基于BioWin软件的某农村污水处理站AO+MBR工艺模拟
2021-04-17赵佳恒田宇心
赵佳恒,李 冰,田宇心,邱 勇
(1.北京科技大学 能源与环境工程学院,北京 100083;2.清华大学环境学院 环境模拟与污染控制国家联合重点实验室,北京 100084)
1 引言
随着我国农村社会经济的发展,农村生活污水处理设施的兴建已成为改善农村人居环境的重要内容[1]。由于农村污水水质水量变化大,为了解在不同工况条件下农村污水处理设施对污水的处理效果,进行基于活性污泥模型的工艺模拟对其运行进行指导十分必要[2]。
目前,污水处理工艺模拟软件BioWin在国内应用较为广泛,它可指导新建污水厂的方案设计,现行污水厂的工艺优化以及提标改造等。李云等[3]采用BioWin软件对北京某CASS污水厂进行诊断与模拟优化分析;杭晨等[4]基于BioWin模拟苏州某城市污水厂的回流比、溶解氧以及排泥量等参数对出水水质的影响。本文将利用BioWin软件对江苏某农村污水处理站的AO+MBR工艺进行模拟,通过调整不同进水指标,优化外回流比与除磷药剂投加量等参数,为该农村污水处理工艺的运行以及参数优化提供指导。
2 模型的建立
2.1 目标农村污水处理设施概况
该农村污水处理站设计人口为1000人,设计污水处理量为100 m3/d。为保障出水水质及运行稳定,该农村污水处理设施采用AO+MBR工艺,处理后出水水质要求达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 B 标准。基于BioWin建立的概化模型如图1所示。
2.2 主体工艺设计参数
该工艺流程中的主要构筑物容积和有效水深如表1所示。模拟温度设计为20 ℃,好氧池和MBR池溶解氧预设均为2 mg/L。
图1 AO+MBR概化模型
表1 主要构筑物设计参数
3 不同进水条件运行模拟
通过调研该地区农村污水水质情况,得到该地区农村污水COD范围为200~300 mg/L,氨氮(NH3-N)范围为20~30 mg/L,总氮(TN)范围为25~35 mg/L,总磷(TP)范围为5~7mg/L。基于以上调研数据,拟定了三组模拟污水进水的水质,将构筑物参数、相关的运行参数和各组模拟污水进水水质输入BioWin中,外回流比为50%,其余参数选择软件默认值,进行运行模拟,探究不同工况下污染物的去除情况,具体模拟出水水质如表2所示。
表2 不同进水条件下工艺出水模拟结果 mg/L
工艺模拟结果表明, AO/MBR工艺对COD、NH3-N和SS的去除效果较好,在3种不同进水条件下对COD的去除效率均达到91%以上,对于NH3-N去除率可达到99%以上,对固体悬浮物(SS)可达到100%去除。但当进水总氮超过35 mg/L时,出水TN有超标风险。而在3种模拟进水条件下,出水TP均无法达标。
4 不同回流比模拟优化
调整外回流比是现场工艺优化最直接的操作入口[5]。在模拟进水3的情况下,探究不同外回流比(R)对出水水质的影响。由表3可知,出水COD和氨氮(NH3-N)受回流比影响较小;出水总氮(TN)随回流比增大而减小,回流比从100%增大到300%时,出水TN从19.36 mg/L降低至17.00 mg/L,这是因为通过回流将硝酸盐带入至厌氧段进行反硝化反应,从而降低出水中TN的含量[6];为保证出水TN稳定达到一级 B 排放标准,可根据进水波动变化进行调整回流比,当进水TN浓度高于35 mg/L时,较适宜采用膜池至厌氧池150%的外回流配比。而总磷(TP)随回流比的增大而增大,回流比从100%增大到300%时,出水TP从4.95 mg/L至5.28 mg/L,由于脱氮对碳源的竞争导致除磷效果变差,需要通过添加化学药剂的方式来强化总磷的去除。
表3 不同外回流比条件下运行模拟情况 mg/L
5 化学除磷模拟优化
在模拟污水3、回流比150%情况下模拟除磷药剂的投加量与出水TP的含量之间的关系。选用常用的除磷药剂PAC和三氯化铁FeCl3进行不同投加量条件下的模拟,模拟出水结果如图2所示。结果表明出水TP与除磷药剂投加量呈线性关系,相同投加量的情况下PAC对TP去除效果更好。为使出水TP符合一级 B 排放标准(<1 mg/L),PAC投加量至少为1250 g/d。
图2 不同除磷药剂投加量的模拟出水TP情况
6 结论
本文采用了工艺模拟软件BioWin对江苏某农村污水处理站AO+MBR工艺进行模拟,结果表明该工艺对于农村污水中COD、氨氮和SS去除效率较高;当进水TN浓度较高时需要提高外回流比实现出水总氮达标;该工艺除磷效果差,需要通过加药方式来强化除磷效果。