張代鈞 陳丹琴 盧培利 劉穎
(重慶大學(xué)環(huán)境科學(xué)系 重慶 400044)

1.前言

　　國際水質(zhì)協(xié)會（International Association on Water Quality，IAWQ）的活性污泥模型的應(yīng)用是當今國際上的研究熱點。它無論是在污水處理廠的設(shè)計、運行管理、改造，還是在廢水處理技術(shù)的研究與開發(fā)方面均有重要的實用價值，在國外已得到了成功、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）的有機物去除和異養(yǎng)菌生長模型為基礎(chǔ)，提出了一個改進模型，并利用批量反應(yīng)器試驗技術(shù)對模型參數(shù)YH、bH、μmax和Khs等的值進行了測定，得出了與文獻資料相吻合的結(jié)果。但該模型過于簡單，只考慮了COD的去除過程且并未進行適用研究；張立對EFOR程序在國內(nèi)污水廠的應(yīng)用進行了初步研究，對水質(zhì)水量的變化過程進行了動態(tài)模擬，表明這種基于ASM1和ASM2的模擬軟件可以使用于我國污水廠。我國不少城市污水處理廠有錢建得起，卻無法維持正常運行，除資金缺乏外，操作運行和管理人員技術(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)備也是一個原因。活性污泥模型軟件的應(yīng)用將會大大提高設(shè)計和管理的自動化程度，簡化工作內(nèi)容，降低勞動強度，增強污水處理廠設(shè)計和運行管理工作的效率和水平。另外，我國在今后幾年內(nèi)將有大批污水處理廠需要設(shè)計和管理，也有相當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的應(yīng)用是非常重要的。所以，當務(wù)之急，是邁出具體使用的步伐，通過實驗收集大量數(shù)據(jù)，得出適合于我國國情的模型參數(shù)及各地區(qū)城市污水特征，同時選出幾個不同處理工藝的活性污泥法污水處理廠作為試點，使用ASM進行靜態(tài)、動態(tài)模擬，分析其結(jié)果，從而逐漸縮小我國在模型使用方面與國外的差距，提高設(shè)計和管理水平，減少投資和運行成本。

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，以國際水質(zhì)協(xié)會的活性污泥1號模型ASM NO.1及自行開發(fā)的MATLAB程序為工具，對模型進行參數(shù)校核與驗證之后，用于對傳統(tǒng)活性污泥法的運行過程進行計算機動態(tài)模擬，并以計算機模擬為工具指導(dǎo)生物脫氮改造，提高總氮的去除效率。研究驗證了模型在我國的實用性，建立一種城市污水處理廠計算機模擬的新方法，為推動活性污泥模型在我國的深入研究和應(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 的模擬值與實測值存在較大的誤差。所以需要對一些參數(shù)進行校核。這里以靈敏度分析為基礎(chǔ)，綜合考慮過程機理來確定需要校核的參數(shù)。程序運行表明，將μH從6.0d-1增大到8.1 d-1、KH從3.0gCOD/(g細胞CODod)增大到4.05gCOD/(g細胞CODod)，KS從20.0 gCODom-3減小到13.0 gCODom-3后，計算結(jié)果最接近實測結(jié)果。校核前后的計算出水COD、TN濃度如圖1所示。
　　3.2 驗證
　　為了驗證靜態(tài)校核后的模型是否能夠普遍適用于動態(tài)進水，進行了動態(tài)模擬，結(jié)果見圖2?？梢钥闯?，模擬值與實測值吻合很好，表明靜態(tài)校核后的模型能夠很好的模擬動態(tài)進水。
　　3．3唐家橋WWTP運行過程模擬
　　用所開發(fā)的模擬程序分別模擬了有機物負荷、流量、溫度和溶解氧濃度變化對出水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)計只考慮有機碳的處理，沒有涉及脫氮。因此，需要對該系統(tǒng)進行改造。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在排放標準以內(nèi)的條件下，總N的去除效率最高。
　　本研究對內(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個百分點。
　　3．5討論
　　本文運用自行開發(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行了模擬研究，結(jié)果表明，應(yīng)用活性污泥1號模型能夠充分考慮廢水生物處理自身的特點和工藝特性，較為深入地反映活性污泥生物反應(yīng)過程的主要動態(tài)行為，滿足對系統(tǒng)的動態(tài)變化進行有效模擬的要求，具有很好的實用性。IAWQ的活性污泥模型，適合我國污水處理廠研究、管理和輔助設(shè)計的需要，值得推廣。

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　　聯(lián) 系 人：張代鈞 教授