（环境工程专业论文）基于ann的sbbrcri处理模拟生活污水及其仿真研究.pdf

b y s u nh o n g s o n g u s i n gs b b r c r ip r o c e s s l i l c l a ln e u r a ln e t w o r k b e ( t a i s h a nm e d i c a lu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry a n gz h a o h u i p r o f e s s o rz e n gg u a n g m i n g m a y ，2 0 1 1 0m 1 眦75 0m 9m m lm y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：孑0 、辔，凇h 期：j 。，f 年占月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 弓d 嗜z 嘲 日期：如f 年善月乡日 导师签名：呻钌 、 6 年月罗日 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水及其仿真研究 摘要 随着经济社会的发展，水污染和水资源短缺已成为我国面临的严重问题。生 活污水处理工艺越来越受到人们的关注，尤其是分散生活污水的处理工艺，由于 分散生活污水水量水质变化大，水量小，其处理一度成为水处理领域的难题，研 究者一直致力于研究开发成本低、占地面积小的、运行维护简单的新工艺。本论 文简述了我国水资源现状、突出的水资源的问题和近几年较大的水体污染事件及 其给人们的日常生活所带来的危害，论述了当前几种生活污水处理工艺的原理及 其应用，通过对比各种生活污水处理工艺的优缺点及适用性，最终选用s b b r 和 c r i 的联合工艺处理生活污水。 实验采用3 组反应器处理模拟生活污水，研究对比了s b b r 和c r i 单独处理污 水时对c o d 、n h 4 + - n 、t n 和t p 的去除效果，并与s b b r c r i 工艺的处理效果相对 比；通过单因素实验，得出各参数下的最优条件。由于s b b r c r i i 艺影响因素 与出水参数的复杂非线性，利用人工神经网络( a n n ) 对s b b r c r i 处理生活污 水的过程进行仿真模拟，在m a t l a b 语言环境下，以d o 、淹没时间落干时间、 曝气时间停曝时间、进水c o d 、进水n h 4 + - n 、进水t p 为输入因素，出水c o d 、 n h 4 + - n 、t n 和t p 为输出因素，构建具有自适应学习规则的人工神经网络。结合 最优网络运行参数：隐含层节点数6 ，初始学习率o 1 3 ，动量因子0 6 ，训练次数 6 0 0 0 次，对样本仿真学习，预测值与实际值拟合度较好，样本的绝对平均误差率 在7 5 之内，均方根误差均在0 0 8 5 之内。结果表明：当d o 为2 m g l ，曝气时间 停曝时间为2 1 ，淹没时间落干时间为1 3 时，n h 4 + - n 去除率能达到9 8 以上，t n 和t p 去除率8 5 以上，c o d 去除率9 4 以上。 通过权重分析，探究了各影响因素对出水参数的权重贡献，进水n h 4 + - n 、 d o 和进水t p 对出水参数的影响较大，在出水参数中，出水t n 受渗滤系统湿干比 影响最大。人工神经网络模型通过非线性映射识别输入与输出的关系，具有良好的 非线性逼近能力，为生活污水处理工艺的在线监测提供了条件。 关键词：人工神经网络；仿真；权重；s b b r ；人工快渗；生活污水 硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y ，c h i n ai sf a c i n gt h ep r o b l e mo fw a t e r p o l l u t i o na n dw a t e rs h o r t a g e a t t e n t i o ni sp a i d t os e w a g et r e a t m e n t ，e s p e c i a l l yt h e d e c e n t r a l i z e ds e w a g et r e a t m e n t t h ed e c e n t r a l i z e ds e w a g eh a db e c o m eap r o b l e m b e c a u s eo ft h ec h a n g eo fw a t e rq u a n t i t ya n dq u a l i t ya n dl i t t l ew a t e r r e s e a r c h e r sh a v e b e e nd e v o t i n gt h e m s e l v e st od e v e l o pl o wc o s t ，s m a l li n s t a l l a t i o nf o o t p r i n ta n ds i m p l e o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c en e wt r e a t m e n t i nt h i sp a p e r ，c u r r e n ts i t u a t i o no fw a t e r r e s o u r c ea n dt h ep r o b l e mo fw a t e rr e s o u r c ew e r ei n t r o d u c e d a tt h es a m et i m e ，w a t e r c o n t a m i n a t i o ni nr e c e n ty e a r sa n dt h i sb r i n g sh a r m t o p e o p l e sd a i l y l i f ew e r e i n t r o d u c e d t h ep a p e ra ls oi n t r o d u c e st h er e c e n td o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n t sa n di t s a p p l i c a t i o n t h r o u g hc o m p a r et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fs e w a g e t r e a t m e n t ， t h ew a t e rt e c h n o l o g yo fs b b rc o m b i n e dw i t hc r lw a se m p l o y e dt ot r e a ts i m u l a t i v e d o m e