型组合工艺CSTRUASBAFNMBR处理有机废水实验及数学建模课件

新型组合工艺新型组合工艺 （CSTRUASBAFNMBR）处理有机废水实验及数学建模 2012.10.24 周三晚 讲解人员：讲解人员：%&*目录 CONTENTS1.简介2.实验3.结果与讨论4.数学建模5.总结1简介简介(1)来源：生产过程中的工艺废水、设备冲洗水、冷却循环水、蒸发浓缩冷凝液等。(2)特点：污染物种类多、成份复杂、COD高、可生化性差、水质水量变化大、色度高等。1.1 玉米深加工废水1.2 目前国内的处理方法好氧-厌氧联合生物处理法1.3 实验简介 (1) 高效厌氧好氧组合工艺CSTR(产酸发酵反应罐)UASBAF(复合厌氧反应池)NMBR(新型多级环流膜生物反应器) (2)研究新型组合工艺的运行效能1.4 模型简介厌氧消化模型ADM1活性污泥模型ASM1 ADM1模型主要描述了厌氧消化中的生化和物化过程 ,共涉及厌氧体系中的七大类微生物、19个生化动力学过程、3个气液传质动力学过程 ,共有 2 6个组分和 8个隐式代数变量 ,能够对厌氧生物处理工艺进行较好的预测和模拟。ADM1提供了开放的建模平台以及与活性污泥模型 (ASM)的接口 ,可广泛应用于对各种厌氧 -好氧组合工艺的过程模拟。 活性污泥模型 ASM1 是由国际水协（IAWQ）在 1986 年提出的，基于已有的一些污水处理数学模型，模拟活性污泥系统的碳氮去除。活性污泥模型 ASM1以莫纳德化学反应和死亡再生理论作为基础，定义了污水中的可溶与颗粒性的 13 类组分，用矩阵对反应过程中各组分的变化及关系进行阐述，还明确了 8个反应进程和 19 个参数来表征与之相应的动力学过程。 ASM1是目前为止国际上应用最成熟的废水处理数学模型。 实验22.1 废水水质情况 本研究中所用的有机废水取自某省市玉米深加工企业污水处理厂，其废水相关参数为： （平均） 2.2 工艺流程示意图2.3 材料与方法2.3.1实验装置 （1） CSTR产酸发酵罐结构如下图，罐内设气液固三相分离装置，为反应区和沉淀区的一体化结构。反应罐内还设有搅拌装置，通过轴封保证反应区良好的密封条件，运行中由外设的两个换热罐进水自控加热来保持罐内温度为351。 （2）上图为复合厌氧反应池（UASBAF）结构示意图。 UASBAF是本组合工艺中至关重要的一个工艺，整个工艺中的大部分有机污染物是在此反应池中去除的。反应池将厌氧污泥床与厌氧滤池有机地结合为一体，并设有气液固三相分离器，它能够絮集大量的微生物，形成颗粒污泥生物膜“动静”态结合的消解有机物的主体，强化了废水与微生物之间的接触，提高了反应速率，使反应器不但能防止污泥流失，而且对已酸化的有机底物具有很高的去除率，降低了好氧工艺的负荷，其中交叉流生物填料及布水设备在复合厌氧反应池中起着不容忽视的作用。 （3）新型多级环流膜生物反应器（NMBR）结构示意图。 NMBR池内设置中空纤维膜组件，污水浸没全部膜组件，池底设曝气头，鼓风机充氧曝气。设备污泥产量少，抗冲击负荷能力强，易于维护管理，与传统膜生物反应器相比可提高污水处理效率20%以上。 2.3.2操作条件 本实验中的稳定运行期内分别控制HRT 为 NMBR 2.4主要分析项目 结果与讨论33.1.1 CSTR产酸发酵罐有机质的去除情况 稳定运行期内CSTR 产酸发酵罐对COD的去除情况见上图。从上图中可以看出：在稳定运行的155d，尽管CSTR 反应器的进水COD 值为379613014mg/L，而出水COD值仅在21465978mg/L 小范围内波动，平均出水COD值为3780mg/L，CSTR 对COD 去除率为28.7% 66.5%，其COD平均去除率为47.6% 左图表示稳定运行期CSTR对BOD的去除情况，在稳定运行的155d内，CSTR反应器进水BOD值为32147654mg/L，平均进水BOD值为5434mg/L；出水BOD值为14653968mg/L，出水平均BOD值为2240mg/L，BOD去除率为34.5%64.5%，平均值为49.1%。 