施漢昌，刁惠芳，劉恒，王玉玨，柯細勇
(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京100084)

　　摘　要：在IAWQ數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上開發(fā)出城市污水處理廠(活性污泥工藝)運行模擬、預(yù)測專家系統(tǒng)軟件，并采用實際的運行、化驗數(shù)據(jù)模擬了曝氣池的運行狀況，對曝氣池出水的COD日變化值和改變曝氣池進水條件下的出水水質(zhì)變化趨勢及運行達到穩(wěn)定所需時間進行了預(yù)測。結(jié)果表明，模擬值能夠比較好地反映污水處理廠實際運行狀況。
　　關(guān)鍵詞：活性污泥法；運行；模擬預(yù)測軟件
　　中圖分類號：X505
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)10-0061-03

1　軟件測試試驗

　?、贁?shù)據(jù)來源
　　北京地區(qū)某生活污水處理廠，采用傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝，實際處理能力為3×10⁴ m³/d。
　?、谀M、預(yù)測系統(tǒng)中的模型參數(shù)
　　模擬、預(yù)測軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是IAWQ數(shù)學(xué)模型，模型參數(shù)主要包括：工藝參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)、廢水組成參數(shù)。
　　工藝參數(shù)包括曝氣池各段和二沉池的尺寸、供氣量等，工藝參數(shù)在模擬計算過程中保持不變。動力學(xué)參數(shù)根據(jù)文獻提供的數(shù)據(jù)設(shè)定^[1～3]。
　　污水處理廠常規(guī)測定指標包括CODCr、BOD5、SS、NH3-N等，IAWQ模型中將常規(guī)指標進一步劃分為：溶解性可降解有機物質(zhì)、慢速可降解有機物質(zhì)、自養(yǎng)生物量、異養(yǎng)生物量、溶解氧、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等十三種組分作為模型的廢水組成參數(shù)，軟件系統(tǒng)則根據(jù)文獻以及試驗確定模型參數(shù)與常規(guī)指標之間的換算關(guān)系^[4]。
　　③模擬、預(yù)測試驗
　　當模型參數(shù)確定后，將實際運行數(shù)據(jù)輸入模型，預(yù)測曝氣池出水水質(zhì)指標的日變化情況；在改變進水水質(zhì)、水量下，預(yù)測系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的時間、曝氣池出水水質(zhì)的變化趨勢。

2　測試結(jié)果與討論

　?、倌M活性污泥系統(tǒng)曝氣池日出水變化趨勢
　　將2000年3月的日運行數(shù)據(jù)如水量、回流比、溶解氧、供氣量、氣水比以及曝氣池進水水質(zhì)指標等輸入模型，并以此作為模型的初始值，然后通過模擬計算，可以求得曝氣池出水COD的日變化情況。曝氣池進水COD的日變化情況見圖1。

　　曝氣池出水COD的模擬值與曝氣池進水COD值有很強的對應(yīng)性，即曝氣池出水COD值隨進水COD值的改變呈現(xiàn)規(guī)律性的變化趨勢：當前一天進水COD值出現(xiàn)低峰或波谷時，24 h后曝氣池出水COD模擬值也相應(yīng)地出現(xiàn)波峰或波谷現(xiàn)象。此外，從曝氣池出水COD的變化趨勢上也比較好地反映了曝氣池進水COD的變化情況，如1日—6日的曝氣池進水COD與模擬出水COD的變化趨勢較為一致。由以上分析可知，該數(shù)學(xué)模型COD的模擬結(jié)果直接反映了進水水質(zhì)對出水水質(zhì)的影響。曝氣池出水COD的模擬值及實際測定值的比較見圖2。

