活性污泥数学模型在天山污水处理厂工艺优化改造中的模拟研究

【摘要】： 自20世纪80年代国际水质协会推出活性污泥数学模型(Activated Sludge Model)以来，其作为污水处理工艺设计、污水处理运行管理和污水处理工艺研究开发等的新工具，已在国外城市污水处理厂的运行管理和传统活性污泥法处理工艺的脱氮除磷改造中得到广泛运用，但国内在这方面的相关研究和运用很少见。本文以城市污水处理中的A／O工艺为例，运用数学模型实验分析了活性污泥1号模型14个动力学参数及A／O工艺系统参数对出水水质组分的影响，得出了对系统中的水质组分影响较大的几个动力学参数，主要有b_H、(?)_H、(?)_A、K_S、K_(NH)等。同时结果表明，处理工艺系统参数如污泥泥龄、回流比、溶解氧的浓度以及好氧池与缺氧池体积分配等值的确定都非常重要，模拟结果有助于最佳工艺参数的选择。 应用EFOR模拟程序对天山污水处理厂现有工艺进行了模拟，结果表明，采用系统默认的活性污泥模型参数值时，出水中的COD和氨氮浓度与实测值有一定的差距。根据参数影响分析结果，通过试探性取值法对参数进行调整，结果仅改变了3个动力学参数，即自养菌最大比增长速率(?)_A从0.9d~(-1)下调到0.65d~(-1)，氨半饱和速率常数K_(NH)从1.0 gN／m~3上调到1.3gN／m~3,易降解有机物饱和常数K_S从20gCOD／m~3调整到30gCOD／m~3，模拟值与实测值取得较好的吻合。 为了提高天山污水处理厂脱氮功能，将传统活性污泥工艺进行脱氮工艺改造。本文分两种方案进行脱氮改造研究：一是考虑不增加基建投资，将原有的曝气池改造成为A／O系统来达到脱氮效果。通过数学模型模拟的方法来考察其可行性并确定了改造后的系统中的最佳运行参数。结果显示，天山厂在现有进水水量的情况下，其最佳工艺控制参数为：缺氧区与系统总体积比为1：3，好氧区的溶解氧浓度为3mg／L，内回流比为200％。改造后出水COD浓度变化不大，而出水的氨氮和总氮的浓度有较大的下降，出水浓度能达到国家规定的排放标准。二是在预测天山厂流量将继续增加的情况下的改造方案，此方案力求保持现有构筑物和设备不变，通过增建缺氧池组成A／O工艺来达到污水脱氮目的。运用数学模型模拟试验得出扩建缺氧池的体积大小，并对扩建后的处理工艺进行优化，将A／O工艺改造成为Bardenpho工艺，达到了很好的脱氮效果。扩建工艺 东华大学硕士学位论文 活性污泥数学模型在天山污水处理厂工艺优化改造中的模拟研究 的最佳工艺参数组合为:扩建缺氧池体积为原曝气池体积的0.5倍，混合液回流 量为进水流量的300%，同时将原曝气池的第三格改为缺氧段，混合液回流在原 曝气池的第二格后。 研究结果表明，基于活性污泥数学模型的EFOR模拟与仿真程序能够很好地 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 脱氮改造提供具有重要价值的参考资料，值得我国进行进一步的深入研究和推广- 应用。 【关键词】：活性污泥 数学模型 模拟研究 城市污水处理 工艺优化改造 生物脱氮
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目录10-12
• 第一章 课题背景、意义及研究内容12-15
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 课题研究的主要内容13
• 1.3 课题研究的目的和意义13-15
• 第二章 活性污泥数学模型在城市污水厂的发展及应用15-21
• 2.1 活性污泥数学模型研究和发展15-16
• 2.2 活性污泥数学模型在国外污水处理中的应用研究16-19
• 2.2.1 模型修正与完善16-17
• 2.2.2 模型应用17-18
• 2.2.3 模型软件开发18-19
• 2.3 国内活性污泥数学模型的研究和应用19-20
• 2.4 活性污泥数学模型发展前景20-21
• 第三章 活性污泥1号模型(ASM1)及参数影响分析研究21-64
• 3.1 活性污泥1号模型简介21-26
• 3.1.1 ASM1的8个反应过程22-24
