【正文】 太原科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 污水處理工藝設(shè)備系統(tǒng)模型研究與仿真 姓名：夏靜文 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 指導(dǎo)教師：郭亞兵 20200701 中 文摘要 活性污泥系統(tǒng)由于運(yùn)行穩(wěn)定、處理效果高、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)而成為廢水處理 的主要的方法。到目前為止，大部分的城市污水處理工藝都采用活性污泥法或活性 污泥法的變種，因而該工藝在廢水處理中處于非常重要的地位。但是活性污泥工藝設(shè) 計(jì)、運(yùn)行還停留在經(jīng)驗(yàn)水平，對(duì)工藝系統(tǒng)理論的深入研究以及運(yùn)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。由于 活性污泥工藝過(guò)程的復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)研究無(wú)法滿足工藝運(yùn)行的要求，因此工藝系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型的研究，有助于掌握活性污泥工藝的現(xiàn)象和規(guī)律，從而有效指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。 IAWQ 組織提出的 ASM 系列模型已成為活性污泥過(guò)程仿真和控制的重要基礎(chǔ)， 將模型和控制理論及方法結(jié)合起來(lái)，．可實(shí)現(xiàn)按照處理水質(zhì)的要求，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的 目的。 在城市污水活性污泥處理系統(tǒng)中，生物反應(yīng)器和沉淀池是系統(tǒng)的 重要組成部分。 建立生物反應(yīng)模型和沉淀模型是污水生物處理系統(tǒng)模擬的關(guān)鍵。本課題研究了活性 污泥模型和沉降模型中的各種動(dòng)力學(xué)參數(shù)，化學(xué)計(jì)量和沉降特性參數(shù)。并在 ASM2 號(hào)模型和 Vesilind 沉降模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合反應(yīng)器模型原理，構(gòu)建了活性污泥設(shè)備 系統(tǒng)模型。采用 Microsoft Visual C++6． 0 開發(fā)了活性污泥系統(tǒng)仿真軟件。 針對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)同類研究以開發(fā)專用活性污泥流程模擬系統(tǒng)為主，軟件的通用 性不強(qiáng)，本課題在 “ 模塊化 ” 思想指導(dǎo)下，對(duì)好氧池，厭氧池，缺氧池， 二沉池等 設(shè)施單獨(dú)建模，通過(guò)設(shè)計(jì)程序算法，將不同反應(yīng)器模塊按照實(shí)際工藝流程順序組合 在一起，開發(fā)出通用活性污泥流程模擬系統(tǒng)。 在 ASM 模型關(guān)于組分劃分的基礎(chǔ)上，本課題進(jìn)一步提出適合我國(guó)水質(zhì)的完整組 分劃分方案，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際水質(zhì)數(shù)據(jù)與理論組分?jǐn)?shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)化。本文對(duì)淮南首創(chuàng)第 一污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行組分轉(zhuǎn)換，利用該廠氧化溝工藝系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)模型 進(jìn)行了標(biāo)定。并利用該模型對(duì)該廠進(jìn)行了靜態(tài)模擬，動(dòng)態(tài)模擬，模型參數(shù)調(diào)整，工 藝參數(shù)優(yōu)化。 研究結(jié)果表明，開發(fā)的活性污泥系統(tǒng)仿真軟件可以用來(lái)模擬及優(yōu)化城市污水活 性污泥處理系統(tǒng)及脫 氮除磷工藝，是進(jìn)行活性污泥工藝模擬仿真的有效工具。為城 市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行管理提供具有重要價(jià)值的參考依據(jù)，值得在我國(guó)進(jìn)行進(jìn)一 步的深入研究和推廣應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：城市污水處理；活性污泥系統(tǒng)；數(shù)學(xué)模型； ASM2；系統(tǒng)模擬； RESEARCH AND EMULATION EQUIPMENT SYSTEM MoDEL FOR WASTEⅥ(ATER TRE√ 訂 M[ENT PRoCESS ABSTRACT The activated sludge process， which is reliable， efficacy and low cost， bees a fundamental and primary approach． So far， the most of municipal WWTP use the activated sludge process． Therefore， this process plays a very important role in wastewater treatment． However， the design and operation of activated sludge process depends on experience much， and theorical research of the activated sludge process is insufficient far and way． The experiment research Can not match the needs of operation because of plexity of the wastewater’S characteristic position and activated sludge process． The mathematics model of the activated sludge process is helpful to pletely recognize the phenomenon and disciplinarian， thus this study Can be used as guide to actual production operation． The ASM series model proposed by the anization of IAWQ have became the important simulation and control foundation for the activated sludge process． Combining the model with the control theory and strate， the optimal operation Can be achieved． It is important to build the reactor model and settling model because the bioreactor and settling tank are important ponments of activated sludge process． In this thesis， all kinds of kiic and stoichiometric parameters in the activated sludge model and settling characterictic parameters were studied． an activated sludge model was built with reactor principle， based on the Activated Sludge Model No． 