基于asm2的活性污泥法数学建模及模型参数校正-秦亚桐.docx
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1、浙江大学 硕士学位论文 基于 ASM2的活性污泥法数学建模及模型参数校正 姓名:秦亚桐 申请学位级别:硕士 专业:系统工程 指导教师:马龙华 20060201 摘要 活性污泥法具有处理效率高、运行费用低的优点,是城市污水厂使用最多的 工艺,但是活性污泥法的设计运行水平还非常依赖于经验。本课题研究的目的在 于建立准确易用的活性污泥机理数学模型,用理论指导实践,减少对经验的依赖。 目前,国内外学者对活性污泥法数学模型的研究主要集中在 IAWQ组织提出 的 ASM1之上,对其随后提出的包含除磷效果的 ASM2的研究几乎还是空白。 然而,由于 ASM1并没有包含磷的去除,在水体富营养化日趋严重的今天,
2、这 不能不说是一大遗憾。出于这种考虑,有必要对 ASM2进行研究,建立适合具 体工艺要求的 ASM2简化模型。 文中首先阐述了国内外活性污泥模型的发展与应用现状,逐一介绍了比较有 影响力的机理模型、稳态模型和动态模型,并详细介绍了活性污泥脱氮除憐原理 及污水处理 A2/0工艺的发展过程。 其次,详细讨论了活性污泥模型的简化方法,并推导出 ASM2的过程动力学 方程。同时基于固体通量理论 和一维二沉池的各层的物料平衡,介绍了二沉池澄 清一浓缩过程动力学模型,通过一定的假设条件,提出了一种基于 ASM2的二 沉池改进模型,由此建立了基于 A2/0工艺包含二沉池的 ASM2模型,并进行了 仿真分析。
3、 再次,为了能够真实准确的反映污水处理厂的运行工况,尽量降低模型模拟 值与污水厂出水实际值之间的误差,对提出的改进模型进行了动力学参数灵敏度 分析,通过灵敏度分析及温度影响分析,校正了模型的动力学参数,并提出了模 型参数校正函数,使模型能够运用到实际污水厂自动控制之中。 最后介绍了活性污泥工艺软件的发展现状 及发展方向,并简单介绍了作者参 与开发的一个活性污泥工艺软件。 关键字:污水处理,数学模型,活性污泥法, ASM2, A2/0工艺,二沉池,灵敏 度分析,工艺软件 Abstract Activated sludge processs merit has great disposal eff
4、iciency and low operates expenses. So it uses mostly in municipal wastewater treatment plant, but the design and operation of activated sludge process depend on experience very much. The purpose of the task is setting up activated sludge mechanism mathematic model. And it can instruct practice with
5、theory and reduce the reliance on experience. Currently, all researchers have focused their all energy on the ASM1 of IAWQ, and almost nobody have paid any energy on the following model ASM2, in which the remove of Phosphorus is included. Because of the absence of Phosphoric Removal, ASM1 has obviou
6、s limitation and it prevents ASM Vs farther development, especially in now days of more attention put on the remove of Phosphorus. Just for this, we should pay more attention on the research of ASM2, build the suitable model for factual technicSj and put it into actualizes on wastewater treatment pl
7、ant. Firstly, this paper introduces the development and application domestic and international activated sludge model. It introduced more powerful mechanism model, stable state model and dynamic model one by one, and then the principle&process of activated sludge process including nitrogen and phosp
8、horus removal are reviewed detailed, meanwhile the typical technicsA2/0) of activated sludge process is introduced. Secondly, the assumption method of activated sludge model is discussed, and based on the solid flux concept and a mass balance around each layer expatiate a one-dimensional settler mod