　　圖2中曝氣池出水COD的模擬值與實測值存在一定的偏差，其原因是多方面的：首先工廠化驗人員的人為測定誤差造成曝氣池出水COD的實測值不夠準確；其次，該廠每隔24 h在曝氣池進水與出水口取一次水樣，而曝氣池水力停留時間僅為8 h。在進行模擬預(yù)測時，假定24 h內(nèi)曝氣池進水、出水水質(zhì)是穩(wěn)定的，從而以第二天測得的曝氣池出水COD值代表曝氣池前一天進水經(jīng)過8 h處理后的出水COD值。但是在實際運行中，進水水質(zhì)有一定的波動，因此第二天測得的曝氣池出水COD值與曝氣池前一天進水經(jīng)過8 h處理后的出水COD值有一定的誤差。
　?、诟淖冞M水條件時，曝氣池運行達到穩(wěn)定所需時間及出水水質(zhì)的變化預(yù)測模擬1998年8月15日—10月15日兩個月內(nèi)進水條件發(fā)生改變時，活性污泥系統(tǒng)曝氣池運行達到穩(wěn)定所需時間及出水水質(zhì)變化與實測結(jié)果的對照見圖3。

　　當曝氣池進水COD改變時，通過模擬計算可知曝氣池再次達到穩(wěn)定運行所需的時間。例如，9月20日曝氣池進水COD改變后，通過模擬計算得出曝氣池在5 d后，即9月25日達到穩(wěn)定運行期。
　　由圖3可知，當曝氣池進水COD不發(fā)生大范圍的波動時，如8月20日—28日，曝氣池出水COD模擬計算值與實測出水COD值十分接近。但某些模擬計算的結(jié)果與實測結(jié)果有比較大的偏差，如8月20日模擬值超過實測值，是由于該穩(wěn)態(tài)模擬值計算起始點在8月18日，模擬計算是在假定從計算的起點至計算終點(即出水恰好達到穩(wěn)態(tài)時)的時間段內(nèi)進水條件保持不變的基礎(chǔ)上進行的，事實上從8月18日—22日，曝氣池進水COD值一直呈下降趨勢，最終導(dǎo)致模擬結(jié)果高于實際測量結(jié)果。此外，還有人為的測量誤差?？紤]到曝氣池進水COD數(shù)據(jù)并非日平均值，而是每天某個時刻的瞬時值，不能全面反映曝氣池日進水COD的變化情況，造成模擬值與測量值之間的誤差。
　　建議在進行模擬預(yù)測時，采取如下措施，避免瞬時高峰值或低谷值對預(yù)測結(jié)果的影響：①模擬預(yù)測計算時，避開瞬時的異常值，采用前一天的數(shù)據(jù)作為模擬計算的起點；②在水質(zhì)化驗中出現(xiàn)瞬間異常值時，同一天內(nèi)應(yīng)該在出現(xiàn)異常值的取樣點取多個時刻的水樣，然后取相關(guān)指標的平均值，作為模擬計算的進水數(shù)據(jù)，力求使模擬結(jié)果真實地反映實際出水結(jié)果；③水廠如果已安裝了多指標的在線監(jiān)測設(shè)備，也可以避免瞬時異常值對模擬結(jié)果的影響。

3　結(jié)論

　　采用模擬、預(yù)測專家系統(tǒng)軟件對實際污水處理廠的測試結(jié)果表明，該軟件能夠比較準確地預(yù)測出：①曝氣池出水COD的日變化情況；②改變曝氣池進水條件時的出水變化情況及達到穩(wěn)定運行所需時間。

參考文獻：

　　[1]Kappeler J,Gujer W.Estimation of Kinetic parameters of heterotrophic biomass under aerobic conditions and characterization of wastewater for activated sludge modelling[J].Wat Sci Tech,1992,25(6):125-129.
　　[2]Ekama G A,Dold P L,Marais G V R.Procedures for determining influent COD fractions and the maximum specific growth rate of heterotrophs in activated sludge systems[J].Wat Sci Tech,1986,18(8):91-114.
　　[3]Wanner,Oskar,Kappeler.Calibration of an activated　 sludge model based on human expertise and on a mathematical optimization technique a comparison,Water Science and Technology Interactions of Wastewater,Biomass and Reactor Configurations in Biological Treatment Plants Proceedings of the IAWPRC Specialised Seminar^[J].1991，25(6)：21-23.
　　[4]Daniel Mamais,David Jenkins,Paul Pitt.A rapid physical-chemical method for the determination of readily biodegradable soluble COD in municipal　 wastewater[J].Wat Res，1993，27(1)：195-197.

---

　　電 　話：(010)62785684
　　E-mail:shihch@mail.ied.ac.cn
　　收稿日期：2001-06-06