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目 录

第一章 绪论 - 1 -

1.1课题的研究背景及意义 - 1 -

1.1.1中国水环境和水污染治理现状 - 1 -

1.1.2现有污水生物脱氮技术存在的问题 - 2 -

1.2生物脱氮工艺及活性污泥数学模型研究现状与进展 - 2 -

1.2.1污水生物脱氮原理 - 2 -

1.2.2生物脱氮的影响因素 - 3 -

1.2.3活性污泥法生物脱氮工艺研究现状 - 4 -

1.2.4国内外数学模型研究现状 - 4 -

1.2.5 ASM模型 - 5 -

1.2.6活性污泥数学模拟软件 - 5 -

1.3研究内容 - 6 -

第二章 实验部分 - 6 -

2.1实验部分 - 6 -

2.1.1实验内容 - 6 -

2.1.2实验操作 - 6 -

2.1.3实验结果 - 7 -

第三章 分段进水SBR工艺的数学模拟 - 9 -

3.1模拟软件与数学模型 - 9 -

3.2分段进水SBR工艺的初步模拟 - 11 -

3.2.1数学模型的构建 - 11 -

3.2.2初步模拟结果及分析 - 15 -

3.2.3模型的敏感性分析 - 18 -

3.2.4基于模型修正的分段进水SBR工艺模拟与验证 - 19 -

3.3基于数学模型的分段进水SBR工艺最佳工况研究 - 21 -

第四章 结论与展望 - 23 -

4.1结论 - 23 -

4.2展望 - 24 -

参考文献……………………………………………………………………………………………………………………- 25 -

致谢……………………………………………………………………………………………- 27-

分段进水SBR工艺处理生活污水的数值模拟

黄子洪

，China

Abstract：With the rapid development of the economy and the ever-increasing level of people's quality of life, the status of water resources has become increasingly prominent. However, the current water pollution problem has brought many negative impacts on the natural environment and the normal life of the residents. Therefore, in the course of economic development, we must not neglect the issue of solving water pollution. In this study, a combination of experiment and mathematical model simulation was used to simulate domestic sewage with low C/N ratio as the object, and the effect of staged influent SBR process on the removal of various pollutants in domestic sewage with low C/N ratio was studied. Through experimental research, the following conclusions:

⑴The model constructed based on STOAT software can accurately simulate the changes of various pollutants in the step-feed SBR process. Model simulation instead of experimental research can effectively reduce the workload and reduce the time required to adjust the device.

⑵ The main factors affecting the removal efficiency of the system TN are as follows: hydraulic retention time, aerobic/anoxic operation time ratio, flow distribution ratio, and hydraulic retention time ratio are significant for the effect of staged water in the SBR process effluent TN. To reduce the system effluent TN value, for the process device, the optimum process conditions hydraulic retention time is 9 hours, flow distribution ratio of 5:3:2, aerobic / anoxic running time ratio is 2:3.

Key words: staged inflow, SBR process, low C/N ratio domestic sewage, mathematical simulation,STOAT

1. 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.1.1中国水环境和水污染治理现状

水是人类社会依赖和成长的重要自然资源。 我国水资源的主要特点是：我国水资源的总有量丰富，人均量较低；时空分布不均匀，主要体现在东南多西北少，春夏季节多秋冬季节少；水源利用率低,污染严重[^[1]]。我国是一个缺水严重的国家。虽然淡水资源总量约占世界水资源的6%，但它仍是世界第四大淡水资源，但其人均份额很小，它只占世界平均水平的1/4，在世界上是121位。它是世界上13个水资源最贫乏的国家之一。近年来，中国的人口增长率和对水资源需求加速了城市化进程。也使得水资源的供应紧张。我国水污染日益严重的主要原因是：⑴中国人口众多,经济高速增长给环境和资源带来了巨大的压力，经济的协调发展因此受到了限制。我国经济增长模式仍以粗放型为主，工业和农业组成结构不合理，较低的能源利用率，不够重视环境资源，甚至用牺牲环境的方法来换得经济能够得到增长，这对我国水环境带来了很多负面影响。⑵由于我国众多城市人口，产生大量的生活垃圾，然而，这些生活垃圾的回收率低,造成环境污染，对饮用水和农产品的安全构成威胁。⑶我国工业废水排放量大且其处理率也比较低[^[2]]，大量的污水在未经处理的情况下直接排入河流，严重污染水体，降低了水资源的利用率。⑷在现代农业生产中，化肥和农药残留不断产生，土壤和地下水以及河流和湖泊都受到污染。

