【正文】 泥系統(tǒng)中各種組分的變化規(guī)律和相互關(guān)系，矩陣元素為化學計量系數(shù) ASM2沿承了 ASMl模型的描述方式，行號用 j 表示，列號用 i 表示。從化學計量學角度考慮，假定聚磷酸 鹽的組成為： (Ko． 33Mgo． 33P03)n。 XpHA[M(COD)／ L3卜一聚磷菌 (PAO)的胞內(nèi)貯存物 包括聚羥基鏈烷酸脂 (PHA)、糖原等， XPHA 只同 XpAO 有關(guān)，但并不包含在 XpAO 中， XpHA 不能直接同分析測得的 PHA 或糖原質(zhì)量濃度相比較，僅是為建模而設(shè)的一 個功能性組分；雖然 XpnA 不能直接用化學法測定，但可在 COD 分析中得到反映，以 滿足 COD 的連續(xù)性。 p[M(COD)／ L3卜一金屬磷酸鹽 MeP04 這一組分是結(jié)合磷與金屬氫氧化物得出的。它們可以來自污水本身，也可以由外部投加到系統(tǒng)中。它們可以將顆粒性基質(zhì) Xs 水解，并 能在一切環(huán)境條件下利用所有可降解的有機物。 ss【 M(coD)／ L3】一易生物降解基質(zhì) 在 ASM2 中， Ss 表示 SF 和 SA 的總和。 so： [M(02∥ 卜一溶解氧 So：受氣體交換的影響。 [M(N)／ L3】一氨氮 為使電荷平衡，假設(shè)全部 sNH4以 NH毒的形式存在。 SI[M(COD)／ L3】 — 惰性溶解態(tài)有機物 SI的主要特征是在污水處理過程中不能被進一步降解。 SmK[moI(HC0i)／ L3】一污水的 HC03堿度 堿度是用來反映生物反應中電荷的連續(xù)性。 一、 9 個溶解態(tài)組分 “S?” 的定義： SA[M(COD)／ L3】一發(fā)酵產(chǎn)物 可按乙酸 (鹽 )來考慮。 ASM2模型寫成矩陣形式，模型矩陣共有 19行 19列，表示活性污泥過程的 19種生 物化學反應和 19種模型組分，行和列的交叉處為組分對過程的化學計量系數(shù)。 為了滿足污水排放標準對氮、磷的要求，國際水質(zhì)協(xié)會 IAWQ 又組織多國專家于 1995 年推出活性污泥法 2 號模型 (ASM2)，它不僅包含污水中含碳有機物和氮的去除過 程，還包含生物除磷和化學除磷過程。 8 第 2 章活性污泥工藝設(shè)備系統(tǒng)數(shù)學模型 第 2 章活性污泥工藝設(shè)備系統(tǒng)數(shù)學模型 1 983 年國際水污染控制與研究協(xié)會 IAWPRC(現(xiàn)更名為國際水質(zhì)協(xié)會 IAWQ)組織 專家在經(jīng)過 4 年的收集、分析、討論、歸納，于 1986 年推出了活性污泥 1 號數(shù)學模型 (Activated Sludge Model NO． 1 簡稱 ASMl)． ASMl 模型將微生物反應的基本過程及其 相關(guān)組分以矩陣形式表達。鑒于已開發(fā)的軟件中存在的這些問題，本 研究力圖開發(fā)出新的應用模擬軟件。我國在今后數(shù)年內(nèi)將建設(shè)大批污水處理廠，需要實行最優(yōu)化設(shè)計和運行管理， 我國在模型研究和應用方面與國外的差距應該借機進行縮小，以提高城市污水處理 廠設(shè)計和運行管理水平，減少投資和運行成本，提高處理效果，這無論是在實際應 用方面或是在理論方面都具有重要意義。國 6 第 1 章 總論 家 “ 十五 ” 科技攻關(guān)計劃重大項目 “ 水安全保障技術(shù)研究 ” 的重要組成部分 “ 城市 污水再生利用 ” 課題對處理污水水質(zhì)提出了更高要求。 近年來我國開發(fā)的活性污泥工藝軟件，主要集中在污水處理工藝的計算機輔助 設(shè)計。然而，由 于這類軟件只能提供定性而非定量的結(jié)果，所以近幾年的發(fā)展落后于以動態(tài)數(shù)學模 型為基礎(chǔ)的活性污泥工藝軟件。 GPS． X 軟件的主要優(yōu)點有： (1)對處理規(guī)模 (如進水水流數(shù)目、曝氣池數(shù)目、二沉池 數(shù)目等 )和工廠的布置沒有限制； (2)提供用戶可編輯的數(shù)據(jù)庫 (如碳氮、碳磷、用戶指 定的工業(yè)污染物等 )，可以優(yōu)化模型運行效率； (3)計算功能強大 (有 7 種算法 )； (4)含多參 數(shù)優(yōu)化程序； (5)提供靈敏度分析； (6)提供兩種穩(wěn)態(tài)計算器，以適應不同條件和要求的 計算； (7)能夠模擬單一活性污泥或多種 活性污泥的系統(tǒng)運行情況： (8)輸入、輸出既可 5 污水處理工藝設(shè)備系統(tǒng)模型研究與仿真 用數(shù)據(jù)文件格式，也可用 DDE格式，還可與微軟 EXCEL 鏈接以電子表格的形式輸出， 用圖、表直觀地顯示整個變化過程： (9)可在屏幕流程圖中顯示某個操作單元 (如曝氣池、 二沉池 )，并通過點擊來調(diào)整該裝置的參數(shù)或?qū)ζ溥M行相應的操作； (10)覆蓋的單元操 作齊全，包括均化池、配水渠、初沉池、二沉池、濃縮池、泵站、深井、序批式反 應器 (SBR)、連續(xù)攪拌式反應器 (CSTR)、活塞流式反應器、滴濾池、生物濾池 (BAF)、 轉(zhuǎn)盤濾池、氣浮、硝化池、沉砂池、澄清池、滅菌工藝等； (11)自動化功能強大，內(nèi) 置開／關(guān)、 P， PI， PID 控制和超前滯后、前饋控制模擬程序，并可與 MATLAB 軟件整合， 以檢驗控制方案是否得力，還可自動校測各傳感器，及時診斷各種工藝故障。 