城市污水脫氮除磷過程模擬及工藝優(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)計方案的選擇、優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、實現(xiàn)過程優(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，本文研究內(nèi)容圍繞城市生活污水脫氮除磷基質(zhì)轉(zhuǎn)化過程和活性污泥數(shù)學(xué)模型展開，并在此基礎(chǔ)上對應(yīng)用活性污泥數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)工藝過程優(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象，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥工藝(以下簡稱CAS)、A/O脫氮工藝(以下簡稱AON)、A/O除磷工藝(以下簡稱AOP)和A/A/O工藝(以下簡稱AAO)四種實驗室小試裝置連續(xù)流監(jiān)測數(shù)據(jù)和間歇批式試驗，考察了各種運(yùn)行參

3、數(shù)及進(jìn)水條件對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)。 實驗研究的重點集中于對生物強(qiáng)化除磷過程(包括反硝化除磷)規(guī)律的探討。設(shè)計批式試驗比較了合成與實際污水中聚磷菌代謝的顯著差異，根據(jù)試驗結(jié)果，實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。反硝化除磷過程具有節(jié)省碳源和能量的優(yōu)點，有必要對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)計序批試驗考察了缺氧條件下普通異養(yǎng)菌與聚磷菌對碳源的競爭規(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有限碳源存在競爭且各自按照其固有的動力學(xué)模式利用碳源。試驗中觀察到乙酸對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，反硝化聚磷菌無法進(jìn)行反硝化除磷代謝，這與目前對反硝化除磷過程的理解不同。

5、 結(jié)合實驗與機(jī)理研究，以ASM2D數(shù)學(xué)模型對連續(xù)流及批式實驗結(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)計量參數(shù)和動力學(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。PAOs缺氧生長的抑制因子，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。針對制約模型應(yīng)用與推廣的

6、模型校核與維護(hù)問題，結(jié)合對實驗室小試裝置以及交互式生化物化反應(yīng)器的模擬，對模型維護(hù)應(yīng)注意的問題進(jìn)行了總結(jié)并。利用遺傳算法編制計算機(jī)程序探討了利用計算機(jī)輔助進(jìn)行模型參數(shù)校正，嘗試根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來優(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時控制的需要，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。參照國際水協(xié)控制策略評價標(biāo)準(zhǔn)所建立評價方法對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)模型建立起來的除磷工藝仿真試驗研究表明，應(yīng)用該控制策略對污水處理廠的運(yùn)行進(jìn)行實時控制在理論上可行，基于MATLAB/Simulink 工具箱開發(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)行問題整合為一個數(shù)學(xué)最優(yōu)規(guī)劃問題。