活性污泥ASM2D与脱氮除磷代谢耦合数学模型的研究及应用.pdf
北京交通大学硕士学位论文 活性污泥ASM2D与反硝化除磷代谢耦合数学模型研究及应用 姓名：**** 学位等级：硕士 专业：市政工程 指导老师：** 摘要 摘要 在众多的污水处理工艺中，活性污泥法因其处理效果好、运行管理方便等特点，在城镇污水厂得到广泛的应用，但活性污泥法的设计和运行水平还非常依赖经验。本研究项目旨在基于活性污泥2D模型建立精确、实用的活性污泥反硝化除磷数学模型，确定典型生活污水的水质特性和模型参数，研究数学模型在污水厂工艺改进改造过程中的作用，推动我国活性污泥数学模型的研究与应用。 为了实现这一目标，研究内容包括建模平台的选择、数学模型的建立、污水水质的确定、模型的标定与验证以及模型在污水厂的实际应用等。本文在回顾国内外活性污泥数学模型研究的基础上，系统阐述了活性污泥工艺的生物反应机理，分析了模型中需要解决的主要问题，清晰地勾勒出了活性污泥数学模型的发展轨迹。选取AsM2D模型为平台，结合生物除磷代谢机理，形成综合性的活性污泥机理模型。污水特性分析是模型应用于实际污水处理厂的前提和基础。本文初步探索了相关模型组分的确定方法，并针对实际城镇污水进行了水质参数的折算。
在此基础上结合实际污水数据对模型参数进行标定。最后。采用综合脱氮除磷模型对滨河污水处理厂的运行进行了稳态和动态模拟。通过实测值与模拟值的对比表明，该模型能较为准确地模拟滨河污水处理厂的A2/O工艺。同时，通过调整污水处理厂的运行方式，初步探索了优化污水处理厂运行的方法。关键词：活性污泥工艺，反硝化，除磷，数学模型，仿真。 北京许多化工企业研究了污泥处理技术，将其应用于市政污水、水处理厂，由于其良好的多发性神经病过程与主动脉旁神经病过程的关系及主动脉瘤性多发性神经病过程及主动脉瘤性多发性神经病过程及主动脉瘤性多发性神经病
为此，本文除了涉及模型选择、模型结构、废水测量、模型计算、模型空缺、模型应用等概念的研究外，还进行了其他相关研究。在回顾大量文献的基础上，本文对数学模型进行了探讨，探讨了污泥处理过程中的生物反应机理。同时，随着慢性炎症和炎症性疾病症状的加重，机械汽化污泥发酵模型的发展趋势如下。在方法的基础上，提出了一种基于数据集成的污泥机械汽化模型，其中包括去除所有磷酸盐。 北京交通大学硕士学位论文对模型的理论研究已经相当深入，但在实际应用中还存在不少问题，其中最主要的问题就是模型参数多，参数取值范围大，辨识困难。
此外,在城市污水特性和模型参数的辨识方法方面,仍需规范、制定和推广活性污泥数学模型,对于提高我国该领域的计算机应用水平、科研设计的准确性和效率,达到国际水平具有重要意义。1.2研究内容与技术路线1.2.1研究内容西方发达国家利用活性污泥数学模型从事污水处理工艺开发、辅助设计和污水处理厂运行管理的精确控制等已相当普遍,而我国在活性污泥法数学模型的应用,特别是反硝化除磷模型的应用研究方面还比较落后。要达到将活性污泥数学模型应用于城市污水厂反硝化除磷的目的,还有几部分工作要做。1.通过文献整理选定模型。国内外学者根据污水处理的不同机理,研究形成了不同的数学模型。 在了解国内外现有的活性污泥数学模型的基础上，分析比较它们的异同，了解数学模型的发展方向。通过分析，选取合适的模型作为本研究的开发平台2.改进不足之处，发展模型。到目前为止，还没有最终的活性污泥数学模型。每种模型都有其不足之处，表现在：采用的生化反应机理可能不合理，对复杂反应机理的简化可能不合理，模型过于复杂而无法应用。一个好的活性污泥数学模型是在机理描述的准确性和应用的简单性之间的适当折衷。因此，需要在研究平台的基础上对其进行改进，发展新的活性污泥数学模型。
