（市政工程专业论文）完全混合式连续进出水间歇曝气工艺的仿真研究.pdf

中文摘要 摘要 活性污泥法是利用微生物的生命活动来降解和转移污水中有机污染物的一种 有效方法，是目前世界上处理城市生活污水和工业有机废水的主要途径。活性污 泥法是一个生物过程，机理复杂，并且具有很大的时变性，需要较多地考虑其动 态行为和动态特性。为了实现对污水处理工艺过程和处理效果的预测，污水处理 过程的仿真模拟研究显得十分重要。 本文综述了活性污泥模型的发展，详细介绍了活性污泥1 号模型( a s m l ) 。根 据完全混合式连续进出水间歇曝气( c f i a ) z 艺的性质和特点，对活性污泥l 号模 型进行了适当的改造，增加了一组表达该工艺溶解氧变化的方程，以期适用于该 工艺运行的仿真模拟，并基于v b 6 0 开发环境，开发出相应的仿真系统。 活性污泥1 号模型包括7 个含碳有机物、4 个含氮物质、碱度和溶解氧1 3 种 组分，其测定方法操作简单且准确可靠，对该模型的推广应用非常重要。根据现 有的水质组分测定方法，结合活性污泥1 号模型组分划分的原理，本论文总结了 一套适用于实际生产的水质组分测定方法。 在重庆市城南污水处理厂( w w r p ) ，应用水质组分测定方法，测定城市生活污 水的水质组分，并应用生产性实验数据对开发的仿真系统进行校核。结果表明校 核后的仿真系统能够较好地模拟污水厂的实际运行状况，应用该系统对c f i a 工艺 不同流量和曝气停曝工况下的反应器性能进行预测，并提出了优化工况。 关键词：活性污泥l 号模型，模拟与仿真，连续进出水间歇曝气工艺 英文摘簧 a b s t r a c 蕈 a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，w h i c hc o l l s n m e st h es u b s t r a t e si nw a s t e w a t e rb y m i c r o o r g a n i s m sm e t a b o l i s m ，h a sb e e ne x t e n s i v e l yu t i l i z e df o r t h es e c o n d a r yt r e a t m e n t o fm u n i c i p a la n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e r t h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si sab i o l o g i c a l o n e ，w h i c hh a sc h a r a c t e r i s t i co fc o m p l i c a t e dm e c h a n i s ma n dt i m ev a r y i n g i ti s e s p e c i a l l ye s s e n t i a l t o p r e d i c tt h er e s u l t so ft r e a t m e n tb ys i m u l a t i o n 。s om a n y r e s e a r c h e r sr e c o g n i z et h ei m p o r t a n c eo fm a t h e m a t i c ss i m u l a t i o nr e s e a r c ho f 1 l e w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s t h i sp a p e rs u m m a r i z e dt h ed e v e l o p m e n to fa c t i v a t e ds l u d g e sm o d e l ，a n d i n t r o d u c e dt h ea c t i v a t e ds l u d g em o d e ln o 1 ( a s m l ) i n t e n s i v e l y t h ep a p e rd e v e l o p e da s i m u l a t i o ns o f t w a r ef o rt h ec o n t i n u o u sf l o wa n di n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt e c h n o l o g yw i t h c o m p l e t e l ym i x e da c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ( c