施漢昌，刁惠芳，劉恒，王玉玨，柯細(xì)勇
(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100084)

　　摘　要：在IAWQ數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出城市污水處理廠(活性污泥工藝)運(yùn)行模擬、預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)軟件，并采用實(shí)際的運(yùn)行、化驗(yàn)數(shù)據(jù)模擬了曝氣池的運(yùn)行狀況，對(duì)曝氣池出水的COD日變化值和改變曝氣池進(jìn)水條件下的出水水質(zhì)變化趨勢(shì)及運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，模擬值能夠比較好地反映污水處理廠實(shí)際運(yùn)行狀況。
　　關(guān)鍵詞：活性污泥法；運(yùn)行；模擬預(yù)測(cè)軟件
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)10-0061-03

1　軟件測(cè)試試驗(yàn)

　　①數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)際處理能力為3×10⁴ m³/d。
　　②模擬、預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的模型參數(shù)
　　模擬、預(yù)測(cè)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(dòng)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(jì)算過(guò)程中保持不變。動(dòng)力學(xué)參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)設(shè)定^[1～3]。
　　污水處理廠常規(guī)測(cè)定指標(biāo)包括CODCr、BOD5、SS、NH3-N等，IAWQ模型中將常規(guī)指標(biāo)進(jìn)一步劃分為：溶解性可降解有機(jī)物質(zhì)、慢速可降解有機(jī)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(xiàn)以及試驗(yàn)確定模型參數(shù)與常規(guī)指標(biāo)之間的換算關(guān)系^[4]。
　　③模擬、預(yù)測(cè)試驗(yàn)
　　當(dāng)模型參數(shù)確定后，將實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入模型，預(yù)測(cè)曝氣池出水水質(zhì)指標(biāo)的日變化情況；在改變進(jìn)水水質(zhì)、水量下，預(yù)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間、曝氣池出水水質(zhì)的變化趨勢(shì)。

2　測(cè)試結(jié)果與討論

　　①模擬活性污泥系統(tǒng)曝氣池日出水變化趨勢(shì)
　　將2000年3月的日運(yùn)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(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)等輸入模型，并以此作為模型的初始值，然后通過(guò)模擬計(jì)算，可以求得曝氣池出水COD的日變化情況。曝氣池進(jìn)水COD的日變化情況見(jiàn)圖1。

　　曝氣池出水COD的模擬值與曝氣池進(jìn)水COD值有很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)性，即曝氣池出水COD值隨進(jìn)水COD值的改變呈現(xiàn)規(guī)律性的變化趨勢(shì)：當(dāng)前一天進(jìn)水COD值出現(xiàn)低峰或波谷時(shí)，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(shì)上也比較好地反映了曝氣池進(jìn)水COD的變化情況，如1日—6日的曝氣池進(jìn)水COD與模擬出水COD的變化趨勢(shì)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(jìn)水水質(zhì)對(duì)出水水質(zhì)的影響。曝氣池出水COD的模擬值及實(shí)際測(cè)定值的比較見(jiàn)圖2。

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

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

3　結(jié)論

　　采用模擬、預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)軟件對(duì)實(shí)際污水處理廠的測(cè)試結(jié)果表明，該軟件能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出：①曝氣池出水COD的日變化情況；②改變曝氣池進(jìn)水條件時(shí)的出水變化情況及達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行所需時(shí)間。

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　　收稿日期：2001-06-06