• 3.1.2 ASM1模型的13种组分24-25
• 3.1.3 ASM1模型中的5个化学计量学系数25
• 3.1.4 ASM1模型中的14个动力学参数25-26
• 3.2 模型参数对水质组分影响分析26-52
• 3.2.1 最大比增长速率(?)_H对系统水质组分的影响29-31
• 3.2.2 K_S对系统水质组分的影响31-33
• 3.2.3 异养菌衰减系数b_H对系统水质组分的影响33-34
• 3.2.4 氧半饱和常数K_(OH)对系统水质组分的影响34-36
• 3.2.5 硝酸盐饱和常数K_(NO)对系统水质组分的影响36-37
• 3.2.6 最大比增长速率系数(?)_A对系统水质组分的影响37-39
• 3.2.7 自养菌衰减系数b_A对系统水质组分的影响39-41
• 3.2.8 自养菌氨氮饱和系数K_(NH)对系统水质组分的影响41-42
• 3.2.9 自养菌氧饱和系数K_(OA)对系统水质组分的影响42-44
• 3.2.10 缺氧条件下(?)_H修正系数ηg对系统水质组分的影响44-45
• 3.2.11 水解速度修正系数ηh对系统水质组分的影响45-47
• 3.2.12 氨化速率Ka对系统水质组分的影响47-49
• 3.2.13 最大比水解速率k_h对系统水质组分的影响49-50
• 3.2.14 缓慢可降解基质水解半饱和系数Kx对系统水质组分的影响50-52
• 3.3 A/O系统工艺参数对废水水质组分的影响分析研究52-62
• 3.3.1 污泥泥龄对废水水质组分的影响52-54
• 3.3.2 内回流比对废水水质组分的影响54-56
• 3.3.3 污泥回流比对系统水质组分的影响56-58
• 3.3.4 好氧池占系统总体积的比例对废水水质组分的影响58-59
• 3.3.5 好氧池氧气浓度对水质组分的影响59-61
• 3.3.6 缺氧池氧浓度对水质成分的影响61-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 天山污水处理厂现有工艺运行过程的计算机模拟64-83
• 4.1 EFOR软件介绍64
• 4.2 EFOR模拟系统中污水水质组分的估测方法64-71
• 4.2.1 污水处理厂常规检测数据转换为EFOR模型组分的方案64-68
• 4.2.2 EFOR模拟系统中的水质组分的测定方法研究68-71
• 4.3 EFOR模拟系统中的动力学参数估测研究71-73
• 4.4 天山污水处理厂概况73-75
• 4.4.1 废水水质及服务范围73-74
• 4.4.2 天山污水处理厂工艺流程74-75
• 4.5 天山污水处理厂现有工艺运行情况计算机模拟75-83
• 4.5.1 天山污水处理厂运行数据收集75-76
• 4.5.2 天山污水处理厂与EFOR模拟系统的数据转换方案76-79
• 4.5.3 天山污水处理厂工艺流程的模型化79
• 4.5.4 天山污水处理厂计算机模拟结果与分析79-83
• 第五章 天山污水处理厂脱氮改造工艺方案的选择和计算机模拟83-108
• 5.1 容积不变的生物脱氮改造83-98
• 5.1.1 生物脱氮改造工艺选择83-85
• 5.1.2 天山污水处理厂改造流程的最佳运行工艺参数组合的确定85-86
• 5.1.3 模拟结果与讨论86-97
• 5.1.4 天山污水处理厂改造工艺最大处理流量预测97-98
• 5.2 当考虑水量增大时的改造方案98-108
• 5.2.1 扩建工艺流程的选择98-103
• 5.2.2 对A/O工艺的混合液回流比的优化控制103-104
• 5.2.3 对A/O工艺流程的优化控制104-106
• 5.2.4 天山污水处理厂改造工艺最大处理流量预测106-108
• 第六章 结论和建议108-111
• 6.1 结论108-109
• 6.2 建议109-111
• 参考文献111-117
• 附录117-123
• 攻读硕士学位期间发表的论文123-124
• 致谢124

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