本发明属于污水处理工艺优化技术领域，特别涉及一种基于west模型的污水处理厂aao工艺优化运行方法。
背景技术：
近年，污水处理的基础理论和处理工艺日益成熟，而污水处理过程优化控制技术依然落后。当前我国污水处理厂的控制水平较低，大多使用简单的手动控制，几乎没有优化控制方法的应用。另一方面，我国污水处理厂的管理水平较低，在一定程度上影响了污水处理系统的运行效率，增加了不必要的能源和人力资源的浪费，从而增加了污水处理成本。
west软件是基于活性污泥数学模型建立的一个功能强大的污水处理厂模拟系统，它可以对污水处理厂的各种工艺过程和构造进行建模与模拟。west软件可辅助污水处理厂过程设计、协助污水处理厂运营管理、支持污水处理厂过程优化、实现污水处理厂过程自动化，其不但在问题解决、预案检测等方面性能卓越，同时也是基层操作者、工程咨询及技术人员不可或缺的决策支持工具。利用west软件模拟污水厂优化运行，得出污水厂优化运行参数，为污水厂优化运行提供技术参考，同时将大量减少试验研究的工作量。
国内外对于污水处理的优化运行的研究多数在于小试试验的研究，对优化运行的仅限于理论研究，针对污水处理实际运行的优化应用方法鲜有报道，并且利用仿真模型针对乡镇污水处理厂aao工艺进行模拟优化运行的方法，鲜有报道。
中国专利cn200910264136.2记载了一种aao工艺曝气量的优化设计方法，根据经验设计方法，对aao工艺模型中的主要参数进行了设计，克服单纯数学模型设计结果易偏于理论化的缺陷，能够有效节约曝气能耗12％以上，降低系统运行成本；但该方法仅针对aao工艺中曝气池曝气量的优化设计，需要引入经验公式才能实现；而aao工艺主要的运行参数包括曝气池曝气量、内回流量、污泥回流量，无法实现aao工艺的全面优化运行。
中国专利cn200910034948.8记载了一种aao工艺反应池的优化设计方法，综合了经验设计方法和数学模拟仿真技术的优点，设计出的反应池既能满足国家标准对污染物的去除要求，同时能够大大节约反应池的体积，降低基建投资；但对于已建成的反应池，该方法提供的优化设计方法需要对aao工艺反应池体积进行改建，改建需要消耗巨大的投资，同时也影响了污水处理厂正常运行。对于已建、将建的aao工艺反应池，本发明所提供的aao工艺优化运行方法为在不需要改建反应池体积基础上，优化aao工艺曝气量、内回流量、污泥回流量参数的运行方式，能够快速地优化aao工艺运行，不影响污水厂正常运行。
技术实现要素：
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于west模型的污水处理厂aao工艺优化运行方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种基于west模型的污水处理厂aao工艺优化运行方法，包括以下步骤：
步骤1，获取污水处理厂工艺结构、各处理单元尺寸、污水处理量、进出水水质、进水组分浓度参数、工艺运行能耗数据、各工艺段运行参数；
步骤2，将步骤1获取的数据、参数输入west模型仿真构造污水处理厂工艺运行过程，利用west模型开展敏感性参数试验确定主要的化学计量学参数、动力学参数，在敏感性参数原参数值的基础上，根据增加或减少参数值对模拟结果正负相关性，在原参数值的基础上每一次调整固定百分数，使模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合，建立west污水处理厂工艺仿真模型；
步骤3，基于步骤2建立的west污水处理厂工艺仿真模型，进行控制策略模拟，分别模拟调整曝气池do浓度、内回流比、外回流比三个工艺运行参数的出水水质，输出模拟水质结果；
步骤4，根据步骤3获得的模拟水质结果，在出水水质满足排放要求的条件下，选择内回流量、污泥回流量少的运行参数以及曝气池低do浓度控制策略，应用于污水处理厂实际工艺优化运行中。
优选地，在步骤4污水处理厂实际工艺优化运行过程中，监测污水处理系统中内回流量、污泥回流量、曝气池do浓度及污水处理系统出水水质，根据出水水质分别调整内回流量、污泥回流量、曝气池do浓度，实现污水处理的节能降耗。
优选地，步骤1所述的工艺结构包括污水处理厂工艺流程、工艺中各处理单元。
优选地，所述步骤2选定的模型机理为具有除碳、脱氮功能的asm1或asm3模型，或选择具有除碳、脱氮和除磷功能的asm2或asm2d模型，或选择具有温度模拟的模型asm？tem模型。
优选地，步骤2所述固定百分数为10％。
