活性污泥数学模型在污水处理中的研究进展

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专论与综述工业水处理2014-07，34（7）

决污水厂存在的问题，但该方法在实际应用中还存在困难，因为污水厂是一个开放的系统，其水质易受外界因素如温度、天气等的影响，无法对其进行控制，因此目前还难以实现。

Titagarh污水处理厂COD、TSS、氨氮和硝态氮去除率低的问题，为了改善出水水质对Titagarh污水处理厂的Bardenpho工艺提出了几种改进方式，并通过STOTA软件对几种方案分别进行动态模拟，并根

据模拟结果来确定最佳的改进方案。方案一是考虑到完全混合的概念，将原Bardenpho工艺中好氧区划分成3个以形成推流式，根据氨氮的浓度来控制不同阶段溶解氧的需要量，方案二是考虑到自养菌裂解进入缺氧区，同时为了预防自养菌和异养菌的竞争，提供了一个单独的自养区域，将进水流量分为两股分别进入改良的Bardenpho工艺，方案三是在方案二的基础上考虑到两股流一同进入改良的

2活性污泥数学模型在应用中的难点

目前，国内外在活性污泥数学模型的应用方面

主要存在的问题包括：（1）废水特征参数的测定方法；（2）完全混合反应池个数的确定；（3）评价标准。

2.1废水特征参数测定方法的研究

进水水质测定的准确性会对模拟结果产生直接

的影响，而进水水质参数的确定过程中COD组分的确定是最重要的，但是目前对COD组分的测定还没有提出一种统一的标准方法。COD组分的划分是以其生物降解性为基础的，不可生物降解物质是生物惰性的，在经过活性污泥系统后没有形态上的变化。依据它们的物质形态分为可溶的和颗粒的两部分。惰性溶解有机物以进入系统相同的浓度排出系统。惰性悬浮有机物被活性污泥捕捉，并随剩余污泥排出系统。可生物降解部分分为易生物降解物质和慢速生物降解物质，为了便于模拟，易生物降解物质被当作可溶物来处理，，而慢速生物降解基质被当作颗粒物处理。表1中列出了不同国家生活污水中COD组分的比例分配〔9〕。

表1不同国家生活污水中COD组分

污水来源SI/%XH/%XS/%XI/%SS/%

〔10〕

中国11.1±2.29.9±2.016.9±1.838.9±10.723.3±9.8

〔11〕

丹麦158401727

〔12〕

法国5.85.81834.917.3

〔13〕

瑞士4.0±2.511.1±4.538.5±11.142.9±11.23.6±2.3

〔14〕

瑞典8.7±2.114.0±5.312.3±4.656.0±3.69.0±1.0土耳其〔15〕101585017

注：SS为易生物降解有机物；SI为溶解性不可生物降解有机物；XH

为异养菌；XS为慢速降解性有机物；XI为惰性颗粒性有机物。

Bardenpho工艺会增加后续氨氮浓度的问题，将两股流量分别进入各自的改良的Bardenpho工艺。蓝

莓等〔6〕针对上海市长桥污水厂存在的问题，即出水氨氮、总氮不能满足新的排放标准，提出了不同建议方案，分别通过增加好氧区和缺氧区的体积来减少出水氨氮和总氮的浓度。模拟结果显示，因为增加好氧池和缺氧池的体积可以延长水力停留时间从而使硝化作用和反硝化作用更完全，因此可达到降低出水氨氮和总氮的目的。

虽然采用上述方法能够达到改善出水水质的目的，但是这种方法一般是根据存在的问题来提出可能存在的原因，然后依据经验提出几种不同的方案，根据模拟结果来确定最佳方案，其适用范围具有局限性，只适用于某种特定的情形，并不能从根本上解决污水厂的问题。因此，在这方面还有待进一步研究，并提出一种通用的解决方法从本质上解决问题。

另一种是根据经济或技术上的要求建立目标函数，以活性污泥数学模型作为状态方程，以出水水质为约束条件，同时根据研究目的或要求选择合适的控制变量，如L.Benedetti等〔7〕为了减少

从表1可以看出，不同国家生活污水中的COD组分在COD中所占的比例有明显的差异，说明了组分受管网和结构的质量及生活习惯的影响较大，证明了测定COD组分的必要性，同时也说明了寻找到适合我国国情的组分测定方法的重要性。

国内外关于COD组分的测定还没有提出统一的标准方法，目前国内外研究者主要参考以下4个指南：（1）STOWA指南；（2）BIOMATH指南；（3）模型校正的WERF指南；（4）HSG指南。在不同的国家所用的指南不一样，如在荷兰的许多污水处理厂中采用STOWA指南，而北美采用的标准方法是模型

Oostende污水厂的能耗，以活性污泥数学模型为状

态方程，以出水水质满足排放要求为前提，建立了一个用来评估污水厂能耗的模型。通过对曝气控制器的合理控制来达到减少污水厂能耗的目的。舒海涛等〔8〕为了优化污水厂的能耗，以ASM1为基础，建立了曝气系统简化数学模型。以曝气量能量消耗最小为目标函数，以氨氮质量浓度<4mg/L为限制条件，由此计算推导出的控制方法不仅满足了出水水质要求，而且使曝气能耗最小。

从理论上讲，工程经济法可以作为一种工具解

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