CN103043785B - 一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 - Google Patents
一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103043785B CN103043785B CN2013100286733A CN201310028673A CN103043785B CN 103043785 B CN103043785 B CN 103043785B CN 2013100286733 A CN2013100286733 A CN 2013100286733A CN 201310028673 A CN201310028673 A CN 201310028673A CN 103043785 B CN103043785 B CN 103043785B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxidation ditch
- ditch
- oxidization
- operation scheme
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 17
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 11
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 10
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011020 pilot scale process Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Activated Sludge Processes (AREA)
- Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
Abstract
本发明公开了一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法。该方法首先确定需要优化的m个项目;再将每个项目分别划分成n个等级;采用正交表,构造p组氧化沟运行方式,即Lp(nm);基于计算流体力学方法构建氧化沟数值模拟模型,并对该模型进行验证;采用构建的数学模型分别对构造的p组氧化沟运行方式下的出水水质进行预测;依据模型计算的p组运行方式下的出水水质,基于正交试验的思想优选出氧化沟运行方式;最后将氧化沟调整到优选的方式下运行。该方法简单易行,节约人力及时间成本,在实现系统出水水质达标排放的前提下,能够有效降低氧化沟运行的能耗和成本,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域,涉及一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法。
背景技术
随着人口的增加、经济的发展以及工业化步伐的加快,我国污水的排放量与日俱增,截至2010年我国生活污水排放总量达379.6亿m3。针对污水排放量逐年递增的态势,我国加大了城市污水处理厂建设的力度,截至2010年9月底,全国设市城市、县及部分重点建制镇已经累计建成城镇污水处理厂2630座,总处理能力达1.22亿m3/d。然而,污水处理为能源密集型行业,据统计,我国城镇污水处理厂平均能耗达0.29kw·h/m3,而美国等发达国家将污水消毒、污泥消化与焚烧等我国污水处理厂目前尚未普及的耗能环节考虑后平均能耗仅为0.2kw·h/m3。因此,能耗大、运行效率低已成为约束已建成污水厂正常运行的瓶颈问题。
在各类污水处理工艺中,氧化沟工艺因具有操作单元少、耐冲击负荷能力强、处理效果好以及污泥产率低的特点,成为我国城市污水处理的主导工艺,其数量占全国城镇污水处理厂总量的32.2%。然而,由于氧化沟低负荷和长污泥龄的特点,使得氧化沟工艺的能耗较高;与此同时,随着我国对水环境质量要求的提高,对污水处理厂出水氮磷浓度也提出了更高的要求,保证处理出水的一级A排放是多数污水处理厂面临的共同难题。因此,在当前倡导节能减排和生态文明建设的大背景下,寻找能耗低、运行效率高的优化控制策略成为人们关注的焦点。
然而,氧化沟系统内部是一个较为复杂的系统,氧化沟的优化的虽然可以通过足够的试验来解决,但是试验的方式有很大的局限性:第一、生物试验周期比较长,从开始试验到得出解决方案需要半年甚至多年的时间;第二、每次试验需要进行多方案的比较,可是因为时间限制,能够实施的试验方案非常有限,得不到最佳解决方案;第三、试验不仅周期长,而且耗费多,尤其生产性试验更是花费不菲。
针对上述情况,本发明以卡努赛尔氧化沟工艺为研究对象,提供一种基于计算流体力学的卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法,在计算机上方便快速的计算大量的试验方案,估计处理效果,快速找出氧化沟运行费用最少、处理效率最高的方案,实现氧化沟的高效处理及节能优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法。
本发明的技术方案如下:
一、确定氧化沟运行需要优化的m个项目。
二、将每个拟优化的项目分别划分成n个等级,以代表n个试验水平。
三、采用正交表,构造p组氧化沟运行方式,即Lp(nm)。
四、基于计算流体力学构建并验证氧化沟数值模拟模型。
五、采用步骤四中验证后的模型,分别对步骤三中构造的p组氧化沟运行方式下的出水水质进行预测。
六、依据模型计算的p组运行方式下的出水水质,设定约束条件,基于正交试验的思想优选出满足达标要求的氧化沟运行方式,再从满足达标排放要求的运行方式中优选出能耗最低的运行方式,确定该运行方式为优化运行方式。
七、调动氧化沟至该优化条件下运行。
其中步骤四中所述的基于计算流体力学构建的氧化沟数值模拟模型可参考相关文献(Makinia J,Wells S A.A general model of the activated sludge reactor with dispersive flow-I.Model development and parameter estimation[J].Water Research,2000,34(16):3987-3996;Makinia J,Wells S A.A general model of the activated sludge reactor with dispersive flow-II.Model verification and application[J].Water Research,2000,34(16):3997-4006)
本发明具有以下优点和有益效果:
(1)本发明采用基于计算流体力学的模型对氧化沟工艺进行优化,在优化过程中,仅需开展少量的实验获取数据对模型进行验证后即可开展优化工作,最后能通过模型找出氧化沟最优工作条件,并通过实地运行实验对该工作条件进行验证,从而节省了大量的人力及时间成本。