f i a ) ，b a s e do nv i s u a lb a s i c 6 0a n d a s m l ， t h es i m p l e e x p e r i m e n t a i m e t h o d sf o rd e t e r m i n a t i o no fa s m l st h i r t e e l l c o m p o n e n t ss u c ha ss e v e nc a r b o n a c e o u so r g a n i cm a t t e r ，f o u rn i t r o g e n o u sm a t t e ri s i m p o r t a n tt oa p p l yt h em o d e l t h ep a p e rs u m m a r i z e de x i s t i n ge x p e r i m e n t a lm e t h o d sf o r a s m l ，sc o m p o n e n t s , a n db r i n gf o r w a r das u i to f m e t h o d sf o rt h ea p p l i c a t i o n t h ed e v e l o p e ds i m u l a t i o ns o f t w a r ew a sc a l i b r a t e da n dv a l i d a t e db yt h er e a l o p e r a t i o nd a t ao fw 玎pc h e n g n a ni nc h o n g q i n g t h er e s u l t ss h o wi t ss i m u l a t i o n e f f e c tw e l l 。t h ee f f l u e n tq u a l i t yw a sp r e d i c t e db yt h es o f t w a r ew h e nt h ec o n d i t i o n sw a s c h a n g e d ，s u c ha si n t e r m i t t e n ta e r a t i o no p e r a t i o nc y c l e st i m ea n di n f l u e n tv o l u m e ，a n d t h eo p t i m a lo p e r a t i o nc y c l ew a sd e t e r m i n e d k e y w o r d s ：a s m l ，m o d e l i n ga n ds i m u l a t i n g , c o n t i n u o u sf l o wa n di n t e r m i t t e n ta e r a t i o np r o c e s s i l l 独创性声明 本人声明所呈交懿学位论文跫本人在导耀指导下避行酶囊秀究_ i 佟及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成聚，也不包含失获得羹废盍堂 或其他教育视捣的学位或证书两使用过的奉手瓣。与我一同工作的闻志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者躲掇辱签字啉妒卢啪易日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭太堂 有关保留、使用学位论 文酶魏定，有毅景螫并巍藿家有关蘸门或祝镌送交论文豹复窝俘鞫菇鑫， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 重麽太堂 可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不傈密) 。 ( 请只在上述个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：糍 导师签 v 队f 订 签字日期：沏绛歹月立妒霸熊字目期：哆年，弼娇 1 前害 1 前言 水资源是基础性自然资源，是生态环境的控制性因爨之一，同时又是一个国 家综合蚕力兹霉蘩缝或帮分。我毽农姿源卡分短袋，人踢承资源砉毒爨凌藩毽雾 第1 1 0 位，已被列为世界上最贫水的1 3 个豳家之一。据预测，2 0 3 0 年前后当中国 人口增至1 6 亿时将出现用水高峰，人均水资源量将由现在的2 2 0 0 m 3 i f - 降至1 7 6 0 m 3 年，穗运国际爝农紧张标准( 按照国琢上的一般标准，人均承资源量少予1 7 0 0 m 3 年为雳承紧张国家) h l 。