应用ASM2D模型对曝气生物滤池工艺的模拟和优化_李伟博

第32卷第4期华侨大学学报(自然科学版)Vol.32No.42011年7月JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)Jul.2011文章编号:1000-5013(2011)04-0409-05应用ASM2D模型对曝气生物滤池工艺的模拟和优化李伟博1,洪俊明1,尹娟1,董文艺2(1.华侨大学化工学院,福建泉州362021;2.哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳518055)摘要:利用活性污泥模型2D号(ASM2D)建立曝气生物滤池处理工艺的计算模型,并通过灵敏度分析,对模型的动力学参数进行校正.校正后的模型对出水化学需氧量、氨氮、总氮、硝氮和总磷的模拟值与测量值基本一致.在所建模型的基础上分析甲醇投加量和回流比对出水总氮和硝氮的影响,结果发现表明,当甲醇的投加质量浓度为20mg·L-1时,可以满足反硝化需求,回流比最佳可控制在110%.关键词:曝气生物滤池;活性污泥模型2D号;污水处理;数学模拟;优化中图分类号:X703文献标志码:A曝气生物滤池(BAF)是20世纪80年代末在欧美发展起来,在国际上较为流行的一种新型水处理技术,是集生物吸附、物理截留过滤和生物氧化为一体的污水处理工艺.与传统的生物处理技术相比,生物滤池具有处理效果好,占用土地少,对环境影响小,造价和运行费用较低等优点[1-3].自1986年国际水协(IWA)推出活性污泥模型(ActivatedSludgeModel,简称ASM)系列以来,活性污泥数学模型对污水处理厂进行优化设计、系统模拟的应用己经十分普遍.活性污泥模型2D号(ASM2D)数学模型是ASM2号模型的发展,增加了两个过程来描述聚磷菌(PAO)利用胞内有机贮存物进行反硝化[4].它包含19个组分,21个反应过程,45个动力学参数,用于描述活性污泥系统的碳氧化、硝化、反硝化、生物除磷和化学除磷等生化反应过程.在模拟硝酸盐和聚磷酸盐动力学方面,ASM2D比ASM2更精确、完整,被看作是进一步研究和发展活性污泥系统脱氮除磷过程动力学的平台.目前污水处理工艺的动力学模拟主要是以活性污泥法为主,针对曝气生物滤池(BAF)工艺的动力学模拟还鲜有报道.本文以ASM2D模型为基础,对某污水处理厂曝气生物滤池二级处理工艺进行了动力学模拟和参数修正.1曝气生物滤池工艺某城市污水处理厂二级处理曝气生物滤池工艺设计日处理污水30万t,采用法国Degremont公司的前置反硝化-硝化(DN+CN)BIOFOR曝气生物滤池工艺,出水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B排放标准.污水厂曝气生物滤池分两线,每条线各有7座反硝化(DN)滤池,14座硝化(CN)滤池.污水经高效沉淀池一级混凝沉淀处理后,由提升泵提升,与回流水和甲醇混合后,通过配水渠进入DN滤池进行反硝化处理;DN滤池出水进入CN滤池,并在CN滤池进行曝气好氧处理,以及硝化反应和碳氧化反应.一部分CN滤池出水回流至DN滤池进行脱氮,回流比约为100%,剩余部分排放.曝气生物滤池处理单元基本参数如表1所示.表1中:V为体积;A为面积;h水深;d为滤料粒径;收稿日期:2010-11-06通信作者:洪俊明(1974-),男,副教授,主要从事水污染控制工程及清洁生产的研究.E-mail:jmhong@hqu.edu.cn.基金项目:国家“十一五”水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07317-02);福建省厦门市科技计划项目(3502Z20093028)φ为滤料体积分数;SA为滤料比表面积.表1曝气生物滤池处理单元基本参数Tab.1FundamentalparametersofprocessingunitsoftheBAF项目V/m3A/m2h/md/mmφ/%SA/m2·g-1DN滤池406804.33.5651000CN滤池501804.62.76510002模型的建立与参数确定模拟过程首先进行4点假设:(1)由于模拟过程在冬季条件下进行,忽略溶解氧(DO)和温度动态变化;(2)进水水质组分为测定的平均值,在模拟过程中视为恒定;(3)由于模型中的生物膜反应器不具备滤池的过滤功能,增加设置理想沉淀池进行固液分离;(4)生物滤池视为全混流反应器.图1为污水处理厂工艺模拟流程.根据ASM2D模型,建立反应器的物料平衡计算式为dρidtV=Q(ρi,in-ρi)+Vvj.(1)式(1)中:V为反应器体积;Q为污水进入反应器的流量;ρi,in为进水组分i的质量浓度;ρi为反应器中组分i的平均质量浓度;vj是组分i由ASM2D模型计算的总过程速率.图1污水处理厂工艺模拟流程Fig.1Simulationprocessofwastewatertreatmentplant在模型应用时,除了对有机物作必要