北京城市排水集团清河污水厂

日期: 2013-11-30
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污水处理仿真软件ProSee在污水处理厂的应用


1.引言
      污水处理厂的运行往往会受到进水负荷动态变化、季节性温度变化、以及其他一些突发情况等的影响,导致实际运行状态偏离设计条件,从而影响出水水质。解决这些问题的途径之一是改造处理工艺。但是,工艺的改造往往需要大量的资金,对大多数污水处理厂而言是不现实的。比较现实的途径是在现有工艺的基础上,深入研究进水条件、工艺控制参数和系统运行效果三者之间的关系,进而调整工艺控制参数,优化工艺运行,以应对进水负荷的动态波动以及温度的季节性变化。而对进水条件、工艺控制参数和系统运行效果三者之间关系的深入研究离不开污水处理仿真软件的帮助。
      在自动控制方面,绝大多数污水处理厂污水处理厂的现有数据采集与监控系统(SCADA)往往仅起到数据采集与显示的作用,无法及时有效地通过调整工艺运行参数来应对各种冲击。因而,为改善出水水质,提高出水达标率,就需要更高水平的自动控制技术。
      此外,城市污水处理是能耗较高的产业之一,如何通过工艺参数的优化来降低污水处理的能耗、药耗,也是污水处理厂运营管理者十分关注的问题。

2.项目背景 
      北京城市排水集团清河污水厂处理能力为60万立方米/天,分三期建厂。其中一期为采用倒置A2O工艺,于2002年9月投入运营;二期处理规模也为20万立方米/天,采用A2O工艺,于2004年12月开始投入运行,设计出水水质执行一级B标准。二期的鼓风曝气系统在2009年进行了精确曝气的改造,在稳定出水水质、降低鼓风机能耗、提高自动控制能力、改善运行管理水平等方面都收到了良好的效果。
      但是,清河污水处理厂一期工程仍然面临着如下问题:(1)无法及时根据进水负荷以及季节性温度变化来调整工艺运行参数;(2)在面临冲击负荷时,运行管理人员还是要依赖过往的经验来调整运行参数,而调整运行参数对出水水质的影响需要在相当一段长时间后才能显示出来,亦即,运行参数的调整与其效果之间存在相当的滞后,运行管理人员无法及时地根据效果来重新调整和重新设定运行参数,导致对冲击负荷的响应滞后;(3)随着国家节能减排战略的提出和实施,能耗水平在污水处理厂的运行管理中成为非常重要的一个方面,但是由于缺乏应有的手段,污水处理厂在调整工艺参数应对冲击负荷时,只是着眼于工艺和出水水质,无法兼顾到电耗、药耗等成本。
      为了解决以上问题,HC System开发了ProSee软件,该软件具有工艺模拟和能耗模拟软件,并于2012年部署实施。

3.软件特点 
   ProSee软件的核心是ASMs模型、二沉池沉降模型、设备能耗模型及药耗模型。

3.1工艺模拟与虚拟仪表 
      ASMs模型描述了污水处理过程中生化池内各组分以及作用于这些组分的几十个物理、化学和生物反应过程,二沉池模型描述了活性污泥在二沉池内的沉降过程。ProSee软件采用能可靠模拟污水处理厂各种生物处理工艺,如AAO工艺、CASS工艺、AO工艺等,而且还可以将进水端在线仪表接入到ProSee中作为输入,预测出水和任意工艺段的工艺运行参数的变化;可以根据仿真计算出的水质参数,通过OPC方式提供任意位置虚拟仪表功能,直接在用户的SCADA画面上显示;直观地查看各种水质指标在生化池内的沿程分布和生化池内任意位置上污染物的时间分布。

3.2 能耗、药耗模拟 
       ProSee与传统的工艺模拟软件最显著的区别在于,提供了能耗、药耗模拟工具。设备能耗模型描述了污水厂内各个耗电设备的能耗水平,为工艺运行人员提供节能潜力评估依据;药耗模型描述了污水处理过程中投药量。

 

3.3 自动控制功能 
      ProSee可以接入进水端在线仪表,根据进水水量水质,预测出水和任意工艺段的运行参数的变化,并将优化后的运行参数实时自动输入到SCADA系统中,如下图所示,从而实现实时在线控制,提高污水厂的自控水平。

 

 

4.应用效果 
4.1工艺参数调整的辅助决策 
      ProSee软件能模拟不同工艺参数条件下的出水水质。如图 4所示,在较高的进水负荷下,如果维持已有的工艺参数不变,出水水质会超标。以往,运行管理人员就需要根据过往经验来调整相关的工艺参数,以达到出水标准。这样的决策方式能否起到效果,在很大程度上依赖与运行管理人员自身的水平。在部署实施ProSee之后,运行管理人员就可以将调整后的参数输入到模拟软件中,模拟最终的出水效果,从而判断该调整是否能使出水达标,起到了辅助决策的作用。图 4示出了通过适当调整回流比,能够大幅度地改善出水水质,应对高的进水负荷。

 

4.2 能耗方案的选择 
      由于ProSee软件具有能耗模拟的功能,因而可用于在出水达标的情况下从能耗水平的角度选择运行方式,如下图所示。

 

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