活性污泥法动力学模型的研究与发展_彭永臻

道采用耐腐蚀的玻璃钢管道。

长距离、高水头、高压力、完全重力式输水管路排气十分重要,设计根据地形隆起点全线120km内设置了排气阀88个,排泥阀57个,检修闸门220个,各种不同转角弯头414个,各种连接三通175个。

由于网前压力随用水量大小浮动,为保证压力稳定在高位调节水池出口,进入网前的管道上设置了两组消能调流阀,其主要作用为流量、压力控制、事故控制、均恒供水正常运行控制。

为降低温变应力避免爆管,设计要求错开高温季节施工,否则需增加22个管道伸缩节,并要求钢管探伤射线检查合格后允许回填。

埋地钢管安装前应做好防腐绝缘,焊缝部位未经试压不得防腐,在运输和安装时应防止损坏防腐层,钢管内防腐采用高分子聚合无毒涂料(普通级)二底二面,外防腐采用高分子聚合涂料。地下水较浅、基础干燥处采用三布一油,地下水位高,基础潮湿及管件过河处全部采用重加强四油两布防腐。过虾池、盐碱地处增加阴极保护措施,阳极采用锌铝阳极,钢管内外喷砂除锈。

★作者通讯处:110006沈阳南湖南五马路185巷3号

辽宁省城乡建设规划设计院

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　收稿日期:2000-4-24

活性污泥法动力学模型的研究与发展

彭永臻　高景峰　隋铭皓

提要　通过介绍前国际水质协会(IAWQ)最新推出的第三套活性污泥法动力学模型(ASM3),来探讨活性污泥法动力学模型的发展。ASM3进一步弥补了其前身ASM1的不足与缺陷,更适合于编制计算机代码。ASM3可以预测活性污泥系统的耗氧量、污泥产量、硝化和反硝化。在ASM3中,衰减(溶菌)过程是以内源呼吸理论为基础的。ASM3强调了转换系数和胞内贮存物的重要性。

关键词　活性污泥法动力学模型3(ASM3)　硝化　反硝化　耗氧量　动力学参数

0　活性污泥法数学模型概述

1942年Monod提出了以米-门公式为基础的M onod方程,在此基础上Eckenfelder、McKinney、Law rence和M cCarty等人建立了活性污泥法数学模型。这些数学模型都是静态的,仅考虑了污水中含碳有机物的去除,其中1970年推出的Law rence-M cCarty模型,强调了生物固体停留时间SRT的重要性,在污水处理学术界得到了比较广泛的承认。

活性污泥法动态模型主要有3种:机理模型、时间序列模型和语言模型。语言模型主要指专家系统,其研究尚处在初始阶段。时间序列模型又称为辨识模型,对监测控制系统的要求较高。机理模型目前主要有3种:①Andrews模型:特点是引入底物在生物絮体(活性污泥)中的贮存机理,区别溶解和非溶解性底物,解释有机物的快速去除现象,预测实际中观察到的底物浓度增加时微生物增长速度变化的滞后现象和耗氧速率的瞬变响应特性。②W Rc 模型:强调了非存活细胞的生物代谢活性,认为有机物的降解可以在不伴随微生物量增长的情况下完成,以此解释在应用M onod动力学根据有机物的去除预测微生物量增长时出现的问题。③IAWQ(原IAWPRC现IWA)模型:1985年IAWQ推出了活性污泥法1号模型(Activated Sludge Model No.1; ASM1),ASM1包含13种组分,8种反应过程,此模型先进之处在于它不仅描述了碳氧化过程,还包括含氮物质的硝化与反硝化,但它的缺陷是未包含磷的去除;1995年,IAWQ专家组又推出了ASM2,它不仅包含污水中含碳有机物和氮的去除,还包含了生物除磷和化学除磷过程,ASM2包含19种物质, 19种反应,22个化学计量系数及42个动力学参数; IAWQ专家组于1998年推出了ASM3。活性污泥动力学模型为新工艺的开发、辅助设计、污水厂的运行

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管理、教学提供了强有力的工具。本文就ASM 3的发展作一些简要介绍。1　ASM 模型的理论基础

