻止沉降的沉降参数，推荐值为0.576L/g； r_p为低浓度时的沉降参数，推荐值为2.86L/g； f_ns为悬浮固体中不可沉降部分所占的比值，推荐值为0.00228； (2)优化设计模块的构建与求解： 编制全厂生化平台主体WWTP模块并求解，步骤如下： 第一步，建立WWTP模块； ①建立SCTM2G的模块程序SCM； ②输入污水处理厂其它生化反应的模块程序ASP； ③连接构建出全厂生化平台主体WWTP模块； 第二步，输入初始值并初步运算； ①输入进水（实际或设计）水质水量数据； ②输入污水厂生化处理工艺包括二沉池的各初步设计参数值； ③运行计算，得出初步设计参数值下的二沉池出水水质； 第三步，优化并确定最终二沉池设计参数值； ①比较初步设计的出水水质与达标要求水质，不达标或设计参数取值过大则调整二沉池设计参数值； ②分析比较调整后的水质结果，直到得到最优设计结果； ③确定出最终二沉池设计参数值。