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伟统活性污泥过程及其生物脱氮除磷改造的动力学模拟研究

卢培利  
【摘要】: 国际水协开发的活性污泥模型(Activated Sludge Model,ASM)作为污水处理工艺设计、污水处理厂运行管理和污水处理新技术、新工艺的研究开发等的新工具,自20世纪80年代中后期以来已在国外得到大量运用,但国内尚未见相关报道,还十分缺乏。本文基于Matlab平台和活性污泥2号模型开发了活性污泥过程模拟与仿真程序(Modeling and Simulating Program for Activated Sludge Model No.2,MSPASM2)并对重庆市唐家桥污水处理厂(WWTP)的运行和脱氮除磷改造进行了动态模拟研究,以期为该厂的运行管理和改造提供参考资料。 为解决活性污泥模型中微分方程求解问题,开发了基于Matlab平台的活性污泥2号模型模拟程序(MSPASM2),还开发了灵敏度分析程序,分析了主要出水指标(COD、TN、TP、NH4-N和NO3-N)对所有化学计量学系数、动力学参数和进水COD中快速降解基质和慢速降解基质之比值((Sa+Sf)/Xs)的灵敏度。灵敏度分析结果表明,有3个参数灵敏度的绝对值大于1.0,占7.5%;有11个参数灵敏度的绝对值大于0.5,占27.5%;剩下72.5%的参数灵敏度的绝对值小于0.5。 采用国际水协推荐的参数典型值作为初始值运行模拟程序,TN和TP的模拟值与实测值基本一致,而对于COD,两者之间存在较大的差距。根据灵敏度分析结果,在调整了3个参数的典型值以后,即水解速度常数Kh的值由3.00d-1调整为2.85d-1,XS的饱和系数Kx的值由0.10gCODg-1COD调整为0.13gCODg-1COD,异养菌衰减速度常数bH的值由0.40 d-1调整为0.48 d-1,使模拟值和实测值取得了较好的吻合。校核后模型的连续多日运行状况的动态模拟结果表明, ASM NO.2能够很好的模拟唐家桥WWTP的运行状态。利用经校核和验证的模型,预测了唐家桥WWTP运行条件(流量Q、进水COD浓度、曝气池溶解氧浓度DO和温度)变化时出水水质情况,为污水厂的日常管理提供了参考。模拟结果同时表明该厂尚有一定的污水处理潜力未能得到利用。 针对唐家桥WWTP现有单一好氧工艺脱氮除磷效率低的实际情况,希望在不增加大的基建投资的前提下,研究了通过运行方式的改变(A/O(anoxic-oxic,缺氧-好氧)生物脱氮工艺和A2/O(anaerobic-anoxic-oxic,厌氧-缺氧-好氧)同时脱氮除磷工艺)来提高其脱氮除磷效果。运用所开发的程序模拟预测各种方案的处理效果,寻求最佳运行控制参数,包括混合液内回流比R、缺氧区溶解氧浓度DO1和各区体积比。结果表明:(1)将现有曝气池前端1/4控制为缺氧而形成A/O工艺,缺氧区溶解氧浓度为0.10mg/L,混合液内回流比为100%,可以使TN去除率由原来的34.2%上升到58.6%,提高24个百分点,COD仍能达标,TP基本不受影响;(2)将现有曝气池前端12%控制为厌氧区,24%控制为缺氧区,缺氧区溶解氧浓度为 WP=5 0.10mg/L,混合液内回流比为100%,可以使TN去除率由原来的34.2%上升到62.1%,提高约28个百分点,TP去除率由原来的41.7%上升到78.3%,提高37个百分点。(3) 倒置A2/O工艺与常规A2/O工艺的出水水质基本相当,但倒置A2/O工艺在工程实践中更易于实现。 研究结果表明,基于Matlab平台开发的活性污泥2号模型模拟与仿真程序(MSPASM2)能够很好地模拟城市污水处理厂传统活性污泥过程的运行,能够为传统活性污泥过程的生物脱氮除磷改造提供具有重要价值的参考资料,值得在我国进行进一步的深入研究和推广应用。


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