城市污水脫氮除磷過(guò)程模擬及工藝優(yōu)化運(yùn)行研究.pdf

1、城市生活污水處理系統(tǒng)作為一種涉及活的主體功能菌的環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)從本質(zhì)上而言屬于一種復(fù)雜系統(tǒng)。各種微生物作為系統(tǒng)主體具有一定的智能性與自適應(yīng)性，它們可以按照各種規(guī)則作出決策，又隨時(shí)準(zhǔn)備根據(jù)接收到的新信息修改自身的行為規(guī)則。仿真技術(shù)是解決上述污水處理復(fù)雜系統(tǒng)各種問(wèn)題的重要工具，利用系統(tǒng)仿真技術(shù)，可探求活性污泥工藝設(shè)計(jì)方案的選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)現(xiàn)過(guò)程優(yōu)化控制以及進(jìn)行事故分析?；钚晕勰嘞到y(tǒng)仿真的實(shí)現(xiàn)是建立在系統(tǒng)仿真模型基礎(chǔ)之上的，而系統(tǒng)仿真模型

2、則又是建立在各種生化反應(yīng)機(jī)理研究基礎(chǔ)上的。因此，本文研究?jī)?nèi)容圍繞城市生活污水脫氮除磷基質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程和活性污泥數(shù)學(xué)模型展開(kāi)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)用活性污泥數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程優(yōu)化控制進(jìn)行了初步探索。 以南方城市典型生活污水為處理對(duì)象，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥工藝(以下簡(jiǎn)稱CAS)、A/O脫氮工藝(以下簡(jiǎn)稱AON)、A/O除磷工藝(以下簡(jiǎn)稱AOP)和A/A/O工藝(以下簡(jiǎn)稱AAO)四種實(shí)驗(yàn)室小試裝置連續(xù)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和間歇批式試驗(yàn)，考察了各種運(yùn)行參

3、數(shù)及進(jìn)水條件對(duì)工藝處理效果的影響；研究了活性污泥法處理生活污水基本工藝中COD、N、P的轉(zhuǎn)化情況；分析和比較了不同工藝污泥中普通異養(yǎng)菌、聚磷菌和自養(yǎng)菌三種重要功能微生物數(shù)量及其特征參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)集中于對(duì)生物強(qiáng)化除磷過(guò)程(包括反硝化除磷)規(guī)律的探討。設(shè)計(jì)批式試驗(yàn)比較了合成與實(shí)際污水中聚磷菌代謝的顯著差異，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際污水中聚磷菌代謝生成的聚β羥基鏈烷酸鹽(PHAs)中除聚β羥基丁酸鹽(PHB)和聚β羥基戊酸鹽(PH

4、V)以外的其他成分大大增加。反硝化除磷過(guò)程具有節(jié)省碳源和能量的優(yōu)點(diǎn)，有必要對(duì)缺氧條件下聚磷菌的表現(xiàn)和代謝規(guī)律進(jìn)行研究。本文設(shè)計(jì)序批試驗(yàn)考察了缺氧條件下普通異養(yǎng)菌與聚磷菌對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)律。根據(jù)研究結(jié)果，上述兩種功能微生物在缺氧條件下對(duì)有限碳源存在競(jìng)爭(zhēng)且各自按照其固有的動(dòng)力學(xué)模式利用碳源。試驗(yàn)中觀察到乙酸對(duì)缺氧反硝化的抑制作用，即當(dāng)環(huán)境中存在數(shù)量較多的乙酸時(shí)，反硝化聚磷菌無(wú)法進(jìn)行反硝化除磷代謝，這與目前對(duì)反硝化除磷過(guò)程的理解不同。

5、 結(jié)合實(shí)驗(yàn)與機(jī)理研究，以ASM2D數(shù)學(xué)模型對(duì)連續(xù)流及批式實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬分析，歸納得到相同進(jìn)水不同工藝條件下功能微生物化學(xué)計(jì)量參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)范圍，初步得到模型參數(shù)隨工藝變化的相關(guān)規(guī)律。以ASM2D數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借鑒相關(guān)除磷代謝模型，在模型中加入易生物降解有機(jī)物對(duì)。PAOs缺氧生長(zhǎng)的抑制因子，引入糖原等組分并加入比例系數(shù)靈活控制以TCA循環(huán)產(chǎn)生還原動(dòng)力的厭氧反應(yīng)比例，建立起更為適用的活性污泥法脫氮除磷數(shù)學(xué)模型。針對(duì)制約模型應(yīng)用與推廣的

6、模型校核與維護(hù)問(wèn)題，結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)室小試裝置以及交互式生化物化反應(yīng)器的模擬，對(duì)模型維護(hù)應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)并。利用遺傳算法編制計(jì)算機(jī)程序探討了利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行模型參數(shù)校正，嘗試根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化模型參數(shù),以保證模型具有相當(dāng)?shù)目尚哦?。在聚磷菌缺氧代謝研究的基礎(chǔ)上，為滿足活性污泥工藝實(shí)時(shí)控制的需要，結(jié)合經(jīng)典的控制理論提出了連續(xù)流生物除磷工藝的一種優(yōu)化控制策略。參照國(guó)際水協(xié)控制策略評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所建立評(píng)價(jià)方法對(duì)該控制策略的效果進(jìn)行了初步考察?；诨?/p>

7、性污泥數(shù)學(xué)模型建立起來(lái)的除磷工藝仿真試驗(yàn)研究表明，應(yīng)用該控制策略對(duì)污水處理廠的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)控制在理論上可行，基于MATLAB/Simulink 工具箱開(kāi)發(fā)的污水處理模擬及控制程序具有良好的應(yīng)用前景。以好氧反應(yīng)器DO濃度、污泥回流比、混合液回流比、混凝劑投加量等為控制變量，基于活性污泥法機(jī)理模型，引入系統(tǒng)論思想與最優(yōu)化技術(shù)提出了一套適用于活性污泥法工藝優(yōu)化運(yùn)行與控制的費(fèi)用目標(biāo)函數(shù)模型，將污水處理廠優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題整合為一個(gè)數(shù)學(xué)最優(yōu)規(guī)劃問(wèn)題。