传统活性污泥过程COD去除及脱氮改造的模拟

张代钧 陈丹琴 卢培利 刘颖
(重庆大学环境科学系 重庆 400044)

1.前言

　　国际水质协会（International Association on Water Quality，IAWQ）的活性污泥模型的应用是当今国际上的研究热点。它无论是在污水处理厂的设计、运行管理、改造，还是在废水处理技术的研究与开发方面均有重要的实用价值，在国外已得到了成功、广泛的使用（F.Coen，B.Vanderhaegen et al.,1997；?zer Cinar et al.,1998 ； H.M.VAN VELDHVIZEN et al.，1999；DAMIR BRDJANOVIC et al.，2000）。我国在模型的应用方面起步较晚，黄勇、王宝贞等(1992，1995，1996)以IAWQ ASM NO.1（Activated Sludge Model NO.1）的有机物去除和异养菌生长模型为基础，提出了一个改进模型，并利用批量反应器试验技术对模型参数YH、bH、μmax和Khs等的值进行了测定，得出了与文献资料相吻合的结果。但该模型过于简单，只考虑了COD的去除过程且并未进行适用研究；张立对EFOR程序在国内污水厂的应用进行了初步研究，对水质水量的变化过程进行了动态模拟，表明这种基于ASM1和ASM2的模拟软件可以使用于我国污水厂。我国不少城市污水处理厂有钱建得起，却无法维持正常运行，除资金缺乏外，操作运行和管理人员技术和管理水平低，难以掌握和操作技术复杂的处理过程和设备也是一个原因。活性污泥模型软件的应用将会大大提高设计和管理的自动化程度，简化工作内容，降低劳动强度，增强污水处理厂设计和运行管理工作的效率和水平。另外，我国在今后几年内将有大批污水处理厂需要设计和管理，也有相当部分已建普通污水厂要考虑脱氮除磷的改造。在这种形式下，研究和推广IAWQ的活性污泥模型在我国的应用是非常重要的。所以，当务之急，是迈出具体使用的步伐，通过实验收集大量数据，得出适合于我国国情的模型参数及各地区城市污水特征，同时选出几个不同处理工艺的活性污泥法污水处理厂作为试点，使用ASM进行静态、动态模拟，分析其结果，从而逐渐缩小我国在模型使用方面与国外的差距，提高设计和管理水平，减少投资和运行成本。

2．研究方法

　　本研究以重庆市唐家桥污水处理厂为研究基地，以国际水质协会的活性污泥1号模型ASM NO.1及自行开发的MATLAB程序为工具，对模型进行参数校核与验证之后，用于对传统活性污泥法的运行过程进行计算机动态模拟，并以计算机模拟为工具指导生物脱氮改造，提高总氮的去除效率。研究验证了模型在我国的实用性，建立一种城市污水处理厂计算机模拟的新方法，为推动活性污泥模型在我国的深入研究和应用积累资料。

3．结果与讨论

　　3.1 模型参数的校核
　　输入唐家桥污水厂的平均运行数据和IAWQ给出的模型参数的典型值，模拟结果（图1）表明出水TN得到了很好的模拟，但出水COD 的模拟值与实测值存在较大的误差。所以需要对一些参数进行校核。这里以灵敏度分析为基础，综合考虑过程机理来确定需要校核的参数。程序运行表明，将μH从6.0d-1增大到8.1 d-1、KH从3.0gCOD/(g细胞CODod)增大到4.05gCOD/(g细胞CODod)，KS从20.0 gCODom-3减小到13.0 gCODom-3后，计算结果最接近实测结果。校核前后的计算出水COD、TN浓度如图1所示。
　　3.2 验证
　　为了验证静态校核后的模型是否能够普遍适用于动态进水，进行了动态模拟，结果见图2。可以看出，模拟值与实测值吻合很好，表明静态校核后的模型能够很好的模拟动态进水。
　　3．3唐家桥WWTP运行过程模拟
　　用所开发的模拟程序分别模拟了有机物负荷、流量、温度和溶解氧浓度变化对出水COD和含氮组分浓度的影响，模拟结果见图3。
　　3．4污水厂脱氮改造的模拟
　　唐家桥污水处理厂的设计只考虑有机碳的处理，没有涉及脱氮。因此，需要对该系统进行改造。本研究探讨了在反应池容积不变的前提下将原系统改造成前置反硝化系统的可能性，寻找混合液回流比r2、缺氧区占总体积的比例r，以及缺氧区溶解氧浓度DO1的最佳组合，使在保证出水COD在排放标准以内的条件下，总N的去除效率最高。
　　本研究对内循环回流比r2分别取100%、200%、300%和400%，体积比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。计算结果表明，改造后的出水COD有所升高，但基本保持在35~36mg/L之间。选择DO1=0.1mg/L ，内循环比r2 = 100%，缺氧区占总反应池的体积比rV =1/2的组合。出水总氮浓度为22.75mg/L，去除效率为50.9%，比单一好氧工艺的脱氮效率提高了16个百分点。
　　3．5讨论
　　本文运用自行开发的活性污泥模型MATLAB模拟程序对重庆市唐家桥污水厂COD去除及生物脱氮改造进行了模拟研究，结果表明，应用活性污泥1号模型能够充分考虑废水生物处理自身的特点和工艺特性，较为深入地反映活性污泥生物反应过程的主要动态行为，满足对系统的动态变化进行有效模拟的要求，具有很好的实用性。IAWQ的活性污泥模型，适合我国污水处理厂研究、管理和辅助设计的需要，值得推广。

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　　联 系 人：张代钧 教授