基于城镇污水处理厂生化段工艺计算软件的开发

2023-08-11唐遂蓬

黑龙江科学 2023年12期

李铖,唐遂蓬,钱盛,邓平

(遂宁发展水务投资有限公司,四川遂宁 629000)

0 引言

城市污水处理是城市经济及社会发展的重要基础。我国高度重视环境保护,不断加大水污染的治理力度,投入大量资金建设污水处理设施,加快了城市污水的处理步伐,提高了污水收集与处理率,为环境保护及城市可持续发展奠定了坚实的基础[1]。四川某水务公司作为市供排水一体的地方企业,运营A、B两座城市生活污水处理厂,均采用生化处理工艺。A污水处理厂出水标准采用DB51/2311-2016,B污水处理厂出水标准采用GB18918-2002中的一级A标准。其中,生化核心系统的运行取决于活性污泥系统中的微生物,可通过各项指标参数的变化情况对工艺运行进行诊断。目前,市面上缺乏专业的污水处理工艺计算软件,导致工作效率不高。随着工业自动化程度的提升及计算机技术的迅速发展,开发一款针对生化处理工艺、通用的参数计算软件具有重要的意义。

结合生化工艺主要参数及逻辑结构,计算程序开发平台采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0版本。Visual Basic在原有Basic语言基础上进一步发展,包含丰富的语句、函数及关键词,其中很多与Windows GUI有直接关系。采用可视化的用户界面设计功能,拥有可视化编程环境的所见即所得(WYSIWYG)功能[2],在程序界面设计及代码编写方面具有简便优势,编写的程序主要实现工艺计算与常规计算两个功能模块。

1 软件功能模块

1.1 工艺计算模块

在污水处理厂生化系统运行方面,Ns、SRT、HRT、SVI、SV30作为甄别生化系统运行状况的常用指标扮演了至关重要的角色,系统运行过程中需实时掌握系统指标状况,将其作为系统调整与优化的参考依据。根据工艺主要参数、结合实际运行过程中所需掌握及控制的主要内容确定了以下模块,见表1。

表1 工艺计算模块

1.2 污染物削减计算模块

城市生活污水处理厂污染物减排工作是运行工作考核的重要任务之一,主要水质指标涉及CODcr、BOD5、NH3-N、T-P、TN 5个项目。在药剂使用量计算中,主要针对城镇生活污水处理厂水质处理环节中常用的碳源、NaClO、PAM三类液态药剂的使用量进行计算,功能模块见表2。

表2 常规计算模块

2 开发过程

2.1 算法模型

程序编写过程中各个模块所需表达的具体内容各不相同,需分析待处理对象的特性及各对象之间存在的关系,使用数学语言加以描述。主要功能块算法模型见表3。

表3 主要功能块算法模型及含义

2.2 软件界面

根据城镇生活污水处理厂生化工艺重点控制项目所需的参数计算内容,对软件界面进行优化,令操作便捷,提升了日常工作效率。

图1 工艺指标选择功能选项

在主界面工艺指标选择菜单栏中集成了工艺控制中常用的10项指标,其中在污泥产生量计算选项中增加了代入污染因子计算产泥量与污泥含水率换算两个子项。主界面的污染物削减计算菜单栏中集成了污染因子削减量计算与药剂使用量计算。在帮助菜单栏中集成了疑难解答与关于系统两个选项。

2.3 软件功能

2.3.1 污泥负荷(Ns)计算

污泥负荷是指单位质量的活性污泥,在单位时间内所能承受的污染物的量。污泥负荷在微生物代谢方面的含义是F/M比值,单位kg COD/(kg污泥·d)或kgBOD5/(kg污泥·d)。污泥负荷大小是供给单位质量活性污泥营养的多少。在工艺控制过程中,Ns是分析生物反应区工作状况的重要指标,污泥负荷大,活性污泥增长速率、有机物去除速率及氧的利用速率均高。但需结合污水处理厂的实际工艺情况对Ns进行控制,如果污泥负荷过高,则处理系统出水不易合格,由于微生物活力强,污泥不易凝聚沉降,泥水分离不好。因此,要得到良好的处理效果,应根据具体工艺进行计算,及时调控,达到适宜的污泥负荷。在对应的输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果保留两位小数。

图2 污泥负荷计算

2.3.2 污泥停留时间(SRT)计算

污泥停留时间,即污泥泥龄,指曝气池微生物细胞的平均停留时间。在一个混合均匀的完全混合式反应区里,SRT与HRT相等。SRT在非完全混合反应区里与HRT无直接关系,在污泥密度与出水中的污泥密度基本相等的情况下,反应区体积与出水体积不变时,SRT与反应区内总悬浮固体的平均百分浓度成正比,而与出水里的总悬浮固体的平均百分浓度成反比。在对应的输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果保留两位小数。

图3 SRT计算

2.3.3 水力停留时间(HRT)计算

水力停留时间是指待处理污水在反应区内的平均停留时间,即污水与生物反应区内微生物作用的平均反应时间。通常情况下,HRT值越大,微生物在反应区相同时间内的降解就越强,因此,HRT参数可直观反映生化系统去除污染因子的能力。在对应的输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果保留两位小数。

2.3.4 碳源投加量计算

污水处理厂使用的碳源主要有CH3COONa、CH3OH、复合碳源,碳源投加的主要目的是作用于对氮的去除,碳源的投加量应以C/N的计算结果为参照。在输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果保留两位小数。

2.3.5 污泥回流比计算

污泥回流比是好氧反应区的活性污泥回流到厌氧区的量与进水流量的比值,回流比值的大小主要影响好氧区MLSS的浓度。在输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果为百分比。

2.3.6 碳氮比计算

碳氮比直接反映原水中CODcr(BOD5)与TN的比值,在正常的普通污水处理过程中,总氮的去除需要消耗有机物,这种消耗比例是通过C/N计算得出的。适当的碳氮比例,有助于微生物发酵分解,当碳氮比小于范围值,则表示去除总氮过程中碳(有机物)不足,需要补充碳元素。在对应的输入框中输入数据后,程序会自动计算出结果,计算结果保留两位小数。