污水处理中活性污泥工艺数学模型模拟研究

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1、第6期(总第156期)2011年12月中圄’放z张CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．6(SerialNo．156)Dec．2011DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2011．06．014污水处理中活性污泥工艺数学模型模拟研究周传庭(上海市城市建设设计研究总院，上海200125)摘要：介绍了活性污泥1号模型(ASMl)对活性污泥工艺模拟的总体思路，并对利用VB6．0计算机语言编制出的模拟程序进行了验证，通过验证证明该模拟程序编制的思路和方法是可靠的，可以用于城市污水生物处理系统的模拟和预测。关键词：活性污泥工艺

2、；数学模型；ASMl；VB6．0；模拟中图分类号：×703文献标识码：A文章编号：1004—4655(2011)06-0036—021活性污泥数学模型【ASMl)简介⋯活性污泥1号数学模型(ASMl)主要特点是以COD物料平衡为计算基础，用矩阵形式描述浓度、反应速率、动力学参数和化学计量学系数之间的关系。描述了污水中好氧、缺氧条件下所发生的水解、有机物降解、微生物生长、衰减等8种反应，共有5个化学计量系数和14个动力学参数。包括13种水质组分，并把它们分为溶解性组分(以s表示)和颗粒性组分(以X表示)2大类。在活性污泥系统里，每个组分的生物反应速度等于该

3、组分在各个生物反应过程中的速度之和，用数学方程可表示为式(1)。8ri=∑％Pj(‘1)ri2L，，=I式中：rf为ASMl矩阵中的第f个组分在活性污泥系统中的生物反应速度；t7；『为ASMl矩阵中的第i个组分在第．7个过程中的化学计量系数；p，为ASMl矩阵中的第_『个生物反应过程基本速率的数学表达式。2生物反应系统模拟程序的编制生物反应系统模拟程序建立的基本原则就是根据ASMl模型对每一个反应池中的各个水质组分建立物料平衡，由所有物料平衡方程构成一个方程组。这是模拟程序的核心部分。用ASMl模型建立物料平衡时的最基本的假设就是反应池为完全混合反应器。

4、对那些不是完全混合的反应器要进行转化，使其能够用ASMl模型建立物料平衡方程，如对于推流式反应器可以用多个单位完全混合反应器的串联的表示方式进行模拟计算。收稿日期：2011—05—13作者简介：周传庭(1980一)，男，工程师，从事市政工程排水设计研究。362．1单位完全混合反应器物料平衡方程根据数学模型的建模原则(即单位时间、单位体积系统内组分的变化量，等于进入该系统的组分总量，减去离开该系统的组分总量，加上该组分的反应总量)，可以对ASMl模型中的13个水质组分建立相应物料平衡方程，见式(2)。进入量一排出量+反应量=积累量(2)下面以传统活性污泥法

5、(见图1)为例，来具体说明物料平衡方程建立的方法和过程。图l中Q表示污水流量；V表示曝气池的体积；C表示水质组分(包括溶解性组分s和颗粒性组分x)；R表示回流比；下标0表示进水项；下标f表示曝气池出水项；下标e表示二沉池出水项；下标w表示剩余污泥排出项；下标r表示回流项；下标i表示水质组分在ASMl矩阵中的序号。图1嘿气池物料平衡示意图以反应器为边界的物料平衡方程见式(3)。dC．y—i÷=[QoCo，i+RQoc，．‘一(1+R)Qocf。i]+V·rf(It(3)对于完全混合反应器内的溶解性组分，若假设Sr．1=S“，则式(3)变式(4)。dS．y吾

6、2(&，i_sf’1)仉+V’rt(4)对于溶解氧，物料平衡应考虑人工曝气因素，见式(5)。中圄彳丛z朽周传庭：污水处理中活性污泥工艺数学模型模拟研究2011年第6期d5。，y旱=[Qoso．8+隧h(csW—sf's)一QoSf。8]+V。r8(5)式中：’Kh为反应器内氧传输系数；c。w为反应器内混合液溶解氧饱和度。对于颗粒性组分，x“的值应根据污泥龄(孔。，)确定。为了简化计算，在这里做一系列假设。对于二沉池，假设不发生生化反应；在稳态条件下为了简化，假设进入二沉池的所有颗粒性组分都得到了沉降，故二沉池中的污泥由所有的颗粒性组分构成；同样，可根据物

7、料平衡，认为进入二沉池中颗粒性i组分存在下列关系，见式(6)。(1+R)Qoxf．i=(RQo+Q。)xr'i(6)污泥龄咒。，可表示为式(7)。髓，k2赢门)此外，还假设颗粒性组分经过二沉池时占总悬浮固体的比例不变，见式(8)。X—f,i：堡(8)盖f丑，根据式(6)、(7)和(8)得出回流到反应器中颗粒性i组分的含量为式(9)。尺QoXr．i=(1+尺)QoXf．f一；LX¨(9)把式(9)代入式(3)中，可得到颗粒性组分的物料平衡方程，见式(10)。y吾-Q凶．i一蒜州‘ri(10)由式(4)、(5)和(10)可得含13个方程的方程组。i=(&，f

8、—S¨)Qo+V‘rf(￡=1，2,9，10，11，13)TdSs：[。，8+h