EFOR 是基于 ASMl 和 ASM2 活性污泥模型的廢水處理工藝開發(fā)和模擬軟件，由 EFORApS 公司與以 Mogens Henze 教授為首的 IAWQ 活性污泥模型國際專家組聯(lián)合開 發(fā)，目前在國外普遍使用。 1． 3活性污泥數(shù)學模型應用軟件的發(fā)展 1． 3． 1 國外性污泥數(shù)學模型應用軟件的發(fā)展及現(xiàn)狀 1988年，美國 Clemson大學將 ASMI模型編成計算機應用程序 SSSP(Simulation of Single Sludge Process)，成為公認的第一個活性污泥工藝軟件。建立生物反應模型 和沉淀模型是活性污泥系統(tǒng)模擬的關(guān)鍵。 1． 2． 3 活性污泥系統(tǒng)模擬 隨著計算機的廣泛應用和生物技術(shù)的進展，特別是上述 ASM系列模型的問世， 人們才對活性污泥法廢水處理的解決方案進行了較為準確的定位一活性污泥系統(tǒng)模 擬。 2． wRC 模型【 17L該模型由英國水研究中心提出，認為存活力并非生物活性的先 決條件，強調(diào)了非存活細胞的生物代謝作用使有機物的降解可以在不伴隨微生物量 增加的情況下發(fā)生，以此解釋在應用 Monod 動力學根據(jù)有機物的去除預測微生物量 增長時出現(xiàn)的問題。語言模 型主要指專家系統(tǒng)，其研究尚處在初始階段。 但是，由于這些穩(wěn)態(tài)模型只考慮了污水中 含碳有機物的去除，沒有考慮氮、磷 等物質(zhì)的去除，和出水中有機物濃度隨進水濃度變化的現(xiàn)象，也不能很好地預測實 際觀察中存在的有機物濃度增加時，微生物增長速率變化的滯后效應，且 Monod 方 程本身并不能預測有機物濃度降低時活性污泥過程的瞬變響應，而實際污水廠總是 處在變化過程中，進水的水質(zhì)水量有變化，每天的氣溫也有變化。 1． 2活性污泥法與數(shù)學模型的結(jié)合 ． 1． 2． 1 活性污泥靜態(tài)模型的發(fā)展 活性污泥模型的研究從 1913年 Michaelis 和 Menten研究純酶對純底物的降解關(guān)系， 提出的 Miehaelis． Menten 方程【 11]至 U1942 年 Monod【 121 提出以 Michaelis． Menten 公式為基 礎(chǔ)的 Monod方程，指出微生物的生長速率與微生物濃度及某些限制性底物濃度之間 的關(guān)系。 (3)水處理排放的標準提高 隨著人們生活質(zhì)量的提高，對環(huán)境質(zhì)量的要求也逐步提高，這就使得城市污水 處理廠的排水標準越來越高，除 BOD外，對氮磷等的去除要求也將提升。 活性污泥設(shè)備系統(tǒng)由初次沉淀池、生化反應池及二次沉淀池組成?；钚晕勰? 法的運行中有多種過程控制的手段，如污泥的回流，剩余污泥的排放和氧的供給等。每一種運行方式都有 污水處理工藝設(shè)備系統(tǒng)模型研究與仿真 其獨特的性能；其二，它能在較大的負荷范圍內(nèi)有效的工作，這樣就具備了對不同廢 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能力；此外，它是可控制的， 活性污泥法能以合理的費用達到相當高的出水水質(zhì)要求。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 機廢水：其處理規(guī)?？稍谇崳罩寥f噸／日之間變化；可以連續(xù)運行，也可以間歇運行。傳統(tǒng)的活性污泥法是指通過微生物在好氧條件下，利用污水中的 有機物或部分無機物為培養(yǎng)基質(zhì)進行生物合成和生物分解的代謝活動。 污水處理廠對水資源保護的效果取決于所采用工藝技術(shù)。人類現(xiàn)代社會的產(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。地球 71％的表面被平均深度達 3． 8km 的水覆蓋，全球總貯水量估計為 13． 9 億立方千米。 學位 20 將 0 弓年 6 EJ 臀 ’ ．復靜 之7 日 一 N 。 關(guān)鍵詞：城市污水處理；活性污泥系統(tǒng)；數(shù)學模型； 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