采用数学模型进行污水处理厂运行模拟的研究

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苏州科技学院硕士学位论文
摘要
摘 要
针对我国污水处理厂面临的运行控制水平低，未达到应有的设计负荷；运行费用 高，能源消耗量大等现状。采用数学模型来解决污水厂面临的问题具有重要的意义。 然而， 建立能反映污水厂实际运行状况的模型， 目前尚未提出一套公认的方法。 因此， 找到建立污水厂模型的系统方法至关重要。 本课题结合苏州市吴中区城区污水处理厂二期工艺的实际运行状况，围绕厌氧+ 氧化沟工艺，以 BioWin 软件为平台，应用 ASM2 模型对该污水厂的运行进行数学模 拟，从而建立一个能反映污水厂实际运行状况的数学模型。 根据氧化沟沿程实测 DO 的变化趋势， 采用若干个曝气与非曝气的完全混合反应 池的串联来近似代替氧化沟的工艺性能， 提出了三种污水厂工艺模型方案。 通过分析、 比较三种方案主要出水水质指标、污泥分布特征和沿程 DO 的模拟变化情况，最终确 定了较为合理的污水厂工艺模型：将曝气转碟下游 4m 的区域设为曝气池，其余区域 设为非曝气池， 采用若干个完全混合的曝气池和非曝气池的串联来近似代替氧化沟的 工艺性能，是较为合理的氧化沟工艺模型建立方法。 采用污水厂历史数据对模型进行稳态模拟，通过比较出水水质（COD、氨氮、 TN、TP、SS）和系统污泥分布（氧化沟污泥浓度、回流污泥浓度）的模拟结果与实 测结果的拟合程度。结果表明，通过调整部分废水特征参数（非降解溶解 COD，颗 粒性不可生物降解 COD，易生物降解溶解性 COD） ，动力学参数（氨氧化菌最大比 生长速率，聚磷菌最大比生长速率） ，二沉池最大沉降速率，污水厂模型的模拟结果 与实测结果拟合较为理想，污泥浓度和出水 COD 拟合的平均相对误差都＜10%；出 水氨氮、TN、SS 拟合的平均相对误差＜10%，绝对误差＜1mg/L；出水 TP 拟合的绝 对误差＜0.1mg/L。 采用实测动态进水数据对校准后的污水厂模型进行动态模拟， 通过比较出水水质 （COD、氨氮、硝态氮、TN、TP、SS）和系统污泥分布（氧化沟污泥浓度、回流污 泥浓度） 。验证结果表明，模型的动态模拟结果与实测结果拟合理想，污泥浓度、出 水 COD、 氨氮、 硝态氮、 TN、 SS 的模拟结果与实测结果变化趋势的直观比照较理想， 50%以上模拟点的相对误差在 20%以内；出水 TP 模拟结果与实测结果变化趋势的直 观比照较理想，50%以上模拟点的绝对误差在 0.1mg/L 之内。进一步验证了所建立的 吴中区城区污水厂模型能基本反映污水厂的实际运行状况。 最后，总结了模型校准过程中的关键点： ①首先校准系统的污泥分布， 系统的污泥分布主要受废水特征参数——非降解颗 粒 COD，和运行参数——剩余污泥排放量影响。其中，剩余污泥排放量对污泥分布 的模拟最为明显。
II
Master Dissertation of Suzhou University of Science and Technology
Abstrac t
Abstract
Most of wastewater treatment plants in China faced up with many problems, such as low operation control level, low operation load which was lower than design load, high operation cost, and high energy consumption. It was so important to resolve these problems on wastewater treatment plants with mathematical model. But, there was no standard method for building a model which can reflect the actual operation situation of the wastewater treatment plant. So, it was crucial to find out a method for building a model of wastewater treatment plant. According to the operation of the urban WWTP in Wuzhong District of Suzhou, ASM2 was used to simulate the operation of the oxidation ditch process in the wastewater treatment plant with the BioWin software. The model can reflect the real operation status of the plant fairly. Three process models of the wastewater treatment plant were put forward with measured DO change tendency along the oxidation ditch, and using series of aerated and unaerated completely mixed reaction tanks instead of oxidation ditch. From effluent, sludge distribution, and simulated DO change tendency along the oxidation ditch, three process models were analyzed and compared, the most reasonable process model of the wastewater treatment plant was chosen at last. The area which located in 4 meters downstream of aeration disc for aerated tank, other area for unaerated tank. It was the most reasonable method for setting a oxidation ditch process model. The steady-state simulation of the model was carried out with the historical data of the wastewater treatment plant, by comparing simulated results and measured results of effluent (COD、ammonia、TN、TP、SS) and sludge distribution of system(MLSS of oxidatin ditch, Return activated sludge). The results showed that, by adjusting some of wastewater characteristic parameters (such as inert soluble COD in total influent COD, inert particulate COD in total COD, readily biodegradable substrate in COD), and some of kinetic parameters (such as maximum specific growth rate of ammonium oxidation bacteria, maximum specific growth rate of PAOs), maximum vesilind settling velocity of secondary clarifier, the simulated results of the model and the measured results were ideal fitting. The average relative error was less than 10% for sludge distribution and effluent COD; the average relative error was less than 10%, and absolute error was less than 1mg/L for effluent ammonia、TN、SS; absolute error for effluent TP was less than 0.1mg/L. Dynamic simulation of the model was carried out with measured influent data, by
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苏州科技学院硕士学位论文
采用数学模型进行污水处理厂运行 模拟的研究
硕士研究生： 顾晓丹 指 导 教 师： 黄 勇（教授） 学 科 专 业： 环境工程
苏州科技学院
环境科学与工程学院
二 O 一二年六月
Master Dissertation of Suzhou University of Science and Technology
Simulation of Operation of the Wastewater Treatment Plant with Model
Master Candidate: Gu Xiaodan Supervisor: Major: Prof. Huang Yong Environmental Engineering
分类号：X703 档案号：2012-01-227-083002-45-024
密 级：公 开 学 号：0911021029
硕 士 学 位 论 文
（2012 届）
采用数学模型进行污水处理厂运行 模拟的研究
研究生姓名 指导教师姓名 专 业 名 称 研 究 方 向 论文提交日期
顾晓丹 黄 勇（教授） 环境工程 水污染控制工程 2012 年 6 月
I
苏州科技学院硕士学位论文
摘要
②校准出水 COD， 因为出水 COD 的主要影响因素是废水特征参数——非降解溶 解 COD，同时，出水 COD 模拟值受其他模型参数的影响不大。 ③校准出水氨氮浓度， 氨氧化菌最大比生长速率在很大程度上决定了出水氨氮的 模拟值。同时，在模拟出水氨氮时，还需要特别注意水温的变化情况，因为水温会影 响氨氧化菌最大比生长速率的变化。 ④在模拟出水硝态氮和 TN 时，需要特别注意系统的外回流量。外回流量会很大 程度上影响出水硝态氮和 TN 的模拟值。 注意：在校准出水氨氮、硝态氮和 TN 时，需要把三种出水氮的形式联系起来一 起校准，因为三种氮是相互影响的，同时，在校准出水氮模拟值的过程中，需要结合 对系统的分析，对其进行合理校准。 ⑤在模拟出水 TP 时，系统的外回流量也会对出水 TP 的模拟值有影响，同时， 聚磷菌最大比生长速率会大大影响 TP 模拟值。 ⑥出水 SS 的模拟主要是受二沉池最大沉降速率影响。 关键词： ASM2， 污水厂，氧化沟，运行模拟
Suzhou University of Science and Technology School of Environmental Science and Ewk.baidu.comgineering
June, 2012
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