武汉某焦化废水处理厂生化段工艺模型搭建项目介绍

摘要：武汉某焦化废水处理厂预处理及生化处理系统设计规模为120 m³/h，生化处理系统采用的工艺为三级AO工艺。本项目利用WEST对污水处理厂生化系统进行建模，模拟生化段出水水质情况，分析了污水处理厂不同AO段的运行情况，利用软件中的参数估计和预案分析功能提出了优化方案，模型预测实施该方案后废水处理厂的药耗和电耗可以降低20%。

一、项目背景

背景

随着我国焦化行业的发展，焦化废水的排放量显著增加。2011—2019年我国每年焦化废水产量约为3.1亿m³。含有大量污染物的焦化废水一旦被排入水体中，将会使受纳水体发臭、富营养化，造成植被枯萎、土壤盐碱化等问题，一些毒性较强的污染物还会使动植物大量死亡，严重威胁生态环境和人类健康。为此国家制定GB 16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》并严格实施。

而且污水处理厂在运行期间，会受到很多干扰，需要通过提前预测来提供相应的应急解决方案。再者，污水厂在实际运行中，虽然有大量的数据，但用于指导实际运行的量化的指示有限，污水厂的运行管理者往往依赖经验和直觉来调整相关操作参数。

焦化废水是一类典型的高浓度、高污染、有毒、难降解的工业有机废水，成分极其复杂，十分难处理，且其中部分污染物对于一些生化过程有抑制作用，所以在进行模拟之前，要先对进水水质成分特性和各级AO工艺的污染物去除情况进行全面的分析，并根据工艺的运行情况调整相关参数，才能保证模拟的准确性。

该焦化废水处理厂预处理及生化处理系统设计规模为120 m³/h，生化段进水以蒸氨废水为主。生化处理系统采用的工艺为三级AO工艺，该工艺具有强化总氮去除的功能，但生化段进水中COD和含氮污染物浓度很高，仍有超出设计进水浓度的情况。同时，相比于COD的去除率，氨氮和总氮的去除率相对较低，而且出水浓度不稳定，与生化段设计出水浓度相差较大。

目前，该焦化废水处理厂存在处理达标不稳定、工艺运行成本高等问题，可以通过建立机理模型，对生化段的工艺运行方案进行比选，保证生化段工艺稳定达标运行。

二、DHI中国的解决方案

本项目基于焦化废水处理厂生化处理工艺的设计参数、进出水监测数据和运行方案，结合焦化废水水质特点，利用WEST软件针对生化段工艺建立了建立小试及中试的数值模拟及仿真离线模型——ASM3活性污泥模型，通过确定模型所需的进水组分分解模型、化学计量学参数、生物动力学参数等，模拟了生化段出水水质情况（包括COD、氨氮、TSS、TN），采用稳定运行的数据对模型参数进行了率定，并用30天的数据进行了模型验证。

如何节省运行成本？

WEST可以通过传感器和控制器进行过程评价（运行成本）、控制策略模拟（DO、污泥回流比）以及预案分析，从而获得最优出水水质及最省运行费用下的工艺参数。

DHI中国针对该焦化废水厂的三级AO工艺，通过调整好氧池DO、混合液回流比、污泥回流量以及碳源投加量，提出了运行优化方案。在WEST中可以通过将反应池池容之和以及出水中污染物的浓度设为目标函数，在保证出水水质的同时实现池容的优化，最终节省污水处理厂的建设成本。

如何模拟突发状况？

为了研究进水水量、水质的突变对于处理效果的影响，分别在模型进水文件中设置了一段进水水量和水质中设置了突增的情况。

1.   进水水量突增对处理效果的影响

2.   进水水质突增对处理效果的影响

3.   水质水量冲击对微生物生长的影响

三、成果

* 对于模型影响较大的微生物动力学参数有：自养菌最大比生长速率、自养菌内源呼吸速率、异养菌最大比生长速率、异养菌内源呼吸速率等。

* 通过软件的参数估计和预案分析功能，得出了最优运行方案，分别提出了针对三级好氧池DO控制值、污泥回流量、硝化液回流比、碳源投加量等控制参数的运行建议。

* 模型预计采用以上控制方案后，生化段吨水处理电耗和药耗可降低20.43%。

* 给出面对突发事故时候的应急预案，提出最好能够充分调动预处理段的调节池等，控制生化段的进水水量和进水负荷，保证生化系统能够稳定运行。

四、项目亮点

五、软件应用

WEST