全耦合活性污泥模型(FCASM3)Ⅲ:AAO工艺最佳运行工况数值模拟

利用新建立的全耦合活性污泥模型(FCASM3),在完成FCASM3对德清县狮山污水处理厂现场模拟校验研究的基础上,分别模拟分析了溶解氧浓度、污泥停留时间和混合液回流比等单因素作用以及多因素共同作用对该厂AAO系统污水处理效果的影响.研究结果表明,溶解氧浓度是一个影响脱氮除磷效果十分重要而敏感的因素,低溶解氧浓度有利于系统内的脱氮反应朝着短程硝化-反硝化的方向进行,利用FCASM3模拟多因素正交试验的结果并进行了方差分析,得到了德清县狮山污水处理厂AAO系统的最佳运行工况:维持好氧池内平均溶解氧浓度为0.3g·m-3,污泥停留时间为20d,混合液回流比为5,在该条件下,该厂既可以实现达标排放,又可使污水处理系统发生短程硝化-反硝化作用,节约了运行成本.最大限度的降低了能耗,提高了资源利用率.     

活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅰ:模型建立

由活性污泥系统内生物场、水力场和温度场之同相互影响关系分析以及活性污泥系统多场耦合模型研究现状可知,当前亟需建立既能准确反映活性污泥系统污染物质去除过程.同时又充分考虑水力及温度作用的多场耦合模型,基于活性污泥系统内生物场、水力场和温度场之间相互影响关系的研究,以全耦合活性污泥模型(FCASM3)为新平台,采用一维对流-弥散方程的形式建立了活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp),该模型充分考虑了生物场、水力场和温度场三者之间的相互作用.     

活性污泥系统生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)Ⅱ:模型校验

以采用AAO工艺的德清县狮山污水处理厂作为生物场-水力场-温度场耦合模型校验的现场试验基地.针对AAO工艺的特点,按照物料平衡原理分别对厌氧池、缺氧池、好氧池等各反应池内物质变化关系进行数学表征,建立了AAO工艺生物场-水力场-温度场耦合模型(FCASM3-Hydro-Temp)以及生物场-水力场耦合模型(FCASM3-Hydro).以若丹明B作为示踪剂于该厂进行了现场示踪实验,测得厌氧池、缺氧池和好氧池的水力弥散系数.依据试验所得数据,实现了对FCASM3-Hydro耦合模型以及FCASM3一Hydro-Temp耦合模型的现场模拟校验.校验结果表明,FCASM3-Hydre-Temp耦合模型能够实现活性污泥系统污染物质生物去除与水力场和温度场耦合变化过程的动态模拟.     

分体式射流曝气器的试验研究

设计研制了一种新型的射流曝气器(也称分体式射流曝气器),提出了分体式设计的概念,它主要应用于小型和高浓度工业废水的实际处理工程中.在较宽的试验范围内着重研究了3个参数(长径比R₁、喉嘴比R₂和吸嘴比R₃)对吸气量的影响.结果表明:在较宽的喉嘴比范围内,吸气量存在波动,最佳喉嘴比出现的位置与混合管的长度有关;吸嘴比对吸气性能影响不大;长径比对吸气性能影响较大,最佳长径比可以在过渡区中寻找;试验结果同时也证实应用CFD数值仿真进行射流器的设计是可行的,本射流器的吸气量(900～1 100 L/min)和搅动范围均较大.     

系列混合碳源条件下颗粒化EBPR系统菌群结构变化规律研究

在SBR反应器中接种富含聚磷菌的活性污泥,采用一系列不同丙酸/乙酸比例混合的碳源进行EBPR系统污泥的颗粒化培养,并考察了颗粒化进程中的系统菌群结构变化,以及不同混合碳源条件对系统功能菌种竞争的影响.结果表明,污泥颗粒化过程对EBPR系统菌群结构产生了较大的筛选作用.原本在系统中占优势的一类Uncultured bacterium被迅速淘汰;Uncultured Rhodocyclaceae bacterium、部分Candidatus Competibacter phosphatis、部分Denitrifying bacterium、Acinetobacter及部分Uncultured alpha proteobacterium分别逐渐被淘汰.在各个成熟的颗粒化EBPR系统中,除磷微生物主要为Uncultured Chlorobi bacterium与Uncultured alpha proteobacterium.不同混合碳源条件培养的颗粒化EBPR系统菌群结构差异主要表现为Candidatus Competibacter phosphatis(聚糖菌)与Uncultured Chlorobi bacterium(聚磷菌)菌群数量的不同.混合碳源中乙酸比例的提高可造成颗粒化EBPR系统中Candidatus Competibacter phosphatis的增长,使系统的除磷效率下降.而碳源中丙酸比例相对较高的条件有利于Uncultured Chlorobi bacterium增长,从而有助于颗粒化EBPR系统维持较好的除磷效率.     

