活性污泥數(shù)學(xué)模型ASM1及ASM3在MBR和DE型氧化溝中的應(yīng)用研究.pdf

1、我國(guó)已建高速公路沿線服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站大多都建設(shè)了以生物處理為主要單元的污水處理設(shè)施，其生物處理工藝包括接觸氧化法、活性污泥法、生物膜法、序批式反應(yīng)器(SBR)等，科學(xué)合理地模擬和監(jiān)控這些污水處理設(shè)施的運(yùn)行對(duì)保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)及節(jié)約運(yùn)行成本具有重要意義。 在世界范圍內(nèi)，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)活性污泥工藝進(jìn)行模擬已成為當(dāng)今污水廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制的重要內(nèi)容。國(guó)外關(guān)于這方面的研究很多，并產(chǎn)生不少的模型，國(guó)際水協(xié)(International Wa

2、ter Association，IWA)ASM(Activated Sludge Models)模型的推出，在國(guó)際上引起了廣泛關(guān)注并成為研究熱點(diǎn)。 本論文回顧了活性污泥數(shù)學(xué)模型由Monod模式、Eckenflder模型、McKinney模型、Lawrence-McCarty模型到Andrews模型、WRc模型、IWA的ASM模型的發(fā)展歷程及活性污泥數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)污水處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬軟件SSSP、EFOR、

3、GPS-X、WEST進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。 建立了污水生物處理完全混合系統(tǒng)(CSTR)在“異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源呼吸)過程”，“有機(jī)物水解、異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源呼吸)過程”，“有機(jī)物水解、異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源呼吸)過程”三種簡(jiǎn)化形式下的ASM1和ASM3穩(wěn)態(tài)模型，利用MATLAB編制程序，得到了“有機(jī)物水解、異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源呼吸)過程”簡(jiǎn)化形式下的各組分解析解，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)“異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源

4、呼吸)過程”、“異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)源呼吸)過程”兩種簡(jiǎn)化形式下的模擬。 采用一體式膜生物反應(yīng)器(MBR)、人工配制污水模擬高速公路服務(wù)區(qū)生活污水濃度，對(duì)水力負(fù)荷變化及污水處理效果進(jìn)行了為期4個(gè)月的試驗(yàn)研究。 按照IWA關(guān)于污水水質(zhì)劃分的新原則，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行了組分分析，針對(duì)一體式膜生物反應(yīng)器在不排泥和不同水力停留時(shí)間的動(dòng)態(tài)過程，構(gòu)建了基于ASM1和ASM3的膜生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)模型，利用MATLAB編制程序，對(duì)

5、一體式膜生物反應(yīng)器試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬，根據(jù)最小二乘法原理獲得了試驗(yàn)條件下的一組最佳參數(shù)估計(jì)值。 針對(duì)DE型氧化溝周期性運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)“厭氧選擇池+DE型氧化溝+終沉池”系統(tǒng)，將一個(gè)周期的反應(yīng)過程分成4個(gè)階段，構(gòu)建了基于ASMI和ASM3的DE型氧化溝動(dòng)態(tài)模型，利用MATLAB編制程序，在典型參數(shù)值下對(duì)DE型氧化溝實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬分析。 本論文得出以下結(jié)論： (1)“有機(jī)物水解、異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)及衰減(內(nèi)

6、源呼吸)過程”簡(jiǎn)化形式下的ASM1和ASM3穩(wěn)態(tài)模型反映出如下規(guī)律：出水易生物降解基質(zhì)濃度隨著污泥齡(SRT)的增加而銳減，并逐漸趨于穩(wěn)定；微生物量隨著SRT的增加而不斷增加，并逐漸趨于穩(wěn)定；慢速可生物降解基質(zhì)濃度隨著SRT的增加而銳減，并逐漸趨于穩(wěn)定；惰性顆粒性有機(jī)物和混合液懸浮固體濃度(MLSS)隨著SRT的增加而不斷增加；活性比例隨著SRT的增加而銳增，之后不斷減少；需氧量隨著SRT的增加而不斷增加，并逐漸趨于穩(wěn)定。 (

7、2)ASM1模型應(yīng)用于一體式膜生物反應(yīng)器，其COD模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為bH、Ks、μH，NH4-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為μA、bA、KNH，NOx-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為YH、iXB、fP、bH、YA、μA、bA、μH、KNH、KS。 (3)ASM3模型應(yīng)用于一體式膜生物反應(yīng)器，其COD模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為YsTO，O2、YH，O2、fSI、bH，O2、KS、KSTO，NH4-N模擬值對(duì)參

8、數(shù)變化的靈敏度依次為μA、bA，O2、KA，NH4，NOX-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為YA、YSTO，O2、YH，O2、bH，O2。 (4)一體式膜生物反應(yīng)器動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果顯示，在本試驗(yàn)條件下，ASM1與ASM3模型的COD模擬效果基本相同，ASM3模型的NH4-N、NOx-N模擬效果優(yōu)于ASM1模型，就總體模擬效果而言，ASM3模型優(yōu)于ASM1模型。 (5)ASM1模型應(yīng)用于DE型氧化溝，其COD模擬值對(duì)參數(shù)變

9、化的靈敏度依次為bH、bA、Ks、μH、YH、kh、fP、KNo、YA、ηg、ixa、KNH、μA、ηh、Kx，NH4-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為ηh、KS、bA、fP、KNO、ηH、YA、ηg、kh、KNH、ηA、iXB、YH、KX、bH，NOx-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為ηh、KS、bA、YH、fP、KNO、μH、YA、ηg、kh、iXB、KNH、μA、KX、bH。 (6)ASM3模型應(yīng)用于DE型氧化溝，其CO

10、D模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為fSI、kSTO、KS、bH，O2、YSTO，O2、YH，O2，NH4-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為μA、KA，NH4、bA.O2、YSTO，O2、YH，O2、bH，O2、bA，NOx、ηNOx、kh、Kx，NOx-N模擬值對(duì)參數(shù)變化的靈敏度依次為YA、YSTO，O2、YH，O2、bH，O2、ηNOx、kSTO、YSTO，NOx、bSTO，O2、μA、μH、KSTO、KA，NH4、YH，NOx、KS、