目前，在全国6 0 0 多个城市中，脊4 0 0 多个城市常年供永 不足，其中1 1 0 多个城市严重缺水，日缺水鹱达1 6 0 0 万立方米，年缺水量6 0 亿 立方米，天律、长春、青岛、藩山和烟台等大中城市已受到水资源短缺的严重威 耱f 2 l 。 与此同时，我国水环境的污染加剧了水资源的匮乏。至2 0 0 1 年，我国城市污 水年排放量已达3 2 9 亿吨，其中绝大部分瓣水未经有效处理而排入江河湖海，污 永楚疆厂不是4 6 0 痤，蠛市污拳处理率不是鹌。全重9 0 以上豹城市承域受翼 不闻程度的污染，其中4 0 的城市受至重发污染，大约7 5 以上的湖泊帮5 3 静 近岸海域受到显藩污染。污染融造成我国j 厦5 0 的重点城镇的集中饮用水源不符 合取水标准p j 。 免韭乏，建设攀监“卡五”诗翻绣要对污求处瑾事曛发震提崮了瓣赣基标， 即；“十五”期间，新增城市污水处理能力2 6 0 0 万立方米，日，到2 0 0 5 年，城市污 水处理率达到4 5 ，所有城市都必须建设污水处理设施。预计期间用于污水处理 戆慧投资薅超过l 转 z i 元。 由此可知，摆在我国污水处理工作者丽前的既是挑战也是机遇。肇就污水处 理拽术而言，我豳与发达国家相比，在其熬本理论、工慧流程和工程设计等方面 并不骥显落后，缎是在污永她联设备、装备毒4 造和运用计算机进行运行德纯与自 动仡管理方面却襻在着较大静藏距。蚕蓠，我莺虢帝污承处理厂静堍永耗电量是 发达国家的近两倍，运行管理人员数也是蕊若干倍。因此，利用计算机技术，对 我阑污水处理系统进行运行优化和自动化管理的研究与威用具有重要的科学意义 与疲簇份篷。 重庆大学硕士学位论文 l 。1 污水处理技术工艺发展 水中湾染物 无机物 非萋篡罄 卜嚣 有机物 b 瑟魏 嚣 图1 1 污水中污染物划分 f i g i t h es p e c i e so f c o n t a m 谳o n 遮w a s t c w a t 口 城市污水主要由生活污水和工业污水组成，其中含有各种备样的污染物，分 类蠡蚕1 1 。其整理技零接处理嚣标豹演变经赁了霆令发矮除袋1 4 】。早期懿浮承处 理是利用物理方法去除污水中的悬浮物、漂浮物及通过重力可以沉降的固体颗粒， 又称为一缀处理。随着人们认识水平的提高，发现了水中的有机污染物对擞态环 境豹危害，因此有机浮染物和悬浮鼷俸豹去除成为污水处理熬主要目标，污水的 处理技术墩进入嚣魇鸯瀚方法进幸亍皴瑾豹二缀楚瑾除段。到7 上毽纪的六、七十 年代，随精常规二级生物处理技术的酱及，人们发现仅仅去除有机污染物和悬浮 物还是不够，氨氮的存在依然会导致水体的黑臭域溶解氧浓度过低，这一问题的 出瑷使零瓣二级生浆楚理羧末麸革魏熬毒壤饕去狳发爱妥有飘黪；| 霹羹氯懿联合去 除，即污水的硝化和反硝化处理。到上世纪七、八十年代，豳于水质富营葬化日 益严重，污水氮磷去除的实际需要使污水处理进入了深度二级处理阶段。目前我 国豹太多数污本处理厂对城市污承粒工业污隶懿处理主要停蟹农二级处理阶段。 污水的二级处理方法有多茅孛，可分为婷氧处醺法和厌氧鲶疆法两大类。城市 污水处理领域主要使用好氧处理法，厌氧处理法则主要用于处理高浓度的有机工 业废水。污水盼好氧处联又分为活性污泥法和生物膜法两大类。前者是水体自净 瓣天工强繇，后者是主壤鸯净匏入王疆健。在这魏楚理方法中软活性污混法应羯 最广，就我国而言，己建的及在建的污水处理厂+ 中大约有8 0 以上采用此法。 2 1 前言 1 2 活性污泥工艺的发展 活性污泥法的产生可追溯到上两个世纪。1 8 8 2 年，h a g t h e 和s m i t h 向污水中 鼓入空气，开始了污水曝气处理的最初尝试。1 9 1 2 年，h w c l a r k e 在劳伦斯实验 站进行了以微生物、曝气净化污水的间歇式研究。1 9 1 2 1 9 1 3 年间，g j f o w l e r 博士在参观了劳伦斯实验站后，建议达雷霍姆污水厂的e a r d e m 和w l o c k e t t 进行 类似的实验。他们于是采用了将絮凝状污泥再生并回流入曝气区的方法，获得了 高水平的净化效果；并于1 9 1 4 年4 月，在英国的化学工业学会上以题为无需滤 池的污水氧化试验的论文报告了他们的研究成果。以后就将1 9 1 4 年定为活性污 泥法的创始年。1 9 1 7 年在英国的曼彻斯特污水厂建立了第一座生产性活性污泥曝 气池。