活性污泥工艺的设计计算方法比较(2)

值比最小值大 l 2 . 5倍多。同时，y值的变化幅度达1 0 0%, 取值的。值的变化幅度达 8 7 . 5%,实际计算是很难. .

3传统设计方法存在的问题

已建成的污水处理厂运行实践证明，上述两种设计方法计算简单，成果可靠，可以保证污水处理厂出

流程不一定是最佳的，对系统控制问题的考虑也不够充分{。王闯[ 1 9 1在用 A S M模型设计污水厂时，对设计的工艺进行模拟，模拟结果表明稳态模拟出水 T N 浓度低于 1 5 m g/ L,而动态模拟出水 T N浓度却高于2 0 mg/ L。

水达到排放要求。但就目前运行的情况来看，城市污水处理厂的设计还存在很多问题：

1 )传统设计方法偏于安全、保守，增大了污水厂的基建费用以及后期的运行成本。例如成都市三瓦窑污水处理厂 B O D 为 2 0 0 m g/ L,而 1 9 9 3年 l~ 7月份

4数学模型法

本文数学模型法以 A S M1为例，介绍用活性污泥

的实际值为 1 4 4 . 2 9 mg/ L,实际值比设计值低，造成曝气池容积偏大 n“。蒋克彬[ 1 2 1等人指出一座设计处理规模为 4 0 0 0 0 m / d的污水处理厂，在实际运行中处理量只有 7 0 0 0 r l l / d,同时，进水水质浓度低。设计的两组 A , O系统和 4台鼓风机在实际运行中只用到 1组系统和 1台鼓风机，而且在曝气池中段取水样监测，就已经达到排放标准。

数学模型设计污水处理厂的方法。4 . 1 A SM1简介

A S M1主要特点是以 C OD物料平衡

为计算基础， 用矩阵形式描述浓度、反应速率、动力学参数和化学计量学系数之间的关系；描述了污水中好氧、缺氧条件下所发生的水解、有机物降解、微生物生长、衰减

等 8种反应，共有 5个化学计量系数和 l 4个动力学

2 )传统设计方法以经验为主，我国的设计规范中推荐的设计参数取值范围大，而这些参数的设定完全依靠经验，对设计经验少的人来说，参数的取值是一个很大的困难。如果说保守的设计只是带来无谓的投资的话。那经验不足的设计便会导致完工后无法补救

参数；共包括 1 3种水质组分，并把它们分为溶解性组分 (以 s表示 )和颗粒性组分 (以 x表示 )两大类。 在活性污泥系统里，每个组分的生物反应速度等于该组分在各个生物反应过程中的速度之和，用数学方程可表示：

活性污泥工艺的设计计算方法比较

中国千丛暑靠己v￣ j p j=

周传庭：活性污泥工艺的设计计算方法比较( 3 )

城建院论文增刊

此外，还假设颗粒性组分经过二沉池时占总悬浮固体的比例不变，则有：

l

式中：r 为A S M1矩阵中的第 i个组分在活性污泥系统中的生物反应速度； v ,为A S M1矩阵中的第 i个组

鲁 x:誓t

XI

、

( 9 )

分在第 .,个过程中的化学计量系数； ,为A S M1矩阵中的第，个生物反应过程基本速率的数学表达式。4 . 2设计方法

根据式 ( 7 )、( 8 )和( 9 )得出回流到反应器中颗粒

性i组分的含量为：

活性污泥系统的反应器物料平衡模式可用图 1表

Q o r’ j ( + ) Q o X f I l一赢“料平衡方程：

( 0 )

示。p表示污水流量；V表示曝气池的体积；c表示水质组分 (包括溶解性组分和颗粒性组分 );

把式 ( 1 O )代人式 ( 4 )中，可得到颗粒性组分的物

表示回流比；下标 0表示进水项；下标 f表示曝气池出水项；下标 e表示二沉池出水项；下标 W表示剩余污泥排出项；下标 r表示回流项；下标 i表示水质组分在 A S M1矩阵中的序号。

等- 9 g。 0 ‰ .厂一+ V r i程的方程组：

( 1¨ 1 )

对于稳态的活性污泥系统，物料平

衡方程等号左面的累积项为 0。由式 ( 5 )、( 6 )和( 1 1 )可得含 l 3个方

f o: ( S 0 . j— S f I ) Q 0+ V r ( 1, 2, 9, 1 0, 1 1, 1 3 ) { 0=【 Q o S 0, 8+ L a s w— J— Q o ￡ 8]+ 8 ( 1 2 ) lQ。 o’ j一面 . L f, i+ ( 3, 4, 5, 6, 7, )通过解上述方程组，可以进行污水处理厂的设计。图1曝气池物料平衡示惹图.

可以求得曝气池的体积，反应器内氧传输系数污泥龄 S RT,以及剩余污泥排出量△。

根据数学模型的建模原则 (即单位时间单位体积系统内组分的变化量，等于进入该系统的组分总量，减去离开该系统的组分总量，加上该组分的反应总量 ),则以反应器为边界的物料平衡方程：dC— =

A X= Q ∑:

3, 4, 5, 6, 7, 1 2 )

( 1 3 )

由上述可知，数学模型描述活性污泥系统生物反( 4 )

[《 c o,,+ R Q o C r, 一 ( 1+ R ) Q o C 0】+

应的运行过程和状态，全面考虑影响生物反应的各种水质组份，将各种生物反应过程有机地组合在一起。

Ul

对于完全混合反应器内中的溶解性组分，若假设 S L J= ￡ I,则式 ( 4 )变为— z=( S o,,一Sf d ) Q o+V rI l l

比传统的设计计算方法有了更好的理论基础。它解决了传统的设计计算方法只能对一个反应器进行分析计算的难题，可以多个反应器进行设计，只需多每个反应器进行物料平衡，求解含 1 3 * n ( n为反应器的个数 1 个方程的方程组。

d S

( 5 )

对于溶解氧，物料平衡应考虑人工曝气因素：dS—

=

Ul

s o 8+,

L a【 ( w一 8 J— O o S￣, 8】+ V r 8 ( 6 )

,

、

但是用数学模型进行设计，在国内还存在着困难。首先，A S M1包括 5个化学计量参数。1 4个动力学计量参数。虽然国外已给出了这些参数的参考值，

式中： L a为反应器内氧传输系数；C s w为反应器内混合液溶解氧饱和度。对于颗粒性组分，丘，的值应根据污泥

龄 ( S R T) 确定。为了简化计算，在这里做一系列假设。 对于二沉池，假设不发生生化反应，在稳态条件

但是由于这些参数有着地域性，随着污水水质的不同而不同，盲目套用国外的参数值肯定是不行的。其次，A S M1中 1 3种组分是无法从我国目前的常规检测数

下为了简化，又假设进人二沉池的所有颗粒性组分都得到了沉降，所以二沉池中的污泥由所有的颗粒性组分构成，同样可根据物料平衡，认为进入二沉池中颗粒性 i组分存在下面的关系：( 1+ )Q o Xf,￣=( R Qo+ )置f 污泥龄 . 可表示： ( 7 )

据中得到，它们都需要设计人员根据实际污水水质和

.处理工艺的要求确定具体数值，其中多数要经过大量监测分析后才能得出，而且不同的污水有不同的数值。 最后，数学模型计算复杂，尤其当对多个反应器进行设计时方程组中的方程个数巨大。5结语