通过以上分析表明，CSTR对玉米深加工废水的有机质具有一定的去除效果。3.1.2 UASBAF 有机质的去除情况 从图中可以看出：在稳定运行的155d左右，UASBAF反应器在进水COD值（21455987mg/L）波动较大的情况下，一直保持着稳定的去除率（78.4%92.2%），平均COD去除率达到85.1%；出水COD非常稳定，一直在1100mg/L下，在绝大多数情况下UASBAF的出水COD值都低于800mg/L，平均值为560mg/L。 以上结果说明，UASBAF反应器不仅能够去除玉米深加工废水中的COD，而且系统比较稳定，进水浓度和负荷对去除率影响不大。 UASBAF的进水BOD值为14563698mg/L，出水BOD值为190605mg/L，平均出水BOD值仅为385mg/L，整个运行期间，UASBAF对BOD的平均去除率高达84%. （1）NMBR对有机质COD的去除效果。 从图中可以看出，在整个运行期间，NMBR进水即为UASBAF的出水，当进水COD值为1981098mg/L时，出水COD值则维持在1686mg/L这一相对狭窄的范围内，试验期间的平均COD值为42.83mg/L；NMBR对COD平均去除率为91.97。3.1.3 NMBR对有机质COD的去除效果（2）NMBR对有机质BOD的去除效果。 出水BOD值为420mg/L，平均出水BOD值为10.09mg/L。实验结果表明，NMBR对有机质具有很高的去除效果 实验中将HRT控制在 分别考察NMBR对玉米深加工废水中有机质的去除情况.3.2 最佳运行条件确定24h12h18h6h 1-40d 41-80d 81-120d 121155d不同工况运行期下NMBR对玉米深加工废水中有机质的去除情况一览表 从上、左两表可知，当HRT 为6h时，出水水质不能满足中水回用的水质要求。 综上所述，将NMBR的最佳HRT 确定为12h，在该工况条件下，出水水质能够达到生活杂用水水质标准要求。 建模模拟44.1模型的建立ADM1模型(1) ADM1模型的建立ADM1模型适用于完全混合式反应器(2) ASM1模型的建立-从而建立结合碳氧化、硝化反硝化的活性污泥数学模型1.参数调整4.2 模型调整调整对模拟误差影响较大的敏感参数2.参数的校正要按顺序进行，每次仅可改变一个参数3.其他参数和计量数根据ADM1和ASM1的默认数据进行调整模拟。4.3实验模拟ADM1模拟ASM1模拟CSTR数学模拟值与实测值对比图数学模拟值与实测值对比图 从图中可以看出，在稳定运行的155d，CSTR中COD的模拟出现较大的误差，相对误差为2.6%30.78%，平均值为12.26%。 造成ADM1模拟误差增大的可能原因如下：一是进水COD值较高，复杂大分子较多，水解比较困难；二是进水中的SS等难溶性组分含量高，造成出水实际COD值显著高于预测值。UASBAF数学模拟值与实测值对比图 由上图UASBAF的模拟可以看出：ADM1 模型能够较好地模拟UASBAF中的出水COD值，在实验期间模拟值和实测值的相对误差为20.6926.08，平均值为5.28。NMBR数学模拟值与实测值对比图 对于好氧设备的NMBR，基于ASM1处理的模型，从上图可以看出，模拟值与实测值基本吻合，相对误差为10.3310.53，平均相对误差1.16，表明静态数学模型在一定程度上能够模拟动态进水。 总结5.新型组合工艺对玉米深加工废水的处理效能很好，在稳定运行阶段，系统对废水的COD和BOD去除率分别为 和 。12h99.43%99.78%.实验研究表明，新型多级环流式膜生物反应器的最适HRT为 。.ADM1和ASM1对系统的模拟结果相对误差为：谢谢观赏谢谢观赏