1 9 2 3 年在上海建成了我国第一座活性污泥法污水处理厂一闸北区污水处理 厂 5 】a 活性污泥法具有处理能力高、出水水质好等优点，但传统活性污泥法不仅运 行费用较高、能耗较大，而且对n 、p 等营养物质去除效果有限，随着在实际生产 上的广泛应用和技术上的不断革新改进，特别是近四十年来，在对其生物反应和 净化机理进行深入研究探讨的基础上，活性污泥法在生物学、反应动力学的理论 方面和工艺方面都得到了长足的发展，出现了各种新的工艺流程，其中包括：吸 附一生物降解( a d s o r p t i o n b i o d e g r a d a t i o n ，即a b ) 工艺，厌氧好氧( a o ) m 艺， 厌氧一缺氧一好氧( a n a e r o b i c - - a n o x i c - - o x i c ，即a 2 0 ) 工艺，氧化沟( o x i d a t i o n d i t c h ，即o d ) 工艺，升流式厌氧污泥床( u a s b ) ，序批式间歇活性污泥法 ( s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ，即s b r ) 等。 从活性污泥法的发展历史可知活性污泥法经历了以下发展： 1 ) 曝气形式一从间歇式到连续式再到间歇式； 2 ) 曝气池中流态从推流到完全混合； 3 ) 提高氧的转移能力一从空气曝气到纯氧曝气、深井曝气； 4 ) 曝气设备一从机械曝气到鼓风曝气。 下面简要介绍活性污泥法的几种新工艺： 1 2 1 吸附一生物降解( a b ) 工艺 a b 法是二十世纪七十年代，由联邦德国亚琛( a a c h e n ) 工业大学的b b 6 h n k e 教授开发的一种新的污水处理方法。整个系统不设初沉池，其第一段( a 段) 和 第二段( b 段) 的微生物群落严格分开，各自形成独立的系统，a 段以短h r t 、 短s r t 运行，其中以短世代的原核细菌占优势；b 段以细菌、原生动物占优势。a 段以很高的污泥负荷( 2 6 k g b o d k g i v i l s s d 1 ) 运行，而b 段则以常规负荷( o 1 0 3k g b o d k g m l s s d 1 ) 运行。a b 法对水质变化和冲击负荷的承受能力较强，不 3 重庆大学硕士学位论文 易发生污泥膨胀，且其有定的脱n 、除p 功能。由于a b 法搠有高效、稳定、经 济、灵活镣优点，蜃疆鬟有广媾的发簇空露。 1 2 2 氧化沟( 0 d ) 工艺 氧化沟工艺又称循环曝气池，怒5 0 年代由荷兰的p a s v e e r 开发的一种污水生 秘跫理鼓术瓣，氧纯沟一般星嚣鍪海蘩凝，平瑟多必薅园墼或壤影，总长可越遗吾 米，深度为2 5 米。谯流态上，氧化淘介于完全漓合和推流之间。氧化淘对永质、 水量的波动有较强的适成性，可不设初沉池，也可与二沉池合建，采用较低b o d 负萄，类似予延对曝气法，污泥龄一般为1 5 3 0 d ，具有反硝化脱氮功能，浮泥量 极少，且融稳定，无需漓亿。氧纯溺鸯多释变型，鲡：c a r r o u s e l 氧化沟、o r b a t 氧 化沟、交替式氧化沟、以及曝气一沉淀一体化氧化沟等。 氧化沟处理技术与熊它生物处理技术相比，鼹有以下几个明显的技术、经济 特熹： 1 ) 处理流程简单、操作管理方便； 2 ) 构造形式多样、运行较为灵活； 3 ) 爨水农震良好、哥戳实现黢氮； 4 ) 蕊建投资省、遂行费用低。 1 2 3 序批式间歇活性污泥法( s b r ) s b r 的前身为充摊式反应池( f i l l a n d d r a w r _ e a e t o r ) 。二十世纪七十年代初， 宙美蓬l i r v i r l e 教授等发起了阉歌式滔经污嚣法的磷究 7 1 ，劳予1 9 8 0 军在秘第安 纳州c u l v e r 投产了第一个s b r 厂。s b r 的运行分为：进水、反应、沉淀、摊水、 空载排泥五个工序，s b r 工艺是被美国环保局和嗣本下水道协会评估了的为数不 多夔富鸯鼙凝意义亵较撩竞争力静瘦永生魏跫溪袭术之一秘】。s b r 其毒垮纯水震， 工艺简单，处理效率稳定，耐冲击负旖强，出水水质好，操僚菇活，占地面粳少 等优点。 1 2 ，4 厌氧一缺氧一好氧( a 2 o ) 工艺 a 2 o2 1 2 艺是2 0 餐筑7 0 年代，蠡l 荚莺静一些专家在厌氧一好氧( a 一0 ) 脱氮 工艺的基础上开发的。a 2 o 工艺的出现是污水处理工艺在功能上的一次革新，它 实现了在浮水生物二级处理过程中，同时去除c o d 、b o d 5 和n 、p 的目的。 1 3 序批式间歇活性污泥法工艺概况翻 序批试间歇活性污泥法( 又称序批式反应器，s e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ，简称 s b r ) ，是泼年来在国内终被广泛重搅帮磅究毽趋域多兹一秘浮窳生物处理技术， 已有一些囊产性装置投入运行。 s b r 谯处理废水时的操作过程包括如下五个阶段：进水期( 或称充水期) ； 4 反应期；沉淀期；排水期；闲置期。