多模式AAO工艺和膜生物反应器的数学模型及工艺优化研究

摘要

本文采用活性污泥数学模型ASM2D对南方某污水处理厂的多模式AAO工艺进行模拟，优化工艺运行参数，建立能耗分析数学模型，分析了不同水量下的工艺运行规律，以及垃圾渗滤液进入污水处理厂的一级 A达标率；同时研究了膜生物反应器工艺对活性染料废水的处理效果，基于 ASM3模型建立染料废水降解DE-ASM3数学模型，通过DE-ASM3模型模拟MBR对活性染料RB5的降解过程。 利用ASM2D构建多模式AAO工艺模型，对相关参数进行灵敏度分析和校正，实现对多模式AAO工艺的模拟，并建立了活性污泥数学模型参数集。通过改变工艺运行模式、DO值、排泥量、内回流比和外回流比，优化多模式 AAO运行工艺，并通过建立能耗分析的数学模型，分析工艺优化的节能潜力。该污水处理厂的最优工艺运行模式为改良式AAO模式；控制排泥量为2,000 m3·d-1时，内回流比为100%，外回流比为50%时，出水CODCr、氨氮和TN等指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级B标准。对比工艺优化前后DO、排泥、内回流和外回流的能耗，其优化后DO和内回流能耗分别降低22.58%和0.84%，综合能耗可降低23.42%。 通过ASM2D模型模拟三组5×104 m3·d-1改良AAO工艺不同水量分配下出水CODCr、TN和NH4+-N的达标情况。结果表明，总水量为5.0~10×104 m3·d-1时，出水CODCr和NH4+-N均符合GB18918-2002一级A标准，随着总水量增加其达标率逐渐下降。水量分配组数越多，各组水量越均匀，其出水水质更佳。单组工艺水量低于污水处理厂水量设计范围时，TN一级B达标率在90%以上。在进水无垃圾渗滤液的条件下，每天运行水量超过6.0×104 m3，需要运行三组工艺才能保证一级A的达标率达到90%，三组工艺运行极限为10×104 m3·d-1。 采用MBR处理不同浓度的活性染料废水，脱色率、CODCr、氨氮和总氮的去除率均值分别达到64.97%、94.70%、76.47%和59.98%以上。在染料浓度为0~30 mg·L-1范围内，整个降解过程中的平板膜阻力为5~50×1012m-1。通过Monod方程建立染料的降解过程动力学模型，测出其最大比降解速率为（vmax）0.073 d-1和底物饱和常数为（KS）41.12 mg·L-1；以ASM3模型为基础，建立DE-ASM3模型，运用该模型对出水水质中的 CODCr、氨氮和总氮浓度进行模拟，该模型可有效模拟膜生物反应器工艺处理染料废水。

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主要符号对照表

第1章 绪论

1.1 污水处理厂的工艺优化和节能优化

1.2 污水处理工艺数学模型

1.3 染料废水现状

1.4 印染废水生物处理的数学模型

1.5 本课题主要研究内容及技术路线

第2章 多模式AAO工艺数学模拟与优化

2.1 城市污水处理厂概况与模拟

2.2 数据收集及整理

2.3 污水处理厂模拟与优化

2.4 数学模型的工艺优化

2.5 能耗分析

2.6 小结

第3章 改良AAO工艺进水条件变化的工艺优化

3.1 污水处理厂不同水量变化的模拟

3.2 垃圾渗滤液对出水TN的影响分析

3.3 小结

第4章 膜生物反应器处理染料废水降解的数学模拟

4.1 实验装置与材料

4.2 MBR处理活性染料实验

4.3 基于膜生物反应器(MBR)的数学模型

4.4 小结

第5章 结论与建议

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果