基于城鎮污水處理廠生化段工藝計算軟件的開發

李 鋮,唐遂蓬,錢 盛,鄧 平

(遂寧發展水務投資有限公司,四川 遂寧 629000)

0 引言

城市污水處理是城市經濟及社會發展的重要基礎。我國高度重視環境保護,不斷加大水污染的治理力度,投入大量資金建設污水處理設施,加快了城市污水的處理步伐,提高了污水收集與處理率,為環境保護及城市可持續發展奠定了堅實的基礎[1]。四川某水務公司作為市供排水一體的地方企業,運營A、B兩座城市生活污水處理廠,均采用生化處理工藝。A污水處理廠出水標準采用DB51/2311-2016,B污水處理廠出水標準采用GB18918-2002中的一級A標準。其中,生化核心系統的運行取決于活性污泥系統中的微生物,可通過各項指標參數的變化情況對工藝運行進行診斷。目前,市面上缺乏專業的污水處理工藝計算軟件,導致工作效率不高。隨著工業自動化程度的提升及計算機技術的迅速發展,開發一款針對生化處理工藝、通用的參數計算軟件具有重要的意義。

結合生化工藝主要參數及邏輯結構,計算程序開發平臺采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0版本。Visual Basic在原有Basic語言基礎上進一步發展,包含豐富的語句、函數及關鍵詞,其中很多與Windows GUI有直接關系。采用可視化的用戶界面設計功能,擁有可視化編程環境的所見即所得(WYSIWYG)功能[2],在程序界面設計及代碼編寫方面具有簡便優勢,編寫的程序主要實現工藝計算與常規計算兩個功能模塊。

1 軟件功能模塊

1.1 工藝計算模塊

在污水處理廠生化系統運行方面,Ns、SRT、HRT、SVI、SV30作為甄別生化系統運行狀況的常用指標扮演了至關重要的角色,系統運行過程中需實時掌握系統指標狀況,將其作為系統調整與優化的參考依據。根據工藝主要參數、結合實際運行過程中所需掌握及控制的主要內容確定了以下模塊,見表1。

表1 工藝計算模塊

1.2 污染物削減計算模塊

城市生活污水處理廠污染物減排工作是運行工作考核的重要任務之一,主要水質指標涉及CODcr、BOD5、NH3-N、T-P、TN 5個項目。在藥劑使用量計算中,主要針對城鎮生活污水處理廠水質處理環節中常用的碳源、NaClO、PAM三類液態藥劑的使用量進行計算,功能模塊見表2。

表2 常規計算模塊

2 開發過程

2.1 算法模型

程序編寫過程中各個模塊所需表達的具體內容各不相同,需分析待處理對象的特性及各對象之間存在的關系,使用數學語言加以描述。主要功能塊算法模型見表3。

表3 主要功能塊算法模型及含義

2.2 軟件界面

根據城鎮生活污水處理廠生化工藝重點控制項目所需的參數計算內容,對軟件界面進行優化,令操作便捷,提升了日常工作效率。

圖1 工藝指標選擇功能選項

在主界面工藝指標選擇菜單欄中集成了工藝控制中常用的10項指標,其中在污泥產生量計算選項中增加了代入污染因子計算產泥量與污泥含水率換算兩個子項。主界面的污染物削減計算菜單欄中集成了污染因子削減量計算與藥劑使用量計算。在幫助菜單欄中集成了疑難解答與關于系統兩個選項。

2.3 軟件功能

2.3.1 污泥負荷(Ns)計算

污泥負荷是指單位質量的活性污泥,在單位時間內所能承受的污染物的量。污泥負荷在微生物代謝方面的含義是F/M比值,單位kg COD/(kg污泥·d)或kgBOD5/(kg污泥·d)。污泥負荷大小是供給單位質量活性污泥營養的多少。在工藝控制過程中,Ns是分析生物反應區工作狀況的重要指標,污泥負荷大,活性污泥增長速率、有機物去除速率及氧的利用速率均高。但需結合污水處理廠的實際工藝情況對Ns進行控制,如果污泥負荷過高,則處理系統出水不易合格,由于微生物活力強,污泥不易凝聚沉降,泥水分離不好。因此,要得到良好的處理效果,應根據具體工藝進行計算,及時調控,達到適宜的污泥負荷。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