s b r 的运行工况以间歇操作为主要 特征。所谓序列间歇式有两种含义：一是运行操作在空间上是按序列、间歇的方 式进行的；二是每个s b r 反应器的运行操作在时间上也是按次序排列间歇运行的。 s b r 主要有下列特点：工艺简单，调节池容积小或可不设调节池，不设二次沉 淀池，无污泥回流；投资省，占地少，运行费用低；反应过程基质浓度梯度 大，反应推动力大，处理效率高：耐有机负荷和有毒物质负荷冲击能力强，运 行方式灵活，静止沉淀，出水水质好；厌氧( 缺氧) 和好氧过程交替发生，泥 龄短且活性高，同时脱氮除磷。在s b r 法工艺的运行过程中，除需要根据处理规 模合理确定曝气池的数量以及相应的操作运行方式外，还需要合理地控制处理过 程的运行周期。其中主要考虑以下几个方面的问题：1 ) 充水时间的控制；2 ) 曝 气方式的选择；3 ) 污泥沉降性能的控制；4 ) 运行周期的合理确定。 由于s b r 在时间和空间上运行操作的灵活性，使得s b r 在发展过程中呈现多 样性，开发出了许多s b r 改良工艺，下面简要介绍两种。 1 3 1i c e a s 工艺 i c e a s ( i n t e r m i t t e n t c y c l i c e x t e n d e d a e r a t i o ns y s t e m ) 工艺的全称为间歇循环 延时曝气活性污泥工艺。此工艺是澳大利亚新南威尔士大学与美国a b j 公司的 m e r v y nc g o t o n d x y 合作开发的。其特点是在反应器的进水端增加一个可预反应 区，运行方式为连续进水，间歇排水，没有明显的反应和闲置阶段；其优点是在 处理市政污水和工业废水方面比传统s b r 费用更省、出水效果更好。我国最早采 用此工艺的是上海市中药制药三厂，于1 9 9 1 年投产。对该工艺处理效果监测的结 果表明，b o d 5 去除率可达到9 9 1 9 9 4 ，c o d 去除率可达9 5 9 9 7 o ， n i t + 一一n 去除率达7 5 1 7 8 4 ( 未按脱氮除磷方式运行) 。 1 - 3 - 2c a s s ( c a s t ，c a s p ) 工艺 循环式活性污泥工艺( c y c l i ca c t i a v a t e ds l u d g es y s t e m ，c a s s ) ，也被称为 c a s t ( c y c l i ca c t i a v a t e ds l u d g et e c h n o l o g y ) 工艺或c a s p ( c y c l i c a c t i a v a t e ds l u d g e p r o c e s s ) 工艺。该工艺是g o r o n s z y 教授在i c e a s 工艺的基础上开发出来的。c a s s 的整个工艺为一问歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气一不曝气过程的不 断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。因此，它是 s b r 工艺及i c e a s 工艺的一种更新。 c a s s 工艺与传统的活性污泥处理工艺及s b r 工艺相比有以下四个方面的特 征：( 1 ) 根据生物选择原理，利用与主反应区分建或合建、位于系统前端的生物选 择器对磷的释放、反硝化作用及对进水中有机底物的快速吸附与吸收作用，增强 了系统运行的稳定性；( 2 ) 可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应性和 操作的灵活性；( 3 ) 根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使废水在反应 5 重庆大学硕士学位论文 器的流动黧魂出整体撼浚蔗在不同区域内为完全濑合的复杂流态，不仅保诞了稳 定鲍处理散柒，两且掇篱了容狡群瘸率：( 垂) 逶逶辩供氧速率静蔽裁，佼反斑器淤 厌氧一缺氧好氧一缺输一厌氧的序批方式运行，使其具有优良的脱氮除磷散果， 降低了运转费用。 c a s s 工艺与绩绞s b r 工艺不鬻之楚在予：( 1 ) c a s s 工艺程送承跨段不没单 纯的充水过程或缺氧进水混合过程：( 2 ) 在反应器的进水处设生物选择器。生物 选择器是一容积较小的污水污泥接触区，进入反威器的污水和从主反应器内回流 魏活蛙污滋 微生物在沉淀区中不进行生纯及纛； 8 ) 沉淀隧内颗粒物质沉淀完全，污泥没有累积，且固液分离随好： 9 ) 忽略一个周期内活性污泥的增殖和减少； 1 0 ) 爱应器凑微生物弱琴枣嚣窝浓度匙予歪拳状态。 