(2)本发明基于正交试验法均衡分布的思想构建待模拟预测的试验组,构建的实验组具有典型性,可通过最少的试验组来找出最优的运行方式,节省大量计算时间。
(3)本发明所建立的调控方法,能够优选出既能使出水水质达标又能让氧化沟运行能耗最低的运行工况,对于节约能耗、降低运行成本具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控的流程示意图
图2为中试氧化沟装置及测点示意图
图3为各指标实测值与模拟值的比较图:a为溶解氧的对比,b为COD的对比,c为氨氮的对比,d为硝氮的对比
图4为优化条件下距沟底0.25m处的水质分布图:a为溶解氧分布图,b为COD分布图,c为氨氮分布图,d为硝氮分布图
具体实施方式
结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
图1为本发明的一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控的流程示意图。本例的模拟对象为一中试级别的四廊道卡努赛尔氧化沟,如图2所示。该氧化沟的总长2.2m,宽1.4m,有效水深0.5m,有效容积1.4m3;直沟段长1.05m,大、小弯道半径分别为0.35m、0.7m,单沟沟宽为0.35m。该氧化沟进水口断面为一长方形,长200mm、宽50mm;人工合成污水从进水口以0.1m3/h的流量流入氧化沟沟中,流入氧化沟的污水水质指标为:COD=250mg/L,氨氮=50mg/L,硝氮=0mg/L。沟内水流靠位于第一沟及第三沟末端的推流器驱动,推流器的底部距沟底300mm,推流器由18根直径为4mm的钢边环绕组成。为防止污泥在弯道处因动力不足而沉降,在各弯道处的底部设置搅拌桨,搅拌桨的轴心距沟底50mm,搅拌桨的直径为100mm。为给该氧化沟系统供给空气,在第二沟及第三沟底部设置曝气器,该曝气器能使得第二及第三沟中自沟底到距沟底50mm的空间内均有气泡冒出,曝气区域的平面空间如图2所示,曝气量范围为:1.4-3.0m3/h。氧化沟的出水口的横截面与进水口的横截面大小尺寸一样,流出氧化沟的水体进入体积为0.15m3的二沉池中,沉积在二沉池中的活性污泥又由泵抽至氧化沟的入流口处,并回流到氧化沟中,污泥回流比为100%,污泥龄为25天。一、确定氧化沟需要优化的项目:搅拌桨及推流器的转动速度;氧化沟的总曝气量。
二、划分各项目等级:本例中的搅拌桨及推流器的转速由同一个调速器控制,调速器分为三档:低速档、中速档、高速档;而氧化沟的总曝气量由曝气阀控制,曝气量被划分为三档:1.4、2.2、3.0m3/h。
三、试验组确定:因本例中需要优化的项目仅有两个,因此构建含有所有组合的试验组,即p=3×3=9组试验。
四、基于计算流体力学构建氧化沟数值模拟模型(Makinia J,Wells S A.A general modelof the activated sludge reactor with dispersive flow-I.Model development and parameterestimation[J].Water Research,2000,34(16):3987-3996;Makinia J,Wells S A.A general modelof the activated sludge reactor with dispersive flow-II.Model verification and application[J].Water Research,2000,34(16):3997-4006),采用CFD软件——Fluent对氧化沟内三维流场及水质分布特征进行模拟:图3为氧化沟中溶解氧、COD、氨氮、硝氮的实测值与计算值的对比结果,模型模拟结果与实测数据吻合程度较好,可用于优化试验。
五、采用上步验证了的模型,对9组运行方式下的氧化沟出水水质进行数值计算。计算结果如下表所示。
表1
六、优选运行方式:
设定约束条件:
CODout<50mg/L
NH4 +-Nout<5mg/L
TNout<15mg/L
E=Emin
式中CODout、NH4 +-Nout、TNout分别为出水的化学需氧量、氨氮及总氮浓度,E为氧化沟运行的能耗,Emin为满足氧化沟达标排放运行的最低能耗。
考虑到模型计算具有一定的误差,从上表中计算结果可知,能使得出水水质氨氮低于5mg/L,总氮低于15mg/L(国家一级A排放标准)的运行方式是编号为4与5的运行方式,即搅拌桨及推流器以低速或中速方式运行、氧化沟的总曝气量为2.2m3/h时的运行方式。
进一步从能耗方面考虑,该氧化沟在出水水质达标的条件下使系统能耗最低的最优运行方式为:搅拌桨及推流器以低速方式运行,氧化沟的总曝气量为2.2m3/h。在该优化条件下运行的氧化沟内的溶解氧、COD、硝氮及氨氮的分布特征如图4所示。
在优化运行方式下,氧化沟曝气机、搅拌桨及推流器的总能耗为430W,较编号为5的运行方式下的能耗降低了18.9%。本例中卡努赛尔氧化沟为中式级别装置,总体能耗不大,而有关文献(Yang Y,Yang J,Zuo J,et al.Study on two operating conditions of a full-scaleoxidation ditch for optimization of energy consumption and effluent quality by using CFDmodel[J].Water Research,2011,45(11):3439-3452)报道称:国内实际运行的日处理水量为10万立方的卡努赛尔氧化沟的曝气及推流装置能耗约为800kW左右,若按照本例中18.9%的节能率及0.8元/kw·h的电费率进行计算,采用本方法优化后所节约的电能约为1.3×106kw·h/年,节约的成本约为106万元。
七、调整氧化沟运行方式为:搅拌桨及推流器以低速方式运行;氧化沟的总曝气量为2.2m3/h。氧化沟实际运行的出水水质为:COD15.7±6.3mg/L,氨氮3.0±0.4mg/L,总氮14.6±0.3mg/L。因此,本方法能够用于氧化沟工艺的优化调控,在保证出水水质达标的同时,通过优化运行条件使得系统能耗显著降低。
Claims (2)
1.一种氧化沟工艺优化调控的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)首先确定氧化沟运行需要优化的m个项目,所述需要优化的项目选自:推流器转速、搅拌桨转速、氧化沟系统曝气量;
(2)将每个拟优化的项目分别划分成n个等级,以代表n个试验水平;
(3)采用正交表,构造p组氧化沟运行方式,即Lp(nm);
(4)基于计算流体力学方法构建氧化沟数值模拟模型,并对该模型进行验证;
(5)采用构建的数学模型分别对构造的p组氧化沟运行方式下的出水水质进行预测;
(6)依据模型计算的p组运行方式下的出水水质,基于正交试验的思想优选出满足达标要求的氧化沟运行方式;
(7)调动氧化沟至该优化条件下运行。
