ASM3在城市污水处理厂改造中的应用

杨青¹，刘遂庆¹，甘树应²
( 1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2.上海市环境科学研究院，上海?200235)

　　摘　要：利用活性污泥3号模型(ASM3)，对上海市某污水处理厂的处理工艺进行计算机动态模拟，结果表明出水中的COD、BOD、氨氮模拟值与污水处理厂的实测值基本吻合，说明利用活性污泥3号模型对城市污水处理厂进行模拟是可行的。针对原工艺对氨氮的去除率比较低的情况，在不作重大改造和不明显削减处理能力的前提下推荐了3个改造方案并进行模拟，根据模拟结果建议将曝气池以A/O工艺方式运行。
　　关键词：污水处理厂；活性污泥3号模型；动态模拟；A/O工艺
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)12-0068-03

　　我国已建的大多数城市污水厂都欠缺脱氮除磷功能，如上海市现有的23家污水处理厂^［1］中仅有5家采用了脱氮工艺，而其他污水厂大多采用传统的鼓风曝气推流式活性污泥法工艺，其对氮的平均去除率仅为23.7%左右^［2］，出水中的氨氮浓度大大超出上海市规定的15mg/L，严重污染了受纳水体。为此，亟需对现有污水厂进行改造以实现脱氮功能，而利用ASM3的动态 模拟功能可选择最佳处理工艺，并能节省投资。

1　污水厂概况

　　上海市某污水处理厂的工艺流程见图1。

　　该厂自1987年开始运转以来，截止1990年底污水量平均为2.7×10⁴m³/d，经过近几年的旧区改造和新区开发使厂内的污水量逐年增加，目前实际平均处理量达到甚至超过7.5×10⁴m³/d的设计处理量。该厂对BOD、COD、SS的去除效果非常好(去除率都在95%以上)，但对氨氮的去除率很低(＜30%)，出水氨氮的平均值在20mg/L左右。

2　ASM3模型的应用

　　该厂的曝气池采用穿孔管曝气，共3组，每组4槽，长为45m，每槽宽为6m，有效水深为6m。将曝气池的每一槽当作一个完全混合反应器，则整个反应器为如图2所示的四个完全混合反应器串联而成，进水和回流污泥由第一槽进入，第四槽出水至二沉池。

　　完全混合反应器的动力学模式为：?

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

?　

　　式中?V——反应器体积?
　　　　?Q——进水水量
　　　　?C₀——进水中某组分浓度
　　　　?Ce——出水中某组分浓度?
　　　　?vij——组分矩阵，根据TCOD、氮及电荷守恒计算得到
　　　　?ρj——第j个过程的反应速率?
　　　　?r(Ci)——某组分的反应速率
　　ASM3的温度适用范围为8～23℃，超出此范围会导致很大的误差甚至需要改变模型的结构^［3］，故模拟采用2000年及2001年在此温度范围内的3月—5月和10月—12月共12个月的数据。根据该厂实际运行情况，污泥浓度控制在3～4g/L，污泥回流比为70%～80%，溶解氧为1.5mg/L。根据当月实际的平均温度对动力学参数进行调整，化学计量学参数取推荐值，由于该厂的污泥龄非常短，故硝化细菌含量的取值相应很低(来模拟氨氮基本未被硝化的情况)，采用所选数据进行模拟则出水COD、BOD和NH₃-N模拟值与实测值如图3～5所示。

　　由模拟结果可知，出水COD、BOD、NH₃-N的模拟值与实测值相差不大，因此利用ASM3对城市污水处理厂进行模拟是可行的。

3　工艺改造优化方案讨论

　　该污水厂的氨氮不能达标的主要原因有：①目前处理系统中的污泥龄仅为6d而不适宜长污泥龄的硝化细菌生长，因此硝化细菌在系统中的含量低，模拟时(活性自养菌生物固体Xa的取值很低)得到的氨氮结果与实测结果相差不大也证明了这点；②充氧量不足以提供碳化和硝化反应之所需。改造时可采用减少剩余污泥排放量或在曝气池中投加悬浮填料等措施来促进硝化细菌的生长，并适当增加曝气量。改造方案的溶解氧在各槽中的分布及出水回流情况见表1。

表1　溶解氧分布及出水回流情况 溶解氧(mg/L) 1槽 2槽 3槽 4槽 出水是否回流 模拟时的符号 原工艺 1.5 1.5 1.5 1.5 否 无 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 ○

　　原工艺及各方案出水COD、BOD、NH₃-N、NOx-N的模拟结果如图6～9所示。
　　3个方案与原方案相比，对COD、BOD的去除率相差不大，但出水的氨氮及硝态氮浓度差别较大。方案1主要考虑增加了系统污泥龄而不增加曝气量，其出水的氨氮浓度(见图8)虽有明显下降，但仍不达标。方案2在方案1的基础上增加了最后一格的曝气量(将第4槽的溶解氧提高到2.0mg/L)则氨氮可达标，但出水中的硝态氮含量明显上升，当气温较高时在二沉池中会发生反硝化而造成浮泥现象，引起污泥流失而使处理系统不稳定，因此考虑增加系统的脱氮能力即方案3。

　　方案3在方案2的基础上增加了出水回流，且第一槽停止曝气(溶解氧在0.3mg/L左右，作为缺氧池进行反硝化)即以A/O工艺运行。回流缩短了水力停留时间，同时又起到了稀释作用，在二者的共同作用下虽出水中的BOD、COD较前两个方案的略有上升(见图6、7)，但氨氮浓度(见图8)与方案2的基本持平(可达标排放)，硝态氮浓度(见图9)降至10mg/L以下，系统可稳定运行。因此建议该厂的曝气池以A/O形式运行，这样不仅出水氨氮可达标又可去除部分硝态氮，使系统运行稳定。在改造后的实际运行中可根据实际的水质、水量进行模拟，合理调整各槽的溶解氧分布及出水回流比和污泥回流比来优化工艺运行以降低运行费用。

4　结论

　　①利用ASM3来模拟氨氮基本未被硝化的运行情况，出水COD、BOD、NH₃-N的模拟值与实测值相差不大，这说明利用ASM3对城市污水处理厂进行模拟是可行的。
　　②为使原有的以去除含碳有机物为主的污水厂在不作重大改造和不明显削减处理能力的前提下而增加去除氨氮的功能，并减少改造投资及中试费用，采用了先进的ASM3模型对3个改造方案进行模拟，并建议将现有的曝气池以A/O方式运行，即第一槽作为缺氧段，第二、三槽不变，第四槽的溶解氧含量略有提高，并增加出水回流。

参考文献：

　　［1］钱瑾.上海部分城市污水处理厂现状调查［J］.环境监测管理与技术，1997，3:22-24.
　　［2］郭茜，刘军，王觉福.上海城市污水处理现状［J］.中国给水排水，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