优选地，步骤1所述的进出水水质包括化学需氧量(chemicaloxygendemand,cod)、氨氮、总氮(totalnitrogen,tn)、总磷(totalphosphorus,tp)、混合液悬浮固体浓度(mixedliquidsuspendedsolids,mlss)、混合液挥发性悬浮固体浓度(mixedliquorvolatilesuspendedsolids,mlvss)。
优选地，步骤1所述的工艺运行能耗包括电耗、药剂消耗量。
优选地，步骤1所述的各工艺段运行参数包括水力停留时间(hydraulicretentiontime,hrt)，污泥停留时间(hydraulicretentiontime,srt)，溶解氧(dissolvedoxygen,do)、ph值、内回流比、外回流比；更优选地，所述内回流比为aao反应池出水回流至缺氧池的混合液回流量与进水量之比；所述外回流比为二沉池剩余污泥回流量与进水量之比。
优选地，步骤2所述的进水组分浓度参数包括：f_s_po(总磷与磷酸盐的比值)、f_tss_cod{tss(总悬浮物浓度，totalsuspendedsolids)对cod的转换因子)}、f_s_a(溶解性cod与s_a的比值)、f_s_f(溶解性cod与s_f的比值)、f_s_nh(总氮与氨氮的比值)、f_x_h(颗粒态cod与x_h的比值)、f_x_s(颗粒态cod与x_s的比值)。
其中，s_a为发酵产物(乙酸)的浓度{(g(cod)/m3)}，s_f为易生物降解基质的浓度{g(cod)/m3}，x_h为异养菌生物量{g(cod)/m3}，x_s为慢速可生物降解基质的浓度{(g(cod)/m3)}。
优选地，步骤2所述的化学计量系数及动力学参数包括：自养菌的最大生长率，(1/d)，溶菌和衰减的速率常数(1/d)，基于基质的最大生长速率(1/d)，异养菌衰减系数(1/d)，氨氮的自养菌饱和系数(mg/l)，基于易生物降解基质的生长饱和/抑制系数(mg/l)。
优选地，所述步骤2仿真构造模拟过程中模拟的出水各项水质指标(cod、氨氮、tn、tp)浓度均值与实测值均值相对误差小于10％，即认为模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合。
优选地，步骤4所述的的出水水质排放要求参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中一级a标准。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
(1)针对已建成的污水厂aao工艺优化运行，本发明提供的优化运行方法不需要对反应池进行改建，优化运行过程中不影响污水厂正常运行。
(2)本发明能够为aao工艺提供较全面的运行参数的优化控制方法，不需要额外引入经验公式，并能够快速、准确预测污水处理厂调整运行参数后运行状态、出水水质，为污水厂运行管理者提供优化运行参考方案，减少试验研究的工作量。
(3)利用west模型模拟乡镇污水处理厂aao工艺优化运行，为污水处理厂工作决策者提供污水处理节能降耗运行控制方式。
附图说明
图1为west仿真模拟软件污水处理厂工艺仿真模拟步骤图
图2为基于west模型的乡镇污水处理厂aao工艺优化运行方法的实施流程图
图3为出水cod模拟值与实测值曲线图
图4为出水氨氮模拟值与实测值曲线图
图5为出水tp模拟值与实测值曲线图
图6为模拟改变do浓度对出水cod的影响图
图7为模拟改变do浓度对出水氨氮的影响图
图8为模拟改变do浓度对出水tp的影响图
图9为模拟改变内回流比对出水cod的影响图
图10为模拟改变内回流比对出水氨氮的影响图
图11为模拟改变内回流比对出水tp的影响图
图12为模拟改变外回流比对出水cod的影响图
图13为模拟改变外回流比对出水氨氮的影响图
图14为模拟改变外回流比对出水tp的影响图
具体实施方式
实施例1：
图1为本发明中west仿真模拟软件污水处理厂工艺仿真模拟步骤图，图2为本发明一种基于west模型的乡镇污水处理厂aao工艺优化运行方法的实施流程图。本实例进行太湖流域某乡镇污水处理厂aao工艺优化运行方案研究，模拟调整内回流比、外回流比、曝气池do浓度对出水cod、氨氮、tp的影响。
(一)调研获取模型建立的基础数据
太湖流域某乡镇污水处理厂处理规模、进水水质、进水组分浓度参数、污水处理厂工艺结构、各处理单元尺寸、各工艺段运行参数如下：
(1)处理规模、进水水质浓度如下：
表1处理规模、进水水质浓度
(2)获取的工艺运行参数如下：
