UniTank工艺流程中磷酸盐浓度的非稳态特征_董姗燕

第26卷第1期2007年1月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVo.l26,No.1January2007中国化学会“第八届水处理化学大会暨学术研讨会”论文(2006年8月10日).*上海市科委基金项目(042312042).**通讯联系人.UniTank工艺流程中磷酸盐浓度的非稳态特征*董姗燕1汪喜生2王文佳1许洲2姚重华1**(1华东理工大学资源与环境工程学院,上海,200237;2上海石洞口城市污水处理管理有限公司,上海,200942)摘要利用ASM2D数学模型对上海石洞口污水厂UniTank工艺流程中磷酸盐浓度进行了仿真研究,发现该流程中磷酸盐浓度具有非稳态特征.增加反应器的曝气强度,会增加UniTank流程边池的硝态氮浓度,弱化边池的厌氧释磷,相应增加出水中磷酸盐含量.关键词UniTank工艺,磷酸盐,非稳态.污水除磷是开发UniTank工艺流程的目标之一.该工艺试图在设定的厌氧段完成聚磷菌释磷,在设定的好氧段完成聚磷菌吸磷,从而将污水中的磷酸盐浓集在聚磷菌内,然后在该流程的沉淀段经固液分离将磷酸盐从污水中排出.但是,在UniTank工艺流程中要完全满足上述污水除磷的条件,需要较严格的工艺执行方案.原因是,UniTank工艺流程中污水流动方向及反应器内溶解氧浓度的变化具有周期性与交替式.在周期性与交替式的运行方式下,UniTank系统内包括溶解氧及硝态氮在内的各组分浓度会有新的特征.本文在建立上海石洞口污水厂UniTank工艺流程数学模型的基础上,通过计算机分析了该流程内磷酸盐浓度随时间的变化状况,对其非稳态特征进行了分析,为UniTank除磷工艺的分析与优化提供了基础.1模型的构建本模型的模拟对象为上海石洞口污水厂内一条三个反应池相连的UniTank流程.该流程一个周期为6h,每日为4个周期.在一个周期的上半周期,污水分别从左边池或中池进入流程进行反应,右边池为沉淀池,进行污泥沉淀、清水出水及污泥排放;在下半周期则分别从右边池或中池进入流程进行反应,左边池为沉淀池,进行污泥沉淀、清水出水及污泥排放.模型假定每个反应池内的组分浓度在同一时刻处处均匀(CSTR),沉淀池内反应速率假定为原反应速率的0.3倍.模型包含的组分参照ASM2D[1]设定,计有微生物3种(异养菌、自养菌、聚磷菌),有机碳4种(乙酸、易溶可发酵有机碳、惰性颗粒有机碳、缓慢降解颗粒有机碳),磷组分3种(磷酸盐、聚磷酸盐、PHB),氮组分2种(氨氮、硝态氮)及溶解氧.碱度在模型中通过PI控制稳定在5mmoll-1,易溶及颗粒惰性有机碳浓度设定为常数.模型内的反应亦根据ASM2D设定,计有颗粒有机碳水解反应3种、异养菌生长与衰减反应6种、聚磷菌生长与衰减反应8种、自养菌生长与衰减反应2种.模型内各反应的速率方程与ASM2D相同.模型进水和出水COD、磷酸盐等数据采用上海石洞口污水厂年实测数据的中值,COD在模型各组分间的分配比例根据本研究的实验结果确定.模型内的化学计量系数及反应动力学常数先采用ASM2D在20℃的默认值,然后通过灵敏度分析进行校正[2].2磷酸盐浓度的非稳态特征图1为模型对上海石洞口污水厂UniTank流程三个反应池内磷酸盐浓度随时间变化的计算结果.由图1可以看出,在2个周期内(12h,14.5d—15d)边池及中池的磷酸盐浓度有非线性特征.在左边池T1内,磷酸盐浓度由14.5d时的0.7mgPl-1升至1.0mgPl-1,然后下降至14.75d时的0.72环境化学26卷mgPl-1,显示在1个运行周期内的非线性.在14.75d到15d的下一个周期内,左边池T1内磷酸盐浓度的变化状况与上一周期基本相同.右边池T3内磷酸盐浓度的变化趋势与T1相同,但相位相差0.5个周期,与污水进水地点0.5周期更替一次相吻合.中池T2内磷酸盐浓度在0.3—0.5mgPl-1内有规律波动,在一个运行周期内波动2次,原因是中池T2的进水分别来自边池T1和T3,在进水时间上各占0.5个周期.图1UniTank流程中磷酸盐浓度S-PO4动态变化Fig.1Thedynamicbehaviorofconcentrationofortho-phosphateintheUniTankprocessUniTank反应器内磷酸盐浓度的非稳态特征,可以通过反应动力学的分析得到解释.根据质量守恒原理,反应器内磷酸盐浓度的变化速率受4个速率子过程的控制,即进水速率、排泥速率、排水速率和微生物反应速率,方程式为:[d(S-PO4)/dt]总=[d(S-PO4)/dt]进水+[d(S-PO4)/dt]排水+[d(S-PO4)/dt]排泥+[d(S-PO4)/dt]反应图2(A)为左边池T1内除排泥外上述3个子过程内磷酸盐浓度的速率随运行时间的变化状况(排泥引起的磷酸