北京交通大学硕士论文种类繁多，所以，在应用中忽视适用条件将直接导致Monod模型的失效[15]。与Monod模型中低底物浓度公式（2-3）相比，公式（2.5）没有微生物浓度x，这似乎是两者的主要区别之一。这是因为认为，在一般的曝气池中，混合液悬浮固体（MLSS）的浓度已经超过了去除底物所需的量，微生物的数量对底物的去除率没有影响。和在比较了模型和模型后认为，在低底物条件下，这两个模型的基础是相同的，即都是以底物的代谢速率为一级反应。在综合分析了两者的异同后，和提出了一个统一的模型。由于现在很少使用，不再讨论。 1970年，和将Monod方程引入废水生物处理领域，并应用于活性污泥法，提出了-模型，该模型用于计算反应池的容积、耗氧量、排泥量等设计参数，得到了广泛的应用。该模型用公式（2.6）表达反应池中微生物的变化速率与底物去除速率的关系，即：a，v。模型的突出之处，在于强调了污泥龄的重要性及其在设计和运行中的意义，认为这是生物处理设计和运行的统一基础，并确立了它与微生物增殖等方面的基本联系。
将公式（2.6）两边除以北京交通大学硕士论文模型。美国AS研究组最早从事活性污泥动态模拟的研究，他们致力于发展新的活性污泥数学模型，并于1987年、1995年、1999年推出了三个模型，即ASM系列模型。2.1.4 ASM模型简介a.活性污泥模型1号（AsM1）活性污泥模型1号（ASM1）于1987年推出，以矩阵形式描述污水中好氧和缺氧条件下的水解、有机物降解、微生物生长和腐烂等8个反应，模型包含13组腐烂代谢残基。…～一。图2.4 死亡-再生机理、5个计量系数和14个动力学参数'。 该模型在模拟异养菌的腐烂过程中，采用了Dold等提出的“死亡—再生”理论，反映了代谢残余物的再利用，其机理如图2.4所示。北京交通大学硕士论文磷的吸收与释放，并增加了水解、发酵和磷酸盐凝聚菌（pAO）等4个反应过程。模型包括19个组分、19个反应、22个计量系数和42个动力学参数。由于没有考虑聚磷菌的反应过程，因此1999年IAWQ推出了AsM2D模型[31，对AsM2进行了进一步的改进，使其更符合污水处理的反应过程。
ASM2是ASML的扩展，ASM2更加复杂，包含了更多的组件来描述污水和污泥，并且包含了生物除磷过程。从ASML到ASM2，主要描述的是分布参数NH，这是在这个模型中包含生物除磷过程的前提。除了生物过程，ASML还包括两个“化学过程”，模拟磷的化学沉淀。对于污水的除磷过程，ASM2是这样描述的：1、活性污泥水处理厂的除磷现象分为化学除磷和生物除磷，这个过程包括磷酸盐沉淀的形成和溶解，这里用磷酸盐沉淀和铁铝氢氧化物的高低来表示化学反应的程度。3、生物除磷是指污水中的磷酸盐被聚磷酸盐吸收，然后通过剩余污泥排出系统。 又可分为吸收磷的能力、氧化有机物的能力和吸收硝酸盐的能力。 5.磷的吸收与释放，本质上是胞内磷聚合物颗粒和胞外不同形式的磷酸盐复合物的转化，同时伴随着能量的吸收和释放，这些能量来自于好氧和缺氧条件下有机物的氧化，也用于PHA的合成。 6.多磷酸盐细菌在厌氧条件下，仅能合成少数低水平的挥发性酸。 第二章 活性污泥数学模型的发展c.活性污泥模型3号（ASM3） 1999年，LawQ专家组在纠正了模型1号应用中存在的问题后，推出了活性污泥模型3号（ASM3）。
ASM3 引入了有机物在微生物体内的储存和内源呼吸作用，强调细胞内的活动过程。ASM3 包括 13 个组分、12 个反应、6 个计量系数和 21 个动力学参数 [4]。与 ASM1 一样，ASM3 也用于处理主要用于处理生活污水的活性污泥系统中的耗氧量、污泥产量、硝化和反硝化。ASM1 与 ASM3 的主要区别在于后者认识到储存聚合物在异养活性污泥转化中的重要性。在 ASM3 中，假设所有可生物降解的底物首先被吸收，然后储存在细胞中，而不是用于生长（图 2-5）。因此，异养细菌