圖2 污泥負荷計算

2.3.2 污泥停留時間(SRT)計算

污泥停留時間,即污泥泥齡,指曝氣池微生物細胞的平均停留時間。在一個混合均勻的完全混合式反應區里,SRT與HRT相等。SRT在非完全混合反應區里與HRT無直接關系,在污泥密度與出水中的污泥密度基本相等的情況下,反應區體積與出水體積不變時,SRT與反應區內總懸浮固體的平均百分濃度成正比,而與出水里的總懸浮固體的平均百分濃度成反比。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

圖3 SRT計算

2.3.3 水力停留時間(HRT)計算

水力停留時間是指待處理污水在反應區內的平均停留時間,即污水與生物反應區內微生物作用的平均反應時間。通常情況下,HRT值越大,微生物在反應區相同時間內的降解就越強,因此,HRT參數可直觀反映生化系統去除污染因子的能力。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

2.3.4 碳源投加量計算

污水處理廠使用的碳源主要有CH3COONa、CH3OH、復合碳源,碳源投加的主要目的是作用于對氮的去除,碳源的投加量應以C/N的計算結果為參照。在輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

2.3.5 污泥回流比計算

污泥回流比是好氧反應區的活性污泥回流到厭氧區的量與進水流量的比值,回流比值的大小主要影響好氧區MLSS的濃度。在輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果為百分比。

2.3.6 碳氮比計算

碳氮比直接反映原水中CODcr(BOD5)與TN的比值,在正常的普通污水處理過程中,總氮的去除需要消耗有機物,這種消耗比例是通過C/N計算得出的。適當的碳氮比例,有助于微生物發酵分解,當碳氮比小于范圍值,則表示去除總氮過程中碳(有機物)不足,需要補充碳元素。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

圖4 碳氮比計算

2.3.7SVI計算

SVI表示污泥體積指數,是衡量活性污泥沉降性能的指標,能較好地反映出活性污泥的松散程度及凝聚沉降性能。SVI值過低,說明污泥活性不夠,可能是水體中營養元素缺失導致。SVI過高的污泥,說明可能發生污泥膨脹。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

2.3.8 使用SV30計算污泥回流比值

使用SV30測定比較簡單、迅速,具有很強的操作性,在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

2.3.9 污泥產生量計算

使用污染因子計算污泥產生量是較為準確的方法,代入COD或BOD均可,采用COD計算比較便捷,但是與之相比,使用BOD更為準確可靠。在對應的輸入框中輸入數據后,程序會自動計算出結果,計算結果保留兩位小數。

2.3.10 污泥含水率換算

在日常生產管理中需要對污泥含水率進行換算,故增加了污泥含水率換算功能。在輸入框中對應輸入數據就會自動進行計算,計算結果保留兩位小數。

2.3.11 污染因子削減量計算

污染因子削減量計算是在運行管理中常用的計算指標,是污水處理廠重要的考核指標之一。計算指標常用的包括BOD、COD、TP、TN、NH3-N五項,在輸入框中對應輸入數據就會自動進行計算,計算結果保留兩位小數。

圖5 污泥含水率換算

3 結束語

污水處理廠是城市重要的基礎設施,在改善水生態環境及提升城市綜合能力方面發揮著重要的作用。隨著工業自動化的飛速發展,各個領域涌現出針對多系統平臺、功能強大的專業工具軟件,開發生活污水處理廠工藝計算軟件,可簡化污水處理流程,大幅提升分析效率,應保障其穩定運行,提升出水水質。