楊青¹，劉遂慶¹，甘樹應(yīng)²
( 1.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；2.上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海?200235)

　　摘　要：利用活性污泥3號模型(ASM3)，對上海市某污水處理廠的處理工藝進行計算機動態(tài)模擬，結(jié)果表明出水中的COD、BOD、氨氮模擬值與污水處理廠的實測值基本吻合，說明利用活性污泥3號模型對城市污水處理廠進行模擬是可行的。針對原工藝對氨氮的去除率比較低的情況，在不作重大改造和不明顯削減處理能力的前提下推薦了3個改造方案并進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果建議將曝氣池以A/O工藝方式運行。
　　關(guān)鍵詞：污水處理廠；活性污泥3號模型；動態(tài)模擬；A/O工藝
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)12-0068-03

　　我國已建的大多數(shù)城市污水廠都欠缺脫氮除磷功能，如上海市現(xiàn)有的23家污水處理廠^［1］中僅有5家采用了脫氮工藝，而其他污水廠大多采用傳統(tǒng)的鼓風(fēng)曝氣推流式活性污泥法工藝，其對氮的平均去除率僅為23.7%左右^［2］，出水中的氨氮濃度大大超出上海市規(guī)定的15mg/L，嚴重污染了受納水體。為此，亟需對現(xiàn)有污水廠進行改造以實現(xiàn)脫氮功能，而利用ASM3的動態(tài) 模擬功能可選擇最佳處理工藝，并能節(jié)省投資。

1　污水廠概況

　　上海市某污水處理廠的工藝流程見圖1。

　　該廠自1987年開始運轉(zhuǎn)以來，截止1990年底污水量平均為2.7×10⁴m³/d，經(jīng)過近幾年的舊區(qū)改造和新區(qū)開發(fā)使廠內(nèi)的污水量逐年增加，目前實際平均處理量達到甚至超過7.5×10⁴m³/d的設(shè)計處理量。該廠對BOD、COD、SS的去除效果非常好(去除率都在95%以上)，但對氨氮的去除率很低(＜30%)，出水氨氮的平均值在20mg/L左右。

2　ASM3模型的應(yīng)用

　　該廠的曝氣池采用穿孔管曝氣，共3組，每組4槽，長為45m，每槽寬為6m，有效水深為6m。將曝氣池的每一槽當(dāng)作一個完全混合反應(yīng)器，則整個反應(yīng)器為如圖2所示的四個完全混合反應(yīng)器串聯(lián)而成，進水和回流污泥由第一槽進入，第四槽出水至二沉池。

　　完全混合反應(yīng)器的動力學(xué)模式為：?

?　V(dCi／dt)_net=Q·C0-Q·Ce-V·r(Ci) ?(1)?

?　

　　式中?V——反應(yīng)器體積?
　　　　?Q——進水水量
　　　　?C₀——進水中某組分濃度
　　　　?Ce——出水中某組分濃度?
　　　　?vij——組分矩陣，根據(jù)TCOD、氮及電荷守恒計算得到
　　　　?ρj——第j個過程的反應(yīng)速率?
　　　　?r(Ci)——某組分的反應(yīng)速率
　　ASM3的溫度適用范圍為8～23℃，超出此范圍會導(dǎo)致很大的誤差甚至需要改變模型的結(jié)構(gòu)^［3］，故模擬采用2000年及2001年在此溫度范圍內(nèi)的3月—5月和10月—12月共12個月的數(shù)據(jù)。根據(jù)該廠實際運行情況，污泥濃度控制在3～4g/L，污泥回流比為70%～80%，溶解氧為1.5mg/L。根據(jù)當(dāng)月實際的平均溫度對動力學(xué)參數(shù)進行調(diào)整，化學(xué)計量學(xué)參數(shù)取推薦值，由于該廠的污泥齡非常短，故硝化細菌含量的取值相應(yīng)很低(來模擬氨氮基本未被硝化的情況)，采用所選數(shù)據(jù)進行模擬則出水COD、BOD和NH₃-N模擬值與實測值如圖3～5所示。

