活性污泥数学模型污水处理工艺分析 本文关键词：污泥，污水处理，活性，数学模型，工艺
活性污泥数学模型污水处理工艺分析 本文简介：摘要：以反应器动力学原理为基础，借助活性污泥数学模型，对污水处理工艺进行动态模拟实验，为增强实验结果的准确性，采用传统模型处理工艺作为对照。结果表明，基于活性污泥数学模型的污水处理工艺能够有效去除污水中的磷酸盐、氨氮化合物、硝态氮等污染介质，较传统模型处理工艺具有良好的污水处理能力。因此，该模型在污
活性污泥数学模型污水处理工艺分析 本文内容：
摘要：以反应器动力学原理为基础，借助活性污泥数学模型，对污水处理工艺进行动态模拟实验，为增强实验结果的准确性，采用传统模型处理工艺作为对照。结果表明，基于活性污泥数学模型的污水处理工艺能够有效去除污水中的磷酸盐、氨氮化合物、硝态氮等污染介质，较传统模型处理工艺具有良好的污水处理能力。因此，该模型在污水处理工艺的优化设计与运行中具有较高的实用价值和良好的应用前景。
关键词：反应器动力学；活性污泥数学模型；污水处理；动态工艺模拟
城市废水的增多使得污水的处理问题亟待解决，为更好地进行污水处理，专家和学者将数学模型引入污水处理工艺中[1]。通过描述不同单元工艺的状态变量及其在多种生物化学反应的过程，得到化学计量关系和动力学特征，实现污水处理。因此本文引入活性污泥数学模型，借助反应器动力学原理，进行基于活性污泥数学模型的污水动态处理工艺的模拟实验，并与传统模型处理工艺进行对照，对两种工艺的污水处理效果进行对比。结果表明，基于活性污泥数学模型的污水动态处理工艺能够在不事先进行试验的前提下，模拟污水处理的环境效果，进而确定各运行参数的适用范围，实现对污水介质的有效处理，较传统模型工艺的污水处理效果具备明显的优势，能够为实际污水处理工艺的设计与运行提供参考和依据。
1建模与模拟
污水处理工艺的动态模拟包含两个方面：一是活性污泥数学模型的建立；二是基于该模型的污水处理工艺的模拟运行[2]。
1.1活性污泥数学模型建立
建模过程中，将计算机平台作为实施某个特定污水处理的模型载体，并结合所有单元的反应器，建立活性污泥数学模型。并利用计算机对该模型进行模拟与校准[3]，以验证该模型的可行性。同时建立污水厂综合模型，将污水与污泥的回流液与清液进行等比配置，并将所有因素都集中到一个模拟器中。
1.2动态污水处理工艺模拟
将上述模型引入污水处理模拟实验，具体实验过程如下：假定反应器内溶液恒定且完全混合，那么在有硝化液回流时，反应器内溶液将会迅速分层，将不同浓度的溶液进行隔离，发生二次沉淀现象[4]，这一过程也属于理想沉淀状态。这时，打开进水箱阀门，使大量清水进入，保证反应器的溶液恒定，这一过程中，所有发生分层反应的溶液，其pH值均保持中性。此时反应器内的溶液为完全混合状态，并根据溶液浓度的变化建立动态工艺模拟环境。初始条件下，设置预氧池体积500m3，厌氧池体积1000m3，缺氧池体积2000m3，好氧池体积6000m3；进水量30000m3；回流比0.85；内回流比0.6。同时，对模拟工艺的各个未知分量进行数值计算，具体如表1所示。表1中，1号组分代表可快速降解的有机物；2号组分代表硝态氮；3号组分代表活的异养菌生物；4号组分代表活的自养菌生物；5号组分代表磷酸盐；6号组分代表慢速生物降解底物；7号组分代表氨氮化合物；8号组分代表微生物死亡与溶解产生的残渣。根据上述定义，计算4个氧池内污泥的平衡状态方程，共同构成一个数学方程组，并将其编写成M函数文件，在计算机内对该文件的各项未知数进行求解，从而实现模拟污水厂内污泥、污水的去污处理。
2结果与分析
为保证实验的严谨性，采用传统模型工艺作为本次实验的对比[7]。考虑到研究成本等原因，本次实验仅选择2号组分、5号组分和7号组分的处理结果进行分析，组分内各个水质处理结果如表2所示。
2.1磷酸盐处理结果分析
分析表2可知，本文工艺下磷酸盐的去除率要比传统工艺的盐酸盐去除率高。预氧池内，本工艺的磷酸盐去除率比传统工艺的磷酸盐去除率高18.7%；厌氧池内，受回流液的稀释作用，不含有硫酸盐介质，因此不对其处理结果进行分析；缺氧池内，两工艺的磷酸盐去除率均比较低，但仍可以勘察本工艺的优势；好氧池内，氧气含量充足，其结果也最具代表性，计算可知，该反应池内的磷酸盐去除率，本工艺比传统工艺高14.1%。因此可以得出结论，采用活性污泥数学模型的污水处理工艺，其吸磷效果显著，具备可行性。
2.2氨氮处理结果分析
从表2数据可知，厌氧池内氨氮浓度的变化均不是很大，但仍可以看出本工艺的氨氮去除率较传统工艺高；好氧池内满足地表水环境标准，不含氨氮化合物，因此不对其去除率进行分析；计算可知，预氧池和缺氧池内，本工艺的氨氮溶液去除率要比传统工艺的去除率高25.6%。因此能够看出本工艺的优势，采用活性污泥数学模型进行污水处理模型的建立，对污水厂氨氮溶液的去除效果显著。
2.3硝态氮处理结果分析
硝态氮的去除率分析要在溶解氧较低的情况下，才能使得硝化菌将氨氮不完全氧化，从而产生硝态氮，因此，好氧池内硝态氮的去除率不作具体分析。从表2数据可以看出，两种工艺对硝态氮的去除率都比较低，但仍能看出本工艺的去除率略高一些。这是由于硝态氮的累积现象不明显造成的，因此下次研究中，要保证发生器内污染杂质的累积量，增强实验结果的说明性。计算可知，本工艺的硝态氮去除率比传统工艺的硝态氮去除率高32.7%，具备极高的有效性。
3结论
基于活性污泥数学模型的污水处理工艺的设计和运行，能够实现污水厂内污染介质的有效去除。但在本次模拟过程中，仍然存在不足之处，比如简化了溶解氧和碱度，且由于模拟环境受限，结构仅选取了3个具有代表性的数据。希望在下次研究中，能够不断完善本次模拟的不足，更加全面地模拟废水、废物的处理工艺，为广大科技工作者的研究提供理论基础。
参考文献
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[2]董姗燕，李咏梅，池春榕，等.基于活性污泥数学模型（ASMs）的污水处理系统不确定性分析研究进展[J].化工进展，2017，36（12）：4651-4657.
[3]池春榕，董姗燕，李齐佳，等.活性污泥数学模型研究进展[J].有色金属科学与工程，2017，8（4）：111-117.
[4]李捷，王宏利，于翔，等.基于模型的MBR工艺模拟及优化[J].给水排水，2017，15（43）：139-142.
[5]苏涛，薄翠梅，黄超.污水处理溶解氧控制器的设计仿真[J].计算机仿真，2017，34（10）：291-295.
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[7]王国胜，尹永远，钟润生，等.活性污泥处理工艺的优化研究[J].广东化工，2018，46（5）：159-163.
作者：潘东阳 刘静瑞 单位：信阳职业技术学院 数学与计算机科学学院
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