楊 青¹ 甘樹應(yīng)² 劉遂慶¹
1. 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 200092　2.上海市環(huán)境科學(xué)研究院 200235

前　言

　　在沒有很明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝中，人們曾多次觀察到同時硝化/反硝化現(xiàn)象。同時硝化/反硝化不需單獨設(shè)置缺氧段，容易滿足處理過程對碳源和堿度等條件的要求。對反應(yīng)過程很好地進(jìn)行分析，將使其應(yīng)用范圍更廣泛。

1、Carrousel氧化溝中的同時硝化/反硝化現(xiàn)象

　　Carrousel氧化溝有很長的污泥齡，非常適合世代周期長的硝化細(xì)菌生長，進(jìn)水pH值始終保持在7.0，污泥回流比1：1，系統(tǒng)中的污泥濃度MLSS在3000mg/L左右，污泥沉降比SV％70～85％，CODCr的去除率始終在95%以上。

　　Carrousel氧化溝溶解氧分布見圖2，上層0.8～1.5mg/L，下層0.5～0.8mg/L，兩個曝氣葉輪之間的溶解氧濃度是逐漸降低的，且下層溶解氧低于上層，但各溝道內(nèi)并沒有明顯地形成缺氧段。由圖3各種形態(tài)氮變化可知，在6個溝道中氨氮始終保持很低的濃度，說明顯著的硝化反應(yīng)在這些溝道中發(fā)生，但TN在持續(xù)下降，硝態(tài)氮濃度基本保持不變，在溝道的各部分硝態(tài)氮的形成和消耗速度幾乎相等，這就表明硝化及反硝化反應(yīng)在Carrousel氧化溝中同時發(fā)生。

2、Carrousel氧化溝數(shù)學(xué)模型的建立

　　Carrousel氧化溝是推流式與完全混合式反應(yīng)器的最佳結(jié)合。小試中葉輪1和2的轉(zhuǎn)速較快，混合充分，將這兩個反應(yīng)區(qū)假設(shè)為理想的完全混合反應(yīng)器。葉輪3轉(zhuǎn)速較慢，只起推動水流的作用，基本未起到充氧的作用，因此葉輪2后的各溝道與葉輪1、2之間的各溝道均假設(shè)為理想的推流式反應(yīng)器，模式見圖4。

　　對于Carrousel氧化溝工藝，其中兩個完全混合反應(yīng)器等體積，V₁＝V₃=0.0125m³，溶解氧在1.0～1.5mg/L左右，為簡化模型，在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型時分別將其規(guī)定為常數(shù)1.5和1.0mg/L。推流式反應(yīng)器V₂＝0.0545m³，V₄＝0.14m³。Carrousel氧化溝工藝顯著的特點是混合液體頻繁的循環(huán)形成很高的混合液體循環(huán)率，取液內(nèi)循環(huán)比R＝20，污泥回流比r=1。
　　根據(jù)活性污泥1號模型寫出反應(yīng)速率方程，對應(yīng)于完全混合反應(yīng)器和推流式反應(yīng)器分別寫出物料衡算方程。對應(yīng)于每一反應(yīng)器將各方程聯(lián)立，便可組成一個多元微分方程組，即為單位微元的各種反應(yīng)物反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。以自養(yǎng)菌為例，CFSTR反應(yīng)器中動力學(xué)反應(yīng)方程式如下：

　　

PF反應(yīng)器中動力學(xué)反應(yīng)方程式：

　　

3、動態(tài)模擬

　　活性污泥模型中的動力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計量學(xué)參數(shù)取ASM1中的推薦值，并根據(jù)實際溫度對參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。采用龍格庫塔法求解由4個反應(yīng)器組成的微分方程組，從而得出模擬的出水水質(zhì)(見圖5～8)，模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)之間較為吻合。

4、結(jié)論

　　4.1 Carrousel氧化溝各溝道內(nèi)并沒有明顯地形成缺氧段，實驗室小試數(shù)據(jù)顯示硝化及反硝化反應(yīng)在Carrousel氧化溝中同時發(fā)生；
　　4.2 Carrousel氧化溝中的葉輪和溝道反應(yīng)區(qū)，實現(xiàn)了完全混合和推流式反應(yīng)器的最佳結(jié)合。將葉輪1、2、兩個反應(yīng)區(qū)假設(shè)為完全混合反應(yīng)器，葉輪2后的溝道及葉輪1、2之間的各溝道分別假設(shè)為推流式反應(yīng)器，建立了Carrousel氧化溝的數(shù)學(xué)模型，即

　　4.3利用活性污泥1號模型進(jìn)行動態(tài)模擬，模擬結(jié)果與實測值較吻合，驗證了所建模型的正確性。