表2aao工艺运行参数
(3)获取的进水组分浓度参数如下：
表3进水组分浓度参数
(二)利用west模型仿真构造污水处理厂工艺运行过程
本实例选用asm2d模型机理，选定进水单元、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、出水单元、排泥单元为污水厂处理单元，选定多功能传感器、定比控制器、分流器为模型中各组件，构建污水处理厂仿真工艺运行：
通过输入污水处理厂工艺结构、各处理单元尺寸、污水处理量、进出水水质、工艺运行能耗数据、各工艺段运行参数，得出初步模拟结果，对模拟结果进行分析；根据测定获取主要的进水组分浓度参数，利用模型开展敏感性参数获取了对模拟结果影响较大的化学计量学参数、动力学参数(敏感性参数)，在敏感性参数原参数值的基础上，根据增加或减少参数值对模拟结果正负相关性，在原参数值的基础上每一次调整10％，直至确定模型可靠性，使模型模拟的污水处理过程与污水处理厂实际运行过程相吻合，实现合理模拟；建立west污水处理厂工艺仿真模型；
表4主要的动力学参数、化学计量学参数调整前后数值
调整参数后，模拟乡镇污水处理厂aao工艺运行结果如图3-5。
经过参数调整后，出水cod、氨氮、tp模拟值与实测值相对误差分别为3.7％、6.63％、1.6％，模拟值与实测值较符合，模拟结果表明west软件能较好模拟该污水处理厂运行。
(三)进行aao工艺优化控制策略模拟
基于west污水处理厂工艺仿真模型，进行控制策略模拟，分别模拟调整曝气池do浓度、内回流比、外回流比三个工艺运行参数的出水水质，输出模拟水质结果；
具体步骤包括：
(1)模拟调整曝气池不同的do浓度对应的出水水质，输出模拟结果，进行结果分析，模拟结果如图6-8。
分析：当模拟do浓度由do＝5mg/l降低至do＝1mg/l过程中，出水氨氮模拟值随着do浓度降低而升高，在do＝1～2mg/l时，出水氨氮模拟浓度比实测值高，此时模拟的最高浓度低于3mg/l。模拟结果表明，当do浓度降低至1～2mg/l时，出水氨氮值仍然满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中一级a标准(以下简称一级a排放)要求，因此优化运行中可通过降低曝气量以降低好氧池中do浓度，在出水各指标浓度满足一级a排放要求的同时也可降低污水处理能耗。
(2)模拟调整不同的内回流比对应的出水水质：在模型内通过设置内回流量定比控制器，模拟在不同的内回流比情况下的出水水质，分析出水水质达标情况，模拟结果如图9-11。
分析：当模拟改变内回流比时，出水cod、氨氮、tp浓度均未发生大幅度变化，模拟内回流比为0.5、1.5、2时，出水cod、氨氮、tp浓度均与实际内回流比(r＝1)时模拟值相近，出水各指标浓度均满足达标排放要求，模拟结果表明降低内回流比对出水效果未造成影响。因此，在实际优化运行中，可通过降低内回流比以降低污水处理能耗。
(4)模拟调整不同的外回流比对应的出水水质：在模型内通过设置污泥回流量定比控制器，模拟在不同的污泥回流比情况下的出水水质，分析出水水质达标情况。模拟结果如图12-14。
分析：改变外回流比对tp出水效果影响较大，当外回流比由r＝2降低为r＝0.25时，出水tp模拟值随着外回流比降低而降低，原因为剩余污泥量排放量增加，tp去除量增加。因此，在优化运行中，可通过降低外回流比，增加剩余污泥排泥量，降低出水tp浓度的同时也可降低污水处理能耗。
(四)确定aao工艺优化运行参数
基于步骤(三)控制策略模拟，在出水水质满足排放要求的条件下，分别优选内回流量、污泥回流量少的运行参数以及曝气池低do浓度控制策略，应用于污水处理厂实际工艺优化运行中。
本实例提出的优化运行方案：在该乡镇污水处理厂的优化运行中，可通过降低内回流比、外回流比及减少好氧池曝气量降低污水处理能耗，而不影响污水厂出水达标排放，实际运行过程中将大大降低污水处理能耗。
(五)污水处理厂工艺优化运行结果跟踪监测分析
优化运行阶段，监测污水处理系统中内回流量、污泥回流量、曝气池do浓度及污水处理系统出水水质，根据出水水质分别合理调整内回流量、污泥回流量、曝气池do浓度，实现污水处理的节能降耗。
通过优化运行，该污水处理厂处理吨水电耗较优化运行前减少了26.74％，优化运行6个月内总节省耗电量2.6491万kw·h；cod、tp削减量分别增加14.52％、14.28％。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。