9、el of secondary clarifier, then establish the model of secondary clarifier on the base of the activated sludge model(ASM2). Through giving some assumptions a model including secondary clarifier is constructed on the A2/0 process, and then simulates it. Thirdly, in order to presenting the factual sit
10、uations of sewage plant, the analysis of stoichiometric coefficients is required. Considering the sensitive and temperature effect, the coefficients are calibrated. Then construct a function that can be using in the real-time control of sewage plant. Finally, introduce the development of process sof
11、tware of activated sludge model and a developing process software which author is involved in. Keywords: wastewater treatment, mathematics model, activated sludge process, ASM2, A2/0 technicsf secondary clarifier, sensitive analysis, process software 第一章绪论 1.1引言 我国是世界上少数几个资源大国之一,但人均拥有资源量很少。持续的人口 增长,
12、地表水和地下水的污染,使我国水资源短缺严重,我国河川年流量 27000-28000亿 m3,居世界第六位,但人均占有水量仅为 2400-2500m3,仅列世界 第 110位,为世界人均水量的 1/4,我国己被联合国列为 13个水资源贫乏国家之一。 目前我国缺水城市达 335座,据预测, 2010年、 2030年和 2050年城市需水量将分 别达到 1290亿 m3, 1730亿 m3和 2070亿 m3,水资源紧缺,是制约中国经济发展难 以克服的因素。 为解决这一问题,当前所采用的解决方式主要包括传统模式与非传统模式。 传统模式是指通过开发地表水和地下水的方式来增加淡水资源的可利用量:而非 传
13、统模式则借助于非传统水资源的开发利用,采用可持续的水资源利用模式实现 对水资源的再利用。非传统水资源包括:节约用水,提高用水效率;雨水利用; 污水的再处理与利用。与非传统模式相比,传统模式在淡水资源不变的情况下, 只能治标而不能治本。本文将重点对非传统模式的污水再处理与利用进行讨论。 1.2活性污泥法 发展现状 活性污泥法是污水处理中典型的好氧生物处理方法,自 1913年在英国试验成 功以來己有近百年的历史,由于其较好的处理效果和较方便的管理,因而在城市 污水处理中得到广泛应用。传统的活性污泥法是指通过微生物在好氧条件下,利 用污水中的有机物或部分无机物为培养基质进行的生物合成和生物分解的代谢
14、 活动。在此过程中,污染物一部分被微生物降解以维持其生命活动而得以去除, 另一部分则用来合成新的微生物并通过从反应器中的部分排除而维持反应器中 的主体一微生物的平衡。由此可见,活性污泥法的目标是去除污水中的有机质, 以 有机质作为生长基质的微生物是整个工艺的主体,从而创造主体微生物生长所 需的环境条件如营养、温度、 PH、 供氧气等为整个工艺功能发挥优劣的关键 活性污泥法的广泛应用是由于它具有许多明显的优点。它使用范围广,既能 有效处理城市生活污水,也能处理多种工业有机废水:其处理规模可在千吨 /曰 至万吨 /日之间变化;可以连续运行,也可以间歇运行。这种巨大的适应能力是 其他的废水处理工艺所
15、不具备的。活性污泥法具有良好的灵活性,这表现在多方 面。首先,它具有多种不同的运行方式。每一种 运行方式都有其独特的性能;其 二,它能在较大的负荷范围内有效的工作,这样就具备了对不同废水特性、环境 和其他制约条件以及处理要求的良好的适应能力;此外,它是可控制的,活性污 泥法能以合理的费用达到相当高的出水水质要求。 活性污泥法也存在以下缺点:首先污泥产量高,污泥的产率与负荷和泥龄密 切相关。在高负荷的的活性污泥种,剩余污泥量及其处理问题是一个重要的考虑 因素,而对低负荷系统,如延时曝气、氧化沟来说,这一问题不十分明显。其次, 运行操作较为复杂,要求高。活性污泥法的运行中有多种过程控制的手段,如污
16、 泥的回流,剩余污泥的排放和氧的供给等。在对过程控制缺乏足够的认识和深入 研究的情况下,这对矛盾中的复杂性一面就会成为影响工艺选择和运行效果的不 利因素。其三,容易出现污泥膨胀等运行问题,影响工艺性能。随着活性污泥处 理工艺的推广,人们对它的认识也不断深入,为解决实际问题的需要,从工艺流 程布置上,活性污泥法产生如下十余种形式:传统活性污泥法 (CMAS)62、 完全 混合活性污泥法 (CAS)61、 循环式活性污泥法 (CAST)M、 延时曝气活性污泥法 (EAAS)、 纯氧曝气活性污泥法 (HPOAS)65、选择器活性污泥法 (SAS)、 序批式活 性污泥法 (SBR)66、多点进水活性污
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