2.如权利要求1所述的氧化沟工艺优化调控的方法在水处理过程中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2013100286733A CN103043785B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2013100286733A CN103043785B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103043785A CN103043785A (zh) | 2013-04-17 |
CN103043785B true CN103043785B (zh) | 2013-12-11 |
Family
ID=48056677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2013100286733A Expired - Fee Related CN103043785B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103043785B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111410314B (zh) * | 2020-04-30 | 2020-11-03 | 中原环保股份有限公司 | 一种改良氧化沟工艺脱氮除磷预控方法及其装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002320958A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-05 | Yaskawa Electric Corp | 運転支援システム |
JP2004066119A (ja) * | 2002-08-07 | 2004-03-04 | Yaskawa Electric Corp | 運転支援装置 |
CN101045574B (zh) * | 2007-02-14 | 2010-05-19 | 南京大学 | 一种废水生物处理系统工艺的优化调控方法 |
CN101172703A (zh) * | 2007-10-23 | 2008-05-07 | 清华大学 | 基于进水水质变化的氧化沟工艺处理方法 |
-
2013
- 2013-01-25 CN CN2013100286733A patent/CN103043785B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103043785A (zh) | 2013-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Hydraulic characteristics and performance modeling of a modified anaerobic baffled reactor (MABR) | |
CN105461178A (zh) | 短程硝化-厌氧氨氧化后接短程反硝化-厌氧氨氧化处理城市污水的系统和方法 | |
CN101121564B (zh) | A/o工艺分段进水深度脱氮的模糊控制装置及其方法 | |
CN105439285A (zh) | 一种污水处理的调控方法 | |
CN106354014A (zh) | 一种基于多目标差分进化算法的污水处理优化控制方法 | |
US20230259075A1 (en) | Dynamic multi-objective particle swarm optimization-based optimal control method for wastewater treatment process | |
CN104003522A (zh) | 一种改进型分段进水多段a/o脱氮工艺及其设计方法 | |
CN111222253A (zh) | Cfd-asm耦合模拟模型、其建立方法及污水处理系统优化方法 | |
CN101172703A (zh) | 基于进水水质变化的氧化沟工艺处理方法 | |
Chen et al. | Optimal strategies evaluated by multi-objective optimization method for improving the performance of a novel cycle operating activated sludge process | |
CN108249691B (zh) | 一体化低能耗分散式村镇生活污水处理系统 | |
CN102053615B (zh) | 非稳态分段进水深度脱氮除磷过程控制系统及控制方法 | |
CN104763644A (zh) | 动态下污水处理厂剩余污泥泵优化运行控制装置及方法 | |
CN101898831B (zh) | 高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置及工艺 | |
CN103043785B (zh) | 一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法 | |
Liu et al. | Study on a discrete-time dynamic control model to enhance nitrogen removal with fluctuation of influent in oxidation ditches | |
CN201737808U (zh) | 高污泥浓度微环境同步脱氮除磷污水处理装置 | |
CN104045159A (zh) | 一种完全混合曝气池脉冲曝气脱氮方法 | |
CN203976573U (zh) | 同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统 | |
CN203350734U (zh) | 污水处理过程溶解氧浓度控制系统 | |
CN210710945U (zh) | 一种垃圾渗滤液短程硝化反硝化生物脱氮装置 | |
CN203200141U (zh) | 一体化间歇式低c/n比厌氧氨氧化生物脱氮反应装置 | |
Zhang et al. | Variation of biological and hydrological parameters and nitrogen removal optimization of modified Carrousel oxidation ditch process | |
CN201936179U (zh) | 非稳态改良分段进水深度脱氮除磷过程控制系统 | |
Zhou et al. | Performance of a novel tidal unsaturated constructed wetland on wastewater purification |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131211 |