　　由模擬結(jié)果可知，出水COD、BOD、NH₃-N的模擬值與實測值相差不大，因此利用ASM3對城市污水處理廠進行模擬是可行的。

3　工藝改造優(yōu)化方案討論

　　該污水廠的氨氮不能達標(biāo)的主要原因有：①目前處理系統(tǒng)中的污泥齡僅為6d而不適宜長污泥齡的硝化細菌生長，因此硝化細菌在系統(tǒng)中的含量低，模擬時(活性自養(yǎng)菌生物固體Xa的取值很低)得到的氨氮結(jié)果與實測結(jié)果相差不大也證明了這點；②充氧量不足以提供碳化和硝化反應(yīng)之所需。改造時可采用減少剩余污泥排放量或在曝氣池中投加懸浮填料等措施來促進硝化細菌的生長，并適當(dāng)增加曝氣量。改造方案的溶解氧在各槽中的分布及出水回流情況見表1。

表1　溶解氧分布及出水回流情況 溶解氧(mg/L) 1槽 2槽 3槽 4槽 出水是否回流 模擬時的符號 原工藝 1.5 1.5 1.5 1.5 否 無 方案1 1.5 1.5 1.5 1.5 否 * 方案2 1.5 1.5 1.5 2.0 否 △ 方案3 0.3 1.5 1.5 2 是 ○

　　原工藝及各方案出水COD、BOD、NH₃-N、NOx-N的模擬結(jié)果如圖6～9所示。
　　3個方案與原方案相比，對COD、BOD的去除率相差不大，但出水的氨氮及硝態(tài)氮濃度差別較大。方案1主要考慮增加了系統(tǒng)污泥齡而不增加曝氣量，其出水的氨氮濃度(見圖8)雖有明顯下降，但仍不達標(biāo)。方案2在方案1的基礎(chǔ)上增加了最后一格的曝氣量(將第4槽的溶解氧提高到2.0mg/L)則氨氮可達標(biāo)，但出水中的硝態(tài)氮含量明顯上升，當(dāng)氣溫較高時在二沉池中會發(fā)生反硝化而造成浮泥現(xiàn)象，引起污泥流失而使處理系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此考慮增加系統(tǒng)的脫氮能力即方案3。

　　方案3在方案2的基礎(chǔ)上增加了出水回流，且第一槽停止曝氣(溶解氧在0.3mg/L左右，作為缺氧池進行反硝化)即以A/O工藝運行。回流縮短了水力停留時間，同時又起到了稀釋作用，在二者的共同作用下雖出水中的BOD、COD較前兩個方案的略有上升(見圖6、7)，但氨氮濃度(見圖8)與方案2的基本持平(可達標(biāo)排放)，硝態(tài)氮濃度(見圖9)降至10mg/L以下，系統(tǒng)可穩(wěn)定運行。因此建議該廠的曝氣池以A/O形式運行，這樣不僅出水氨氮可達標(biāo)又可去除部分硝態(tài)氮，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定。在改造后的實際運行中可根據(jù)實際的水質(zhì)、水量進行模擬，合理調(diào)整各槽的溶解氧分布及出水回流比和污泥回流比來優(yōu)化工藝運行以降低運行費用。

4　結(jié)論

　　①利用ASM3來模擬氨氮基本未被硝化的運行情況，出水COD、BOD、NH₃-N的模擬值與實測值相差不大，這說明利用ASM3對城市污水處理廠進行模擬是可行的。
　　②為使原有的以去除含碳有機物為主的污水廠在不作重大改造和不明顯削減處理能力的前提下而增加去除氨氮的功能，并減少改造投資及中試費用，采用了先進的ASM3模型對3個改造方案進行模擬，并建議將現(xiàn)有的曝氣池以A/O方式運行，即第一槽作為缺氧段，第二、三槽不變，第四槽的溶解氧含量略有提高，并增加出水回流。

參考文獻：

　　［1］錢瑾.上海部分城市污水處理廠現(xiàn)狀調(diào)查［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，1997，3:22-24.
　　［2］郭茜，劉軍，王覺福.上海城市污水處理現(xiàn)狀［J］.中國給水排水，1999，15(2):25-26.
　　［3］Willi Gujer,Henze,Grady M,et al.Activated sludge modle No.3［J］.WatSci Tech，2000，39(1)：183-193.

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　　收稿日期：2002-06-04