摘 要：本文運(yùn)用自行開發(fā)的活性污泥模型MATLAB模擬程序?qū)χ貞c市唐家橋污水廠COD去除及生物脫氮改造進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明，應(yīng)用活性污泥1號(hào)模型能夠充分考慮廢水生物處理自身的特點(diǎn)和工藝特性，較為深入地反映活性污泥生物反應(yīng)過程的主要?jiǎng)討B(tài)行為，滿足對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效模擬的要求，具有很好的實(shí)用性。

1.前言

國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)（International Association on Water Quality，IAWQ）的活性污泥模型的應(yīng)用是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。它無論是在污水處理廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、改造，還是在廢水處理技術(shù)的研究與開發(fā)方面均有重要的實(shí)用價(jià)值，在國(guó)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(guó)在模型的應(yīng)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(jī)物去除和異養(yǎng)菌生長(zhǎng)模型為基礎(chǔ)，提出了一個(gè)改進(jìn)模型，并利用批量反應(yīng)器試驗(yàn)技術(shù)對(duì)模型參數(shù)YH、bH、μmax和Khs等的值進(jìn)行了測(cè)定，得出了與文獻(xiàn)資料相吻合的結(jié)果。但該模型過于簡(jiǎn)單，只考慮了COD的去除過程且并未進(jìn)行適用研究；張立對(duì)EFOR程序在國(guó)內(nèi)污水廠的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究，對(duì)水質(zhì)水量的變化過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，表明這種基于ASM1和ASM2的模擬軟件可以使用于我國(guó)污水廠。我國(guó)不少城市污水處理廠有錢建得起，卻無法維持正常運(yùn)行，除資金缺乏外，操作運(yùn)行和管理人員技術(shù)和管理水平低，難以掌握和操作技術(shù)復(fù)雜的處理過程和設(shè)備也是一個(gè)原因?；钚晕勰嗄Ｐ蛙浖膽?yīng)用將會(huì)大大提高設(shè)計(jì)和管理的自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化工作內(nèi)容，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理工作的效率和水平。另外，我國(guó)在今后幾年內(nèi)將有大批污水處理廠需要設(shè)計(jì)和管理，也有相當(dāng)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(guó)的應(yīng)用是非常重要的。所以，當(dāng)務(wù)之急，是邁出具體使用的步伐，通過實(shí)驗(yàn)收集大量數(shù)據(jù)，得出適合于我國(guó)國(guó)情的模型參數(shù)及各地區(qū)城市污水特征，同時(shí)選出幾個(gè)不同處理工藝的活性污泥法污水處理廠作為試點(diǎn)，使用ASM進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模擬，分析其結(jié)果，從而逐漸縮小我國(guó)在模型使用方面與國(guó)外的差距，提高設(shè)計(jì)和管理水平，減少投資和運(yùn)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(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)的活性污泥1號(hào)模型ASM NO.1及自行開發(fā)的MATLAB程序?yàn)楣ぞ?，?duì)模型進(jìn)行參數(shù)校核與驗(yàn)證之后，用于對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法的運(yùn)行過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬，并以計(jì)算機(jī)模擬為工具指導(dǎo)生物脫氮改造，提高總氮的去除效率。研究驗(yàn)證了模型在我國(guó)的實(shí)用性，建立一種城市污水處理廠計(jì)算機(jī)模擬的新方法，為推動(dòng)活性污泥模型在我國(guó)的深入研究和應(yīng)用積累資料。

3．結(jié)果與討論

3.1 模型參數(shù)的校核
輸入唐家橋污水廠的平均運(yùn)行數(shù)據(jù)和IAWQ給出的模型參數(shù)的典型值，模擬結(jié)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(shí)測(cè)值存在較大的誤差。所以需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行校核。這里以靈敏度分析為基礎(chǔ)，綜合考慮過程機(jī)理來確定需要校核的參數(shù)。程序運(yùn)行表明，將μH從6.0d-1增大到8.1 d-1、KH從3.0gCOD/(g細(xì)胞CODod)增大到4.05gCOD/(g細(xì)胞CODod)，KS從20.0 gCODom-3減小到13.0 gCODom-3后，計(jì)算結(jié)果最接近實(shí)測(cè)結(jié)果。校核前后的計(jì)算出水COD、TN濃度如圖1所示。

3.2 驗(yàn)證

為了驗(yàn)證靜態(tài)校核后的模型是否能夠普遍適用于動(dòng)態(tài)進(jìn)水，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，結(jié)果見圖2?？梢钥闯觯M值與實(shí)測(cè)值吻合很好，表明靜態(tài)校核后的模型能夠很好的模擬動(dòng)態(tài)進(jìn)水。

3．3唐家橋WWTP運(yùn)行過程模擬

用所開發(fā)的模擬程序分別模擬了有機(jī)物負(fù)荷、流量、溫度和溶解氧濃度變化對(duì)出水COD和含氮組分濃度的影響，模擬結(jié)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(shè)計(jì)只考慮有機(jī)碳的處理，沒有涉及脫氮。因此，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改造。本研究探討了在反應(yīng)池容積不變的前提下將原系統(tǒng)改造成前置反硝化系統(tǒng)的可能性，尋找混合液回流比r2、缺氧區(qū)占總體積的比例r，以及缺氧區(qū)溶解氧濃度DO1的最佳組合，使在保證出水COD在排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的條件下，總N的去除效率最高。
本研究對(duì)內(nèi)循環(huán)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(jì)算結(jié)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(nèi)循環(huán)比r2 = 100%，缺氧區(qū)占總反應(yīng)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(gè)百分點(diǎn)。

3．5討論

本文運(yùn)用自行開發(fā)的活性污泥模型MATLAB模擬程序?qū)χ貞c市唐家橋污水廠COD去除及生物脫氮改造進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明，應(yīng)用活性污泥1號(hào)模型能夠充分考慮廢水生物處理自身的特點(diǎn)和工藝特性，較為深入地反映活性污泥生物反應(yīng)過程的主要?jiǎng)討B(tài)行為，滿足對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效模擬的要求，具有很好的實(shí)用性。IAWQ的活性污泥模型，適合我國(guó)污水處理廠研究、管理和輔助設(shè)計(jì)的需要，值得推廣。

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