[发明专利]一种污水处理厂A2/O工艺的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种污水处理厂A²/O工艺的优化设计方法。

背景技术

近年来，随着我国经济与社会的发展以及城市化水平的不断提高，水污染问题日益突 出，污水处理问题变得十分紧迫与突出，各地对增建污水处理厂的需求也越来越强烈。而 污水厂的建设费用和建成后的运行成本成为增建所要面临的主要问题。在保证出水水质满 足需求的条件下，降低费用投入成为污水厂建设的重要目标。

目前在我国，大约有80％以上的城市污水厂采用活性污泥法设计，其中绝大部分是采 用设计手册中的有机负荷法和污泥龄法进行设计，这些传统设计方法虽然较为成熟，但为 了能够确保出水达到标准，通常设计参数取值很大，过于安全保守，导致污水厂的基建费 用很高，这限制了一些资金缺乏地区建设污水厂时的应用。除活性污泥法设计外，也有一 部分污水厂采用试算法设计，试算法即利用以数学模型为基础的模拟软件对传统设计结果 进行调整，通过不断的选取活性污泥工艺参数，直到所选参数使出水水质满足标准，并在 满足要求的方案中选出最合理的方案为最终结果。试算法由于结合了数学模型，使工艺参 数设计上能够在传统设计计算的基础上进行逐步的小幅度的优化，工艺设计方案的技术可 靠性和经济性都有一定的提高，但由于设计过程都是人为的控制，并没有将整个过程作为 一个优化系统来考虑，因此，方案也不是最优化的。

一些计算机程序语言和软件已在众多工程研究领域中用以研究和解决实际的工程和相 关的数学问题，它们提供了一个优化问题求解的计算机编译平台，并能够解决非线性回归， 曲线拟合，非线性复杂工程模型参数估算求解等问题，因此可利用这些工具来解决污水厂 设计中的诸多问题，克服传统设计和试算法设计所带来的不足，将整个设计过程作为一个 系统来进行优化。本发明利用matlab进行程序主体编制，并采用1stOpt软件进行最后求解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水处理厂A²/O工艺的优化设计方法。

本发明提出的污水处理厂A²/O工艺的优化设计方法，包括：目标函数构建、优化设 计模型构建和根据约束条件编制优化模型并求解，具体步骤如下：

(1)目标函数构建：

优化模型的目标是在保证满足出水水质需求的前提下，寻求总费用最小的工艺系统设 计，即选用费用模型作为目标函数模型。费用函数由单元构筑物和系统功能组成，影响系 统总费用的变量有厌氧池容积V₁、缺氧池容积V₂、好氧池容积V₃、混合液回流比R_nei、 污泥回流比R_wai和二沉池表面积A。工艺系统的总费用f(x)由工艺系统的初始投资总费用 和工艺系统在设计年限内的运行维护总费用两部分组成，其表达式为：

f(x)＝ω₁∑C_i+τω₂∑C_j    (1)

式中：C_i为第i种基建费用；C_j为第j种运行费用；τ为综合折现因子；ω₁、ω₂表示对 工艺系统初始投资费用和运行维护费用权重系数，ω₁+ω₂＝1；每种费用借鉴通用的费用 函数模型构成形式，即Ci=ai(Xi)bi,]]>a和b为回归系数；X表示影响单元构筑物或系统性能 的关键变量。C_i既可以表示单元构筑物(或系统功能)的建造投资费用，也可以表示单元构 筑物(或系统功能)的运行维护费用，这取决于回归系数a和b；原则上影响单元构筑物费用 的变量只选择一个，例如面积或容积等，但对于系统性能费用函数，则根据具体情况来确 定；