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

　　摘　要：在IAWQ數學模型基礎上開發出城市污水處理廠(活性污泥工藝)運行模擬、預測專家系統軟件，并采用實際的運行、化驗數據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變化趨勢及運行達到穩定所需時間進行了預測。結果表明，模擬值能夠比較好地反映污水處理廠實際運行狀況。
　　關鍵詞：活性污泥法；運行；模擬預測軟件
　　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

　　①數據來源
　　北京地區某生活污水處理廠，采用傳統的活性污泥處理工藝，實際處理能力為3×10⁴ m³/d。
　　②模擬、預測系統中的模型參數
　　模擬、預測軟件系統的理論基礎是IAWQ數學模型，模型參數主要包括：工藝參數、動力學參數、廢水組成參數。
　　工藝參數包括曝氣池各段和二沉池的尺寸、供氣量等，工藝參數在模擬計算過程中保持不變。動力學參數根據文獻提供的數據設定^[1～3]。
　　污水處理廠常規測定指標包括CODCr、BOD5、SS、NH3-N等，IAWQ模型中將常規指標進一步劃分為：溶解性可降解有機物質、慢速可降解有機物質、自養生物量、異養生物量、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，軟件系統則根據文獻以及試驗確定模型參數與常規指標之間的換算關系^[4]。
　　③模擬、預測試驗
　　當模型參數確定后，將實際運行數據輸入模型，預測曝氣池出水水質指標的日變化情況；在改變進水水質、水量下，預測系統達到穩態的時間、曝氣池出水水質的變化趨勢。

2　測試結果與討論

　　①模擬活性污泥系統曝氣池日出水變化趨勢
　　將2000年3月的日運行數據如水量、回流比、溶解氧、供氣量、氣水比以及曝氣池進水水質指標等輸入模型，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值有很強的對應性，即曝氣池出水COD值隨進水COD值的改變呈現規律性的變化趨勢：當前一天進水COD值出現低峰或波谷時，24 h后曝氣池出水COD模擬值也相應地出現波峰或波谷現象。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，該數學模型COD的模擬結果直接反映了進水水質對出水水質的影響。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。在進行模擬預測時，假定24 h內曝氣池進水、出水水質是穩定的，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過8 h處理后的出水COD值。但是在實際運行中，進水水質有一定的波動，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過8 h處理后的出水COD值有一定的誤差。
　　②改變進水條件時，曝氣池運行達到穩定所需時間及出水水質的變化預測模擬1998年8月15日—10月15日兩個月內進水條件發生改變時，活性污泥系統曝氣池運行達到穩定所需時間及出水水質變化與實測結果的對照見圖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日達到穩定運行期。
　　由圖3可知，當曝氣池進水COD不發生大范圍的波動時，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果與實測結果有比較大的偏差，如8月20日模擬值超過實測值，是由于該穩態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(即出水恰好達到穩態時)的時間段內進水條件保持不變的基礎上進行的，事實上從8月18日—22日，曝氣池進水COD值一直呈下降趨勢，最終導致模擬結果高于實際測量結果。此外，還有人為的測量誤差。考慮到曝氣池進水COD數據并非日平均值，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。
　　建議在進行模擬預測時，采取如下措施，避免瞬時高峰值或低谷值對預測結果的影響：①模擬預測計算時，避開瞬時的異常值，采用前一天的數據作為模擬計算的起點；②在水質化驗中出現瞬間異常值時，同一天內應該在出現異常值的取樣點取多個時刻的水樣，然后取相關指標的平均值，作為模擬計算的進水數據，力求使模擬結果真實地反映實際出水結果；③水廠如果已安裝了多指標的在線監測設備，也可以避免瞬時異常值對模擬結果的影響。

3　結論

　　采用模擬、預測專家系統軟件對實際污水處理廠的測試結果表明，該軟件能夠比較準確地預測出：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