2 and Vesilind Setting Velocity Model． The activated sludge system simulation software WaS developed with Microsoft Visual C++6． O． Most similar research in China developed special activated sludge process simulators for the special process， which is lower universality． With the “modularization39。 ’ide ： al， the models of aeration cell， anaerobic cell and anoxic cell are built．， nle different activated sludge system can be formed with above models in the client area of the software， which has good universality． Based on positions conversion about ASM Model， a plete data collect scheme is presented， which is suitable for local wastewater and wim which the measurement data for the plant Can be convened into positions data． The data from Huannan WWTP were converted and the model of the oxidation ditch process was calibrated． Finally， the static simulation， dynamic simulation， parameter adjustment of the model and optimization of process parameters were done． It Was suggested that this activated sludge system simulation software Can be used to simulate and optimize the performance of activated sludge treatment system with static and dynamic state model and is an effective tool in puter aided design． It can be used to offer the important reference for the operation and management of existing WWTPs， and need to further research and application． Key word： Municipal wastewater treatment； Activated sludge process； Mathematical model； System simulation． 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo) 下獨(dú)立完成的，學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于太原科技大學(xué)。 如果今后以其他單位名義發(fā)表與在讀期間學(xué)位論文相關(guān) 的內(nèi)容，將承擔(dān)法律責(zé)任。除文中已經(jīng)注明引用的文獻(xiàn) 資料外，本學(xué)位論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā) 表或撰寫過(guò)的成果。 學(xué)位 20 將 0 弓年 6 EJ 臀 ’ ．復(fù)靜 之7 日 一 N 。 第 1 章 總論 第 1 章總論 1． 1 城市污水處理工藝發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 所有的生命體都離不開水。在人類生命開始最初的九個(gè)月時(shí)間是完全處于水環(huán) 境中的。成人的身體 “ ％是由水構(gòu)成的，而且每天需要飲用 2． 3 升水來(lái)維持身體的健 康平衡狀態(tài)。地球 71％的表面被平均深度達(dá) 3． 8km 的水覆蓋，全球總貯水量估計(jì)為 13． 9 億立方千米。但是人類可利用的淡水總量不足世界總貯水量的 1％。 比起其他生命體，人類對(duì)周圍的水環(huán)境有巨大的影響。這種影響包括消極和積 極兩方面。人類現(xiàn)代社會(huì)的產(chǎn)物 — 污染，減少了自然水資源，影響了其他生命體生 存質(zhì)量。清潔，新鮮的水資源越來(lái)越稀少，保護(hù)這種資源的任務(wù)日益緊迫。另一方 面，污水處理成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)不可或缺的組成部分?，F(xiàn)代化的污水處理 廠的任務(wù)不僅是消除城市排水的污染問(wèn)題，還應(yīng)擔(dān)負(fù)起解決城市水資源緊缺的任務(wù)。 污水處理廠對(duì)水資源保護(hù)的效果取決于所采用工藝技術(shù)。傳統(tǒng)活性污泥法是目前國(guó) 內(nèi)外污水處理廠采用的主體工藝，除此之外還有氧化溝工藝、兩段活性污泥法 (A． B) 法，前置反硝化生物脫氮 (Al／ o)工藝、厭氧一好氧 (A2／ O)生物除磷工藝及厭氧、 缺氧／好氧 (A2／ O)生物脫氮除磷工藝掣 11。 1。 1． 1 活性污泥工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 自 1914 年 Arden 和 W． T． Loket 在英國(guó)建成活性 污泥污水處理試驗(yàn)廠獲得成功以來(lái)， 活性污泥工藝發(fā)展己有近百 年的歷史【 2】，是目前使用最廣泛、技術(shù)發(fā)展最為成熟的生 物處理應(yīng)用技術(shù)。傳統(tǒng)的活性污泥法是指通過(guò)微生物在好氧條件下，利用污水中的 有機(jī)物或部分無(wú)機(jī)物為培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行生物合成和生物分解的代謝活動(dòng)。在此過(guò)程中， 污染物一部分被微生物降解以維持其生命活動(dòng)而得以去除，另一部分則用來(lái)合成新 的微生物并通過(guò)從反應(yīng)器中的部分排除而維持反應(yīng)器中的主體微生物的平衡。由此 可見，活性污泥法的目標(biāo)是去除污水中的有機(jī)質(zhì)，以有機(jī)質(zhì)作為生長(zhǎng)基質(zhì)的微生物 是整個(gè)工藝的主體，從而創(chuàng)造主體微生物生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件如營(yíng)養(yǎng)、溫度、 pH、 供氧氣等為整個(gè)工藝功能發(fā)揮優(yōu)劣的關(guān)鍵。活性污泥法的廣泛應(yīng)用是由于它具有許 多明顯的優(yōu)點(diǎn)。它使用范圍廣，既能有效處理城市生活污水，也能處理多種工業(yè)有 機(jī)廢水：其處理規(guī)模可在千噸／日至萬(wàn)噸／日之間變化；可以連續(xù)運(yùn)行，也可以間歇運(yùn)行。 這種巨大的適應(yīng)能力是其他的廢水處理工藝所不具備的?；钚晕勰喾ň哂辛己玫撵` 活性，這表現(xiàn)在多方面。首先，它具有多種不同的運(yùn)行方式。每一種運(yùn)行方式都有 污水處理工藝設(shè)備系統(tǒng)模型研究與仿真 其獨(dú)特的性能；其二，它能在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)有效的工作，這樣就具備了對(duì)不同廢 水特性、環(huán)境和其他制約條件以及處理要求的良好的適應(yīng)能力；此外，它是可控制的， 活性污泥法能以合理的費(fèi)用達(dá)到相當(dāng)高的出水水質(zhì)要求?；钚晕勰喾ㄒ泊嬖谝韵氯? 點(diǎn)：首先污泥