好氧-厌氧交替运行与传统活性污泥法的比较研究

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1、好氧-缺氧交替运行法与传统活性污泥法的比较研究SaziyeBalkuÃ（AtilimUniversityIndustrialLiaisonOffice,Ostim,06370Ankara,Turkey）摘要：传统活性污泥法可以有效地去除水中的有机物胶体和溶解性有机物，，好氧-缺氧交替运行法除此之外，可以有效地去除水中的氮元素。两者之间的主要区别在于后者必须有缺氧的环境从而达到反硝化的效果。也就是说，传统活性污泥法一直处于好氧环境而交替法需要定时完成好氧环境和缺氧环境的变化。因此，交替法的关键问题在于确定两种条件的运

2、行时间。本研究在相同的优化模型条件下，比较了两种方法在氮去除率和曝气时间等方面不同。研究结果表明传统活性污泥法，可以依好氧-缺氧交替运行，在不增加额外费用和设施的情况下，达到去除氮的效果。关键词：好氧-缺氧交替，活性污泥，活性污泥模型3，优化模拟专业术语：ASM活性污泥模型SS总悬浮固体at曝气池TN总氮in进水V容器体积COD化学需氧量V0`理论最大沉淀速度CSTR连续完全混合反应器V0实际最大沉淀速度DO溶解氧VS沉淀速度eff出水w剩余污泥fns出水未沉淀部分ASM3组分h高度SO溶解氧浓度J垂直通量S1进水

3、溶解性有机物kla液相体积传质系数SS易生物降解有机底物MLVSS混合液悬浮物浓度SNH氨氮Q体积流量SN2四氧化二氮RASM3组分的出现与消失SNO硝态氮rh阻碍沉淀组分的沉淀系数SHCO碱度rp悬浮液中低浓度组分的沉淀系数X1惰性颗粒有机物rs回流污泥XS缓慢讲解基质sat饱和度XH异养菌浓度set沉淀池XSTO异养菌合成有机物SQP二次方程排列程序XA硝化菌浓度SRT污泥停留时间XS总悬浮固体浓度1.介绍活性污泥法作为一种生物处理方法，主要用于城市污水处理或工业废水的二级处理。在常规的处理方法中，可以实现胶体

4、和溶解性有机物的有效去除。如果考虑除氮，需要有一个独立的缺氧区进行反硝化反应，或者使用卡罗塞尔氧化沟，最近SBR池也经常用于硝化/反硝化反应。但是可以控制曝气装置的开启关闭，则可以到一个单独的曝气池内实现硝化/反硝化，从而达到去除氮的效果，这种系统称之为交替好氧-缺氧系统，它的溶解氧值（DO）是不断变化的，而传统活性污泥系统一般是在恒定的DO值下运行，无论是哪种方法都可以简单的用一个曝气池和一个沉淀池表示，如图1所示。在活性污泥系统中，主要的运行费用是曝气的电耗，通过曝气提供给系统必需的氧气和搅拌。如果考虑到脱氮，

5、耗能比传统法会进一步加大，因为它需要更高的DO来满足硝化细菌的生长速度和活性。硝化菌的活性在低DO环境下显著的降低。本项研究旨在给出以上系统在能耗和脱氮率上的差别，从而使决策者可以清晰地判断是否值得将传统活性污泥法改造为交替法。欧盟城市污水处理指导委员会对氮的去除做出了严格的要求，尤其在一些易受污染的地区。因此可以预见，在不远的将来常规污水处理也将必须考虑脱氮。将交替法和优化综合考虑的文章目前非常有限。（Chachuat等人，2001，2005），以活性污泥模型1（Henze等人，1987）位基础进行了相关研究。相

6、类似的活性污泥系统研究还有工艺工程评价方面（Huang和Hao）和动力学模型（Huang和Hao，1996）方面，仍然以活性污泥模型1为基础，但是在pH值和碱度方面有一些调整。以活性污泥模型3(Gujer等人1999)为基础的好氧-缺氧交替法，运行得出的适宜操作曲线表现的模拟结果由Berber发表（2006）。Lee等人（2006）发文使用以偏微分方程为基础的分布式参数模型，回顾了污水处理中活性污泥法去除营养氮的模型和控制发展历程。最近的几年里，这种运行方式新的优化方法和策略已有报道。一种由有效的运行约束方法—遗传

7、算法由Deb（2000）提出并由Balku和Berber应用到交替活性污泥法中。与此同时，Biegler和Grossmann（2004）提出了在序批情况下以控制矢量为参数的优化方法，只有控制参数时离散的。2.模型和方法以下概述的动力学模型在Matlab里使用ode综合函数求解。最优化部分使用相当的函数求解，但是使用辅助程序fmincon（TheMathworks，2006）。2.1反应器模型反应器模型包括一个曝气池模型进行生物降解和一个沉淀池，实验中考虑其中的活性污泥沉降速度。2.1.1曝气池关于活性污泥的生物降解

8、的各种模型，比如ASM1，ASM2，ASM3（Henze等人，2002）都被IWA（国际水协会）报告或者在杂志上发表过。在目前的研究中，ASM3被认为是一个一个比较好的模型，尤其合适于好氧-缺氧法的单体池形。曝气池物料平衡得公式如下：（1）公式中Xat,XrsandXin是依据SM3模型，不曝气条件下活性污泥池组成成分，循环和进水的空间向量。在曝气条件下，考