本章中使用的各级分，化学计嫩学和动力学参数的符号及单位与i w a 的 a s m l 一致。组分j 的浓度p j 的速率方程以d q d t 表示。以下标k 表示第k 个子过 程，i 表示避水，0 表示如水，r 表示回流，w 表示废弃。q 必流量，v 为及应器 体积。 3 2 3 建立数学模型 图3 2 为c f i a 工兹物流图，建模的质量守憾范围为图中威线框内所示。根据 搂鍪瓣壤浚条俘，建立数学模鍪。该模鍪考塞了s s ，x s ，) ( b 醚，x b a ，x p ，s w a ， s n o ，s n d ，x n d ，s o1 0 个组分和8 个生化过程。 阖歇醛气涟 厂、 友采毡送求疆 f 沉淀区 l s sx ss x n d s s os w a 弋 s s ，os m s s 3 x s i x b h x b a x p s n d 。x n d js n o , 口sn j s k o , is n 珏j 回流浮拢q r t 剩余污自 i啪、， w x 脚 ix b 脚。v - b a , w 孙 l 一| = 兰竺| x “ 图3 2c f i a 工艺过程物流圈 f i g 3 , 2 m a t t e rf l o wd i a g r a mo f t h ec f i ap r o c e s s 2 4 ! 堑茎堂堂垄囹壁堡皇三茎l 曼! ! 堂堕塞丕堑堕壅皇 1 ) 数学模型通式 ( a ) 氧的质量守恒 活性污泥反应器中氧的质量守恒是由曝气设备向混合液的充氧输入和混合液 降解有机物不断消耗溶解氧所维持的。由l e w i s 和w h i t m a n 的“双膜理论” 7 1 1 可 知曝气设备向混合液的充氧能力，其在清水中的充氧效率可表示为： = = & d ( e s o ) ( 3 1 ) 口z 式中，d s g d t _ 水中溶解氧浓度变化速率，m g l - h ； k ia 一传氧系数，1 m ； c r 在所测的温度、压力和盐分下的饱和溶解氧浓度，m g l ： s 0 一时间t 时水中溶解氧浓度，m g l 。 k l a 不仅受到曝气设备本身的结构、尺寸以及运行条件的影响，而且同一曝气 设备的k l a 随水质和温度变化而不同。一般规定，在2 0 c 、1 个标准大气压下， 用脱氧清水进行试验，这样求得的k l a 值称为标准传氧系数。同时，饱和溶解氧 浓度c 。也随水质和温度而变化。可用以下三式来反映： k l a w = a k l a k l a w ( t ) = k l a w ( 2 0 ) 占7 2 0 ( 3 2 ) ( 3 3 ) c 。= d 。c 。( 3 4 ) 式中，k l a 。( t 卜温度t 。c 时的传氧系数，1 h ； k l a w ( 2 0 卜2 0 。c 时的传氧系数，1 h ； k l a w - 一混合液中的传氧系数，1 h ； c 。w _ 一混合液的饱和溶解氧浓度，m g l ； n 、腓正系数； 蝴度修正系数，1 0 0 8 1 0 4 7 ，常用1 0 2 4 。 同时在间歇曝气反应器中，由于微生物好氧和曝气装置的开停，引起活性污 泥混合液溶解氧s 。的变化。 综合以上，式( 3 1 ) 经过修正后可得间歇曝气反应器中s o 的变化速率为： 旦； = 臣。d 。( c 二一s 。) 一只 ( 3 5 ) “i 式中，r _ 活性污泥的耗氧速率或氧吸收率( o u r ) ，m g l h ： k l a w 一曝气装置开时为混合液中的传氧系数k l a 。，停时为零，l m 。 重庆大学硕士学位论文 由a s m l 模型可得r = 一7 一( d 班s o - ) 女，带入式( 3 5 ) ，且等式两边同乘曝气区体 积v 可得： 矿(dso)=vkla。(c。-so)+矿fdsoclt a t ) ( 3 6 ) t ( b ) 其它组分的质量守恒 由进出反应器物质的量和反应器消耗( 或生成) 物质的量的质量守恒可得， 其它组分的速率方程为： 矿( 鲁) = 魄，一q o p j q o p j 厂，矿；e ) 。 ( 3 7 ) 矿孑) 2q j d 。，一 ，。一q w 乃，w + 矿莩詈) t 。7 假设经过二沉池沉淀后，回流污泥的浓度为曝气池中混合液的m 倍，且出水 中可溶性组分的浓度不变，则由式( 3 7 ) 可得其它组分的数学模型通式为： 矿( 誓) 吃- q 。矿q 。鸭+ 矿莩( 鲁) 。 ( 3 8 ) 2 ) 数学模型 整个模型是由各组分的质量守恒方程组成的一阶常微分方程组，方程的个数 等于模型中变量的个数( 1 0 个) 。整个系统的模型如下： 1 y ( 争= q f a s , i - q o s s - o + v 军( 争。 ( 3 9 ) 2 y ( 警) = q f 玛- o - q 溅+ 矿莩( 警k ( 3 1 1 0 ) 3 y ( 警) = 0 - 0 - q 。横。+ y 莩( 譬) 。 ( 3 4 ，( d x 优s a ) = 0 - 0 - q 。艘。+ 矿莩( 警) t ( 3 1 2 ) 5 ，( d x 班p ) = 0 - 0 - q 。梢，+ 矿莓( 鲁) 。 ( 3 1 3 ) 6 矿( 等) = q i s n h , i - - q o s 。- o + v 莩夸k ( 3 1 4 ) 3 连续进出水间歇曝气工艺( c f i a ) 仿真系统的建立 7 矿( 孥) = o i s n o , i - - q 鼯摹( 鲁) t 矿( _ d s n dj ： d tq t s n d , ，- q o * 莩( 譬) t 9 矿争心z n d , i - - 0 - - q 。耐mw 7 ( d x 矿n 。) t 1 0 矿e - k 肌( c , 。- s o 炒莩( d 讲s o ) t 其中： 莩( 百d s s 驴( 一击m + 4 m ， 2 孓警卜”f ，) ( 4 圳_ 3 莩争卜4 + 呜_ 4 ) d ：( b a 一) k = a 3 - 4 s 莩譬驴似+ a s ) 6 莩( 鲁卜( 4 + a 2 + a 3 ) 一击4 “ ，莩夸卜一甓4 + 专4 s 莩夸驴小4 9 莓( - 扰- s v ”- ) t = ( i n 一i ”) ( 6 * + b a z “) 一彳s m ，莩c 舡一半4 一等 2 7 ( 3 1 5 ) ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) ( 3 1 8 ) ( 3 1 9 ) ( 3 2 0 ) ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) ( 3 2 3 ) ( 3 2 4 ) ( 3 2 5 ) ( 3 2 6 ) ( 3 2 7 ) ( 3 2 8 ) 重庆大学硕士学位论文 3 3 水质经分的确定 3 3 1 迸永组分转换方程 ( 1 ) c o d 组分浓度的确定 按a s m l 的c o d 缀分划分，经道初沉池处理的城市生活污水中，总c o d 可 爱下式表示： c o d i = s s 。i + x s ，i + s li 十x i ，i + x b h i q - x b a ，i + x ni ( 3 2 9 ) 但在般的城市生活污水中，x b h 、x b a 、x p 的比例非常小，可以忽略不计。 磺究还表锈，将x 8 h 所代表鲍郡部分霄规物包含程x s 中，对摸羧结果不会农较大 的影响，锻魄时需要选糟更小盼异养麓产率系数y h 。困诧，式( 3 2 9 ) 可蔽简 化为： c o d i = s s ，i + x s i + s i , i + i ( 3 3 0 ) 在搜麓模壅孛，每次部分剩溅羹s s 小憝t i 、瓢i 、x i ，l ，麓嚣蔻瑟言鬟然是 不可能的，而某一地区，在定的时期内，城市生活污水中c o d 各组分占总c o d 的比例大体一定，而a s m l 模型本身所要求的精度并不高。因此，可以用总c o d 分裂乘数一定静晓甥褥魏各缀分豹缓，其式如下： s s ，= c o d i e l ( 3 3 i ) x s i = c o d i + e 2 ( 3 3 2 ) s l i = c o d i e 5 ( 3 3 3 ) x i ，产c o d i 铝 ( 3 3 4 ) ( 2 ) 含氮组分浓度的确定 在一般的城市生活污水中，总氮可用下式表示： 谍希极氮+ 无爨氮 其中带机氮相当予凯式氮测定法测得值( t k n ) ，无视氮相当子n h 3 一n i 、n 0 3 一- n 、n 0 2 - - n i 三者之和。因此可得： 甜吨= t k n i + 凇3 鹊+ n 0 3 一- n _ n 0 2 一m ( 3 。3 5 ) 由a s m t 瓣缀分定义可黯： s n h i _ n h 3 - n i ( 3 3 6 ) s n o + i = n 0 3 一- n + n 0 2 一- n i ( 3 3 7 ) 悉n o z - n 在缄枣生活污东中戆l 甥疆零，一般枣子o 1 m g l ( 霆表5 3 ) ， 是n 0 3 - - n i 的百分之几，因此在本文中忽略不计，从而可得： s n o i - - i 4 0 3 一- n i ( 3 3 8 ) t k n i = t n i 一( n h 3 攥产n 0 3 一一n i ) ( 3 。3 9 ) 而有视氮( t k n ) 中又可分为可溶请性有机氮s n i 、颗粒僚往有梳氮x n i 、s n d 和) ( n d 。