苏州福星污水厂综合改造工程设计工艺可行性分析及生物智能优化控制系统方案设计

论文导读：倒置A/A/O工艺（见图2）克服了传统A/A/O工艺回流硝酸盐对厌氧池释磷的影响。应用国际上成熟的污水处理厂生物智能优化控制系统。福星污水处理厂原有一期工程无法满足一级A排放标准。生物智能优化控制系统，苏州福星污水厂综合改造工程设计工艺可行性分析及生物智能优化控制系统方案设计。
关键词：倒置A/A/O工艺，一级A排放标准，BioWin工艺模型，生物智能优化控制系统，节能降耗
 

苏州市中心城区福星污水处理厂一期规模8万m3/d，于2002年12月31日建成投运，采用交替式一体化工艺，执行GB8978-1996二级排放标准（见表1）[1]。为了有效控制太湖流域水环境的藻类繁殖，改善区域内河和太湖流域的水环境状况，需削减排入太湖的有机污染物和营养盐负荷。福星污水厂需严格执行《太湖流域城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》DB32/1072-2007标准，出水排放要求达到一级A标准，尤其对TN和TP排放有了明确的限制。

福星污水厂一期工程交替式反应池设计时并不具备较好的脱氮除磷功能，同时一期工程采用表曝模式运行，浮渣飞沫比较严重，因考虑地处苏州市中心需进行加盖除臭工程，一期工程交替式反应池必须先改造成底部曝气模式，但4m有效水深采用底部曝气充氧效率较低，改造后的优势并不明显。另外，一期工程建成至今已经近10年，设备设施老化现象严重、故障率较高，直接加盖后维修保养困难，因而建议拆除现有一期工程交替式反应池后按照国标一级A标准建设一体化反应池并同步考虑加盖除臭。

表1福星厂原有一期进出水水质（2004.4-2008.12）（单位：mg/L）

Table 1 Influent and effluentquality of original PhaseⅠ project of Fuxing WWTP(2004.4-2008.12)

从福星污水处理厂历史进水数据看（见图1），水量波动较大，由建设初期的不足4万m3/d激增到2007年的年平均9万m3/d，高峰流量月平均已经超过11万m3/d，给福星厂处理工艺的运行带来了很大的冲击，不能够实现稳定达到出水标准。为确保改造后设计工艺出水能稳定达到一级A标准，最大限度地发挥其环境效益，在前期研究工作的基础上，对福星厂改造工艺设计中如何减小进水负荷波动对工艺的影响、如何实现工艺稳定运行的动态控制、以及基于工艺优化和动态控制的节能降耗技术等问题进行了讨论和分析，福星厂改造工艺设计、改造方案提供了新的方法和思路。

图1福星厂一期工程月平均处理水量（单位：m3/d）

Fig.1 Monthly average influentof Phase Ⅰproject of Fuxing WWTP

1新建工程工艺设计

污水处理工艺多种多样，在确定污水处理方案方时需选用高效先进、技术可靠、管理方便、造价经济、有丰富的管理运行经验的处理工艺。本工程设计进出水水质如表2所示，在太湖流域，为了实现满足严格的DB32/1072-2007排放标准，污水处理工艺必须实现有效的脱氮除磷。采用BOD5/CODcr和BOD5/TP比值分析污水成分，结果表明实际进水水质BOD5/CODcr为0.42，可生化性好，属于易生物降解范畴[2]；较高的BOD5负荷可以取得较好的除磷效果，进行生物除磷的底限BOD5/TP为20[3]，本工程该比值是43.2，可以采用生物除磷工艺。根据以上分析，本污水处理厂可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理。

表2新建工程设计进出水水质

Table 2 Design influent andeffluent in newlyconstructed project

*括弧内为温度低于12℃ 的情况。

生物脱氮除磷工艺，一般都包含独立的好氧区、缺氧区和厌氧区，以强化对污水中氨氮、硝酸盐和磷的去除。目前在国内使用较多的，无外乎A/A/O、倒置A/A/O、一体化反应池及生物膜法等几种工艺。其中，倒置A/A/O工艺在达到较好的脱氮水平、运行管理方面具有很多成功的经验，国内有很多按照一级B标准设计的倒置A/A/O工艺，实际运行能够达到或接近一级A标准（除磷脱氮）[4]。

倒置A/A/O工艺（见图2）克服了传统A/A/O工艺回流硝酸盐对厌氧池释磷的影响，将缺氧池置于厌氧池前面，来自二沉池的回流污泥和30~50%的进水，50~150%的混合液回流均进入缺氧段，回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氮，再进入厌氧段，保证厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥浓度比好氧段高出50%，提高单位池容的反硝化速率。论文大全，生物智能优化控制系统。同时根据不同进水水质、不同季节及生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，有效保证反硝化作用和除磷效果。

图2倒置A/A/O工艺流程图

Fig.2 Flow chart of inversion A/A/Oprocess

2 新建工程工艺模型构建及模拟分析

2.1 模拟分析目标

以BioWin软件为平台[5]，搭建了符合福星污水厂一期工程倒置A/A/O工艺的虚拟污水厂模型，定义该水厂的物理特性。论文大全，生物智能优化控制系统。模拟分析的目标是利用模拟分析技术评价所设计的倒置A/A/O工艺污水处理厂是否满足设计的要求：分析确定所设计的倒置A/A/O工艺以及在不同溶氧浓度、IRQ和不同温度条件下是否满足出水设计要求。

2.2 模拟分析模型的建立

① 建立污水处理厂的工艺流程图（见图3）。由进水、初沉池、1个缺氧区、1个厌氧区、4个好氧区、二沉池、2个排泥泵、3个水流分离器、1个水流汇合器和出流排放单元组成。

②定义物理构建物参数。论文大全，生物智能优化控制系统。根据相关设计文字和图纸，给出正确的构建物尺寸大小，比如初沉池、缺氧区、厌氧区、好氧区、二沉池等。

③模型的校正。校正的目标是使系统的性能数据集与模型预测值之间的误差最小，模型的校正所要求的数据通常分为：确定模拟分析所要求的运行数据，包括污水流量、泥龄、温度、排泥量、进水分配比例；污水特征数据（基本的水质参数）为已知；化学计量参数、动力学参数采用模型中的建议值。模型的校正是模拟分析中的关键一步，模拟结果的可靠性取决于模型的校正。

图3BioWin模型建立的虚拟污水厂

Fig.3 Virtual wastewatertreatment plant by BioWin model

2.3 模拟结果

苏州福星污水厂模型模拟的前提条件是：进水水质采用设计进水数据，进水流量为6万m3/d；初沉池SS去除率为65%；进水分配比例为50%（即进入缺氧区和厌氧区的流量为1：1）；生物池总体积为45360m3，缺氧：厌氧：好氧体积比分别为4：3：8，其中好氧区平均分为4个监测区域；外回流比为100%。

按照模拟分析的目标，确定模拟方案，即2个不同的温度条件、2个不同的内回流比和2种不同的溶氧浓度构成8种不同的模拟方案：①温度为12℃，内回流100%，溶氧2mg/L；②温度为12℃，内回流100%，溶氧1mg/L；③温度为12℃，内回流200%，溶氧2mg/L；④温度为12℃，内回流200%，溶氧1mg/L；⑤温度为20℃，内回流100%，溶氧2mg/L；⑥温度为20℃，内回流100%，溶氧1mg/L；⑦温度为20℃，内回流200%，溶氧2mg/L；⑧温度为20℃，内回流200%，溶氧1mg/L。

从表3分析可知：1）无论在12℃还是20℃条件下，摘要求。

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