我国不仅是水资源短缺，而且水资源短缺的问题表现的越来越猛烈。目前，在中国水资源主要河流、湖泊、地下水等。从工厂排出来的水的污染已经严重破坏了我们国家的许多地方的环境和水资源。目前,我国水资源的污染主要包括三个方面:首先是工业废水的排放。工业污水具有水量大、排放浓度大、水质复杂、处理难度大、污染物浓度高等特点。另外，我国一些地区没有污水处理能源。一些企业直接从工业废水中受益，这些未经处理的污水直接排放到水体中，对水资源造成严重损害，这就决定了工业污水对水生态有着不可预知的威胁。其次是生活用水的排放。另一方面，它也增加了水资源的消耗。如今，大量的生活必需品的生产和新产品的合成，加剧了自然环境的压力，以及人们的生活和人们的生活质量。生活中也有其他方面导致水资源的流失；最后，农业污染。在中国农业污水主要来源，一是畜禽粪便，目前畜禽养殖业已开始集中规模化养殖,畜禽粪便排放量大、规模大，而且养殖户们知识水平有限，没有得到直接利益的农户会自私的直接排放畜禽粪便。这些粪便会污染地表水和地下水环境一周；二是化肥和农药等化肥肥料的大量使用，虽然化肥和农药的使用会增加植物的产量，但是，过量的肥料进入河流和湖泊会导致严重的富营养化问题。

1.1.2现有污水生物脱氮技术存在的问题

现如今，传统的生物脱氮技术还存在着许多问题，主要⑴包括自养型的硝化菌生长较慢，比异养型的反硝化菌等相比增殖速度慢，因而使得硝化反应时间往往非常长，普通的活性污泥曝气时间大概需要4-6小时，但是SBR法等甚至需要超过8小时；⑵硝化过程能耗高。根据计算，氧化1g的NH₄ -N为NO₃^--N需要7.07g碱度(CaCO₃)，O₂为4.25g,无机碳为0.85克。这意味着硝化反应过程中需要保持较高的pH值[^[3]]；⑶硝化细菌和反硝化细菌都易受外界环境的影响。对环境变化造成的冲击很敏感，而一般采用缺氧/好氧交替运行的工况相比有空间或时间上的滞后性,进而影响了脱氮效果；⑷碳源的缺乏，目前由于生活水平的提高及经济发展，我国生活污水普遍出现污水中有机物含量较低且持续下降的情况，在生物脱氮进程中，反硝化进程须要足够的有机碳源作为电子供体。

此外，现有污水的生物脱氮还体现在脱氮和除磷之间的矛盾，即脱氮和脱氮除磷[^[4]]对于碳源的竞争及脱氮和除磷对于SRT长短需要不同的矛盾。生物反硝化和除磷都需要大量的有机碳源，系统内SRT需要尽量地长、排泥量尽量少，而为了强化除磷效果，系统内SRT又需要尽量短排泥量也需要较高以去除剩余污泥中的磷。因此，目前生物脱氮技术存在处理效果差、能耗大、出水水质差、耐冲击性差等问题。

综上所述，由于水体特别是水体富营养化问题的日益严重，城镇污水处理设施发展的不完全不均衡，城市污水处理设施需要建设和改造，以及国家对相关废水排放标准要求的提高。结合目前现有的城镇污水处理设施生物脱氮工艺存在的问题，脱氮新工艺的开发应用与现有城镇污水处理设施脱氮工艺的改造是目前急需解决的问题。

1.2生物脱氮工艺及活性污泥数学模型研究现状与进展

1.2.1污水生物脱氮原理

污水生物处理是世界各国污水处理的主要方法。根据结构中微生物的悬浮状态或固体状态，可分为活性污泥法和生物膜两种。由微生物的性质，可划分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种。生物处理是污水或工业废水中的生物处理介质，用于活性污泥或生物膜以提供活性污泥或生物膜和污水可以形成生态系统的反应环境。活性污泥法是一种利用活性污泥中不同微生物去除污水中各种污染物的方法。常用的活性污泥法包括传统活性污泥法，SBR法，氧化沟法，A/O法，A²/O法和变形法[^[5]]。生物膜包括生物过滤器，生物传送带，生物接触氧化过程，生物流化床和充气生物过滤器。这些方法有一共同点，它们被一层污泥覆盖，污泥层由多种细菌，原生动物和后生动物组成。

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