低浓度铬对SBR中微生物抑制影响研究

研究了低浓度铬(三价和六价)对SBR生物系统的抑制影响,考察了两种不同SBR工艺(传统工艺和分段进水工艺)在处理含低浓度铬废水过程中常规的出水水质和活性污泥性状的变化,以及微生物群落的变迁.研究结果表明,在进水总铬(Cr(III)∶Cr(VI)=4∶1)浓度为0.5mg·L-1的条件下,传统工艺和分段进水工艺的氨氮去除率由99%分别下降至70%和65%,同时,磷酸盐去除率也由99%分别下降至51%和43%.当进水中总铬浓度达到1 mg·L-1时,分段进水工艺SBR系统的氨氮和磷酸盐去除率最终分别下降至44%和37%.此外,多糖和蛋白质的分泌量变化分别呈下降和上升趋势.高通量测序结果表明,活性污泥细菌群落丰富度和多样性受到了铬离子的影响,并且Nitrospira、Acidobacteria、Planctomycetes、Cyanobacteria和Candidatus_Accumulibacter等脱氮除磷功能菌种的生长都受到了一定程度的抑制,也与被抑制的SBR系统脱氮除磷去除率下降的宏观现象相吻合.     

水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制的数值模拟研究

大量研究表明,水温变化会影响聚磷菌和聚糖菌之间的竞争关系,是造成EBPR系统除磷效果波动的重要因素.温度的逐步升高导致聚磷菌在强化生物除磷(EBPR)系统中逐渐失去优势直至系统崩溃.然而,有关如何利用物理模拟和数值模拟手段恢复升温破坏后的EBPR系统除磷效果及其响应机制的研究甚少.本文基于全耦合活性污泥数学模型(FCASM3),对EBPR系统进行数值建模和模拟试验,研究温度变化对EBPR系统的影响,旨在用模型预测及验证水温变化对EBPR系统除磷效果响应机制及适宜聚磷菌生存的极限条件,通过升温破坏及温度恢复的试验与模拟研究,进一步分析不同温度对EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的影响.通过对比FCASM3与国际水协的除磷代谢模型ASM2d在不同运行温度(20℃,25℃,30℃,35℃)下,对EBPR系统出水COD、PO43--P等污染物质的模拟变化趋势,结果表明FCASM3能更好地模拟EBPR系统中聚磷菌和聚糖菌的行为,且随着温度的升高,EBPR的除磷效率下降.在水温升高和恢复的过程中发现,温度升高到35℃,会导致EBPR的崩溃,短时间内不能恢复升温前的除磷效率.     

强化生物除磷系统除磷特性对水温变化响应的试验研究

以富集聚磷菌(Phosphorus Accumulating Organisms,PAOs)的活性污泥为基础,研究了强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)系统的磷酸盐去除特性对温度升高和恢复的响应.结果表明,水温从20℃分别上升到25、30和35℃3种状态持续运行8d后,EBPR系统厌氧释磷和好氧吸磷受到明显抑制,系统磷酸盐去除率显著下降.20℃对照处理系统的磷酸盐去除率约为80.3%,而35℃的升温处理其磷酸盐去除率为0,说明此系统处于崩溃状态.当所有处理系统水温恢复到20℃运行后,25℃处理系统经过1d的恢复,磷酸盐去除率可恢复至80%,30℃处理系统经过5d的恢复,磷酸盐去除率可达80%,而35℃处理系统则无法恢复到原来的状态.此外,水温上升到25、30和35℃分别运行8d后,系统内厌氧胞内聚合物(PHA)的合成量和好氧PHA的消耗量随着反应器内水温的升高而增加.20℃对照处理系统的厌氧PHA合成量约为0.03mg·mg-1(以污泥计,下同),好氧PHA消耗量约为0.06mg·mg-1;35℃升温处理系统的厌氧PHA合成量约为0.11mg·mg-1,好氧PHA消耗量约为0.12mg·mg-1.当所有处理水温恢复到20℃运行后,升温处理的反应器内厌氧PHA合成量和好氧PHA消耗量都明显降低.     

核废料深埋处理安全性分析的热-水-力耦合模型新进展

本文介绍了国际合作项目ＤＥＣＯＶＡＬＥＸ在核废料深埋处理安全性分析的热—水—力耦合模型研究方面的新进展。     

活性污泥法污水处理厂生物-水力耦合建模及校验研究

为了考察生物反应器中水力流场对污染物质生物去除效果的影响以及研究生物代谢模型对生物除磷效果模拟的情况,在FCASM1模型的基础上,结合Delft磷代谢机理模型的思想,建立完全耦合活性污泥2号模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.2,简称FCASM2);并通过一维纵向对流-弥散方程与生物场耦合,建立了生物场-水力流场耦合新模型--FCASM2-Hydro耦合模型.污水处理厂模拟结果表明,生物场-水力流场耦合模型(FCASM2-Hydro)比非耦合模型对污染物质去除过程的描述更符合实际情况.在对30d的污水处理动态模拟结果中,FCASM1和FCASM2两个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势一致,而且FCASM2的模拟值比FCASM1的模拟值更符合实测结果;在3d的污水处理动态模拟结果中,这2个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势基本一致.