专利名称：一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法
一种卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法技术领域
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O. 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O. 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η个等级，以代表η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-1. 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 fIow-11. 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
(I)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。
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 0.1m3A的流量流入氧化沟沟中，流入氧化沟的污水水质指标为C0D=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300_，推流器由18根直径为4_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O. 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. OmVh0
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=3X3=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 model of the activated sludge reactor with dispersive flow-1. 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-11. 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、C0D、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I
权利要求
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；(2)将每个拟优化的项目分别划分成η个等级，以代表η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所述的卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法，其特征在于步骤(I)中确定的氧化沟运行需要优化的项目为推流器及搅拌桨转速。
3.如权利要求1所述的卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法，其特征在于步骤(I)中确定的氧化沟运行需要优化的项目为氧化沟系统曝气量。
4.如权利要求1所述的卡努赛尔氧化沟工艺优化调控方法在水处理过程中的应用。
全文摘要
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。
文档编号C02F3/12GK103043785SQ20131002867
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者倪晋仁, 雷立 申请人:北京大学