淺談傳統活性污泥過程COD去除及脫氮改造的模擬

更新時間：2009-03-24 10:39 來源：中國環保頻道作者: 閱讀：1752

摘要：本文運用自行開發的活性污泥模型MATLAB模擬程序對重慶市唐家橋污水廠COD去除及生物脫氮改造進行了模擬研究，結果表明，應用活性污泥1號模型能夠充分考慮廢水生物處理自身的特點和工藝特性，較為深入地反映活性污泥生物反應過程的主要動態行為，滿足對系統的動態變化進行有效模擬的要求，具有很好的實用性。

1.前言

國際水質協會（International Association on Water Quality，IAWQ）的活性污泥模型的應用是當今國際上的研究熱點。它無論是在污水處理廠的設計、運行管理、改造，還是在廢水處理技術的研究與開發方面均有重要的實用價值，在國外已得到了成功、廣泛的使用（F.Coen，B.Vanderhaegen et al.,1997；?zer Cinar et al.,1998 ； H.M.VAN VELDHVIZEN et al.，1999；DAMIR BRDJANOVIC et al.，2000）。我國在模型的應用方面起步較晚，黃勇、王寶貞等(1992，1995，1996)以IAWQ ASM NO.1（Activated Sludge Model NO.1）的有機物去除和異養菌生長模型為基礎，提出了一個改進模型，并利用批量反應器試驗技術對模型參數YH、bH、μmax和Khs等的值進行了測定，得出了與文獻資料相吻合的結果。但該模型過于簡單，只考慮了COD的去除過程且并未進行適用研究；張立對EFOR程序在國內污水廠的應用進行了初步研究，對水質水量的變化過程進行了動態模擬，表明這種基于ASM1和ASM2的模擬軟件可以使用于我國污水廠。我國不少城市污水處理廠有錢建得起，卻無法維持正常運行，除資金缺乏外，操作運行和管理人員技術和管理水平低，難以掌握和操作技術復雜的處理過程和設備也是一個原因。活性污泥模型軟件的應用將會大大提高設計和管理的自動化程度，簡化工作內容，降低勞動強度，增強污水處理廠設計和運行管理工作的效率和水平。另外，我國在今后幾年內將有大批污水處理廠需要設計和管理，也有相當部分已建普通污水廠要考慮脫氮除磷的改造。在這種形式下，研究和推廣IAWQ的活性污泥模型在我國的應用是非常重要的。所以，當務之急，是邁出具體使用的步伐，通過實驗收集大量數據，得出適合于我國國情的模型參數及各地區城市污水特征，同時選出幾個不同處理工藝的活性污泥法污水處理廠作為試點，使用ASM進行靜態、動態模擬，分析其結果，從而逐漸縮小我國在模型使用方面與國外的差距，提高設計和管理水平，減少投資和運行成本。

2．研究方法

本研究以重慶市唐家橋污水處理廠為研究基地，以國際水質協會的活性污泥1號模型ASM NO.1及自行開發的MATLAB程序為工具，對模型進行參數校核與驗證之后，用于對傳統活性污泥法的運行過程進行計算機動態模擬，并以計算機模擬為工具指導生物脫氮改造，提高總氮的去除效率。研究驗證了模型在我國的實用性，建立一種城市污水處理廠計算機模擬的新方法，為推動活性污泥模型在我國的深入研究和應用積累資料。

3．結果與討論

3.1 模型參數的校核
輸入唐家橋污水廠的平均運行數據和IAWQ給出的模型參數的典型值，模擬結果（圖1）表明出水TN得到了很好的模擬，但出水COD 的模擬值與實測值存在較大的誤差。所以需要對一些參數進行校核。這里以靈敏度分析為基礎，綜合考慮過程機理來確定需要校核的參數。程序運行表明，將μH從6.0d-1增大到8.1 d-1、KH從3.0gCOD/(g細胞CODod)增大到4.05gCOD/(g細胞CODod)，KS從20.0 gCODom-3減小到13.0 gCODom-3后，計算結果最接近實測結果。校核前后的計算出水COD、TN濃度如圖1所示。

3.2 驗證

為了驗證靜態校核后的模型是否能夠普遍適用于動態進水，進行了動態模擬，結果見圖2。可以看出，模擬值與實測值吻合很好，表明靜態校核后的模型能夠很好的模擬動態進水。

3．3唐家橋WWTP運行過程模擬

用所開發的模擬程序分別模擬了有機物負荷、流量、溫度和溶解氧濃度變化對出水COD和含氮組分濃度的影響，模擬結果見圖3。

3．4污水廠脫氮改造的模擬

唐家橋污水處理廠的設計只考慮有機碳的處理，沒有涉及脫氮。因此，需要對該系統進行改造。本研究探討了在反應池容積不變的前提下將原系統改造成前置反硝化系統的可能性，尋找混合液回流比r2、缺氧區占總體積的比例r，以及缺氧區溶解氧濃度DO1的最佳組合，使在保證出水COD在排放標準以內的條件下，總N的去除效率最高。
本研究對內循環回流比r2分別取100%、200%、300%和400%，體積比rV取1/4、1/3、1/2和3/5，溶解氧DO1取0、0.05mg/L、0.10mg/L和0.20mg/L。計算結果表明，改造后的出水COD有所升高，但基本保持在35~36mg/L之間。選擇DO1=0.1mg/L ，內循環比r2 = 100%，缺氧區占總反應池的體積比rV =1/2的組合。出水總氮濃度為22.75mg/L，去除效率為50.9%，比單一好氧工藝的脫氮效率提高了16個百分點。

3．5討論

本文運用自行開發的活性污泥模型MATLAB模擬程序對重慶市唐家橋污水廠COD去除及生物脫氮改造進行了模擬研究，結果表明，應用活性污泥1號模型能夠充分考慮廢水生物處理自身的特點和工藝特性，較為深入地反映活性污泥生物反應過程的主要動態行為，滿足對系統的動態變化進行有效模擬的要求，具有很好的實用性。IAWQ的活性污泥模型，適合我國污水處理廠研究、管理和輔助設計的需要，值得推廣。

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