基于BioWin軟件的某農村污水處理站AO+MBR工藝模擬

趙佳恒，李 冰，田宇心，邱 勇

(1.北京科技大學 能源與環境工程學院，北京 100083；2.清華大學環境學院 環境模擬與污染控制國家聯合重點實驗室，北京 100084)

1 引言

隨著我國農村社會經濟的發展，農村生活污水處理設施的興建已成為改善農村人居環境的重要內容[1]。由于農村污水水質水量變化大，為了解在不同工況條件下農村污水處理設施對污水的處理效果，進行基于活性污泥模型的工藝模擬對其運行進行指導十分必要[2]。

目前，污水處理工藝模擬軟件BioWin在國內應用較為廣泛，它可指導新建污水廠的方案設計，現行污水廠的工藝優化以及提標改造等。李云等[3]采用BioWin軟件對北京某CASS污水廠進行診斷與模擬優化分析；杭晨等[4]基于BioWin模擬蘇州某城市污水廠的回流比、溶解氧以及排泥量等參數對出水水質的影響。本文將利用BioWin軟件對江蘇某農村污水處理站的AO+MBR工藝進行模擬，通過調整不同進水指標，優化外回流比與除磷藥劑投加量等參數，為該農村污水處理工藝的運行以及參數優化提供指導。

2 模型的建立

2.1 目標農村污水處理設施概況

該農村污水處理站設計人口為1000人，設計污水處理量為100 m3/d。為保障出水水質及運行穩定，該農村污水處理設施采用AO+MBR工藝，處理后出水水質要求達到 GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級 B 標準。基于BioWin建立的概化模型如圖1所示。

2.2 主體工藝設計參數

該工藝流程中的主要構筑物容積和有效水深如表1所示。模擬溫度設計為20 ℃，好氧池和MBR池溶解氧預設均為2 mg/L。

圖1 AO+MBR概化模型

表1 主要構筑物設計參數

3 不同進水條件運行模擬

通過調研該地區農村污水水質情況，得到該地區農村污水COD范圍為200～300 mg/L，氨氮(NH3-N)范圍為20～30 mg/L，總氮(TN)范圍為25～35 mg/L，總磷(TP)范圍為5～7mg/L。基于以上調研數據，擬定了三組模擬污水進水的水質，將構筑物參數、相關的運行參數和各組模擬污水進水水質輸入BioWin中，外回流比為50%，其余參數選擇軟件默認值，進行運行模擬，探究不同工況下污染物的去除情況，具體模擬出水水質如表2所示。

表2 不同進水條件下工藝出水模擬結果 mg/L

工藝模擬結果表明， AO/MBR工藝對COD、NH3-N和SS的去除效果較好，在3種不同進水條件下對COD的去除效率均達到91%以上，對于NH3-N去除率可達到99%以上，對固體懸浮物(SS)可達到100%去除。但當進水總氮超過35 mg/L時，出水TN有超標風險。而在3種模擬進水條件下，出水TP均無法達標。

4 不同回流比模擬優化

調整外回流比是現場工藝優化最直接的操作入口[5]。在模擬進水3的情況下，探究不同外回流比(R)對出水水質的影響。由表3可知，出水COD和氨氮(NH3-N)受回流比影響較小；出水總氮(TN)隨回流比增大而減小，回流比從100%增大到300%時，出水TN從19.36 mg/L降低至17.00 mg/L，這是因為通過回流將硝酸鹽帶入至厭氧段進行反硝化反應，從而降低出水中TN的含量[6]；為保證出水TN穩定達到一級 B 排放標準，可根據進水波動變化進行調整回流比，當進水TN濃度高于35 mg/L時，較適宜采用膜池至厭氧池150%的外回流配比。而總磷(TP)隨回流比的增大而增大，回流比從100%增大到300%時，出水TP從4.95 mg/L至5.28 mg/L，由于脫氮對碳源的競爭導致除磷效果變差，需要通過添加化學藥劑的方式來強化總磷的去除。

表3 不同外回流比條件下運行模擬情況 mg/L

5 化學除磷模擬優化

在模擬污水3、回流比150%情況下模擬除磷藥劑的投加量與出水TP的含量之間的關系。選用常用的除磷藥劑PAC和三氯化鐵FeCl3進行不同投加量條件下的模擬，模擬出水結果如圖2所示。結果表明出水TP與除磷藥劑投加量呈線性關系，相同投加量的情況下PAC對TP去除效果更好。為使出水TP符合一級 B 排放標準(<1 mg/L)，PAC投加量至少為1250 g/d。

圖2 不同除磷藥劑投加量的模擬出水TP情況

6 結論

本文采用了工藝模擬軟件BioWin對江蘇某農村污水處理站AO+MBR工藝進行模擬，結果表明該工藝對于農村污水中COD、氨氮和SS去除效率較高；當進水TN濃度較高時需要提高外回流比實現出水總氮達標；該工藝除磷效果差，需要通過加藥方式來強化除磷效果。