可以看出，这与c o d 的划分很相似，因此同理可得： i 整堡鎏望整馨墼堡皇三茎签薹氅2 笙塞垂鏊熬鍪塞 s n d i = - e 3 t k n i ( 3 4 0 ) x n d i _ 。4 * t k n i ( 3 4 i ) s n i i = e 0 - t k ni ( 3 4 2 ) x n i ，i - e 1 i t k n i ( 3 4 3 ) 3 3 2 出水组分转换方程 在a s m l 中s 扣甍、s n t 、) 舔 筠不参与黛纯反应，邋魏鑫覆设德s i 、s n , 遗承 浓度与出水浓度相同，并假定颗粒性物质在= 沉池中的去除率为a ，则可得出水中 各水质指标为： 1 ) c o d o - - s s + 一s bi + ( x s 。糖矗i ) ( 1 一鑫) ( 3 。4 4 ) 2 ) 曰= s n a o + s n o 。+ s n d + o + s n i , i + ( 惦，o + x w i i ) ( 1 一a ) ( 3 4 5 ) 3 ) n h 3 一n o = s n h 。( 3 4 6 ) 4 ) n 0 3 - n o = s n o o ( 3 4 7 ) 3 3 。3 污泥中蠢分浓度静确定( x b a 、x b a 和) 印) 活性污泥中异养菌的浓度x b h 可以通过质量平衡的方法加以计算，计算公式 如下 7 2 】： x b , ，= y a + 筹1 器 强 式中，b x 为污溅龄；0 n 为水力停留时间；c o d d 为去除的c o d 总量( 缀过一个 是够长瓣薅趣，铡翔一个淀磐趱麓) ，隘遗避浮吸纹测量浚溅得霹生秘藤磐蕊 c o d 耐得到它的值。 与x b h 的估测方法类似，活性污泥中自养蔽的浓度x b a 也可以通过自养菌质量 乎衡黝方法加以计冀，计算公式翔- f e 7 2 l ： x e f k 雾。措 限4 式中，吞。是旋应器中豹好蕊罄分：囊j n 祗黄磷佐过程中转化的氮驰麓，可以 通：i 窭孵啜溯定纹热潋测定。 在确定生物固体衰减产生的惰性物质猕时，同样可以霹出稳态下的质量平衡 方程，当自养组分可以忽略时，可以写出下式 7 。l ： x p = x 渊+ 每+ b hx h 岛 和硝酸盐漕糕速率( n u r ) 计 量法、基予物质分子大小的物理纯学法、基于c o d 降解速率豹c o d 诗量法。 1 ) 确定异养菌产率y h 许多测定s s 浓度的方法需要先知道异养菌产举y _ ，可以通过观察可溶憷基质 去藤过程中产皇夔缨豫熬瑟售蓼i l 囊采。将污窳隶群沉淀著过滤袭涂鬏粒经蒸爱， 滤液只食肖可溶性基质，将其用完念混合反应器中驯化的生物蹩接种。周麓性取 样，测定可溶性c o d 和总c o d ，则y h 可由下戏( 4 1 ) 确定【7 5 j ： y h = 尘型黧煞 。1 ) a c o d f 可溶性) 、1 。 式中，c o d ( 细胞) = 总c o d - - c o d ( 可溶性) 。 重复几次后，可以褥到大致的y h 擅。这一测定过程的任何镤差都将影嫡遴水 缝分浓度和箕他参数麓测定。 2 ) 耗氧遮率( o u r ) 计量法 耗氧遮率计量法的旗本原理是：s s 可直接被细胞吸收代谢，是污水中最易降 簿懿部分，它懿洚簿过程对应较毫粒糕氧速率，警英游耗殪尽，徽生穆转繇戳浸 速降解有机物的水解产 j 磐作为代谢熬质时，由于慢速的水解是此过程的限制步骤， 对应的耗氧速率比s s 降解过程低很多，反映在o u r 曲线上是一个速率的究降【7 6 ， 髑月这个突降，可以区分磊降簿有投物s s 和馒遮辩解有规魏x s 。 耗氧速率呼吸法便凳基于此原强设计而成的测定方法，根据反应的条佟和状 态又可细分为o u r 脉冲式计量法和o u r 批量( b a t c h ) 式计擞法。 ao u r 脉冲式计量法 最先螽l 琶l c a m a 疆蠢魏方法圈。蓉零豢疆是在一个目循嚣豫诤迸庆f 繇连续遴承 1 2h ，再停进水1 2h ) 的完全混合活性污泥反应器中，间歇测定殷应器的耗氧速率， 可得到如图4 1 所示的o u r 曲线。 81 62 4 t i m e ( h ) 篷4 。1 番蠢强熬；孛避枣测定宠全瀑台活瞧澎澹反应器o u r 凌线 f i g 4 1 t h ev a r i a t i o no f o u ri na c t i v a t e ds l u d g er e a c t o rw i t h m i x e dc o m p l e t e l ya n dp u l s e c y c l ef l o w 4 仿真软件中水质组分和k l 的实验原理与方法 如图所示，停止进水后不久出现了o u r 的陡降，这是由于在进水阶段反应器 内保持着