ASM 1、ASM 2排除了传统的维持(M ainte -nanc e )理论和内源呼吸(Endogenous Respiration )理论,而采取了Dold 等人1980年所提出的死亡-再生(Death Regeneration )理论对微生物衰减过程进行了模型化处理;而ASM 3采取了内源呼吸理论。上述3种不同的微生物衰减理论如图1所示

。

图1　微生物3种衰减理论

2　ASM3

2.1　ASM3的水质特性

ASM 3[1～2]假定污水中含溶解性组分S 和固形

物组分X 。其中S 有7种,X 有6种,共13种组分。IAWQ 活性污泥法模型中用COD 代表传统的BOD 5来表征污水中有机物含量及生物固体含量。

溶解性组分S :

①S O [M (O 2)L -3]:溶解氧;

②S I [M (COD )L -3

]:可溶惰性有机物,假定不可降解,来源于进水或由X S 水解而来;

③S S [M (COD )L -3]:易降解有机底物(COD ),这部分可以直接被异养菌利用,在ASM3中假定它首先被异养菌吸收,然后以X STO 的形式贮存。S I +S S 基本上等于总的可溶COD (能通过0.45μm 膜过滤器);

④S NH [M (N )L -3]:氨和铵,一般假定都是铵;

⑤S N 2[M (N )L -3]:N 2,假定是反硝化的唯一产物,它可以预测是否由于二沉池中N 2过饱和而引起气泡以及污泥上浮问题,进水和气体交换而带入的N 2不予考虑;

⑥S NO [M (N )L -3]:硝态及亚硝态氮,亚硝态氮不是模型的一个组分,在所有的生化反应中,认为

S NO 只是NO -3;

⑦S ALK [mol (HCO -3)L -3]:污水碱度,可估计

生化反应中贮存电荷的能力,也可预先判断污水的

pH 值是否太低,因为低pH 值会抑制许多生化反应。

固形物组分X :

⑧X I [M (COD )L -3

]:固形惰性有机物,假定不可降解,来自进水或生物的衰减;

⑨X S [M (COD )L -3]:可缓慢生物降解的有机底物,是高分子量的胶体、颗粒状有机物,必须经过胞外水解后才能降解,假定X S 水解成S I 和S S ,这是与ASM 1不同的,所有的X S 来自进水,并假定它被截留在0.45μm 膜过滤器上; 10X H [M (COD )L -3]:异养菌,在好氧条件下都可以生长,大多数X H 在缺氧时可进行反硝化,X H 负责水解X S ;在适宜的环境条件下,都能利用所有可生物降解的有机底物。它们可形成胞内贮存物PHA 或糖元,在ASM 3中,它们除进行胞外水解外,

不进行任何厌氧行为;

1X STO [M (COD )L -3

]:异养菌的胞内贮藏物,包括PHA 和糖元等物质,它的出现只与X H 有关,但不包括在X H 之内,此项无法分析检测到,只是个功能参数,在COD 的分析中可能检测到,但必须满足COD 守恒,在化学计量中,假设此项的组成是(C 4H 6O 2)n ;

12X A [M (COD )L -3]:硝化菌;

13X TSS [M (TSS )L -3]:总悬浮物,引入此项是为了通过化学计量计算TSS 的浓度,TSS 是污水厂日常检测的项目之一,如果进水中包含无机的TSS ,那么从ASM 3预测所得的TSS 中对此也应该有所体现,如果采用化学法除磷,那么形成的沉淀物也必须算在进水的TSS 中,也可以用X TSS 预测VSS ,这需要选择相应的TSS 组分系数(表5中的i T S ?)。

固形物组分与活性污泥相关联(絮集其上或含于其内),可在沉淀池中沉淀。而溶解性组分只能随水输送,并且只有溶解性组分可带电荷。ASM 3与ASM1、ASM 2的重要区别是溶解性和固形物组分可以用0.45μm 膜过滤器很好地区分辨别,而在ASM1和ASM2中,X S 可能会被留在滤出液中。2.2　矩阵

表1为化学计量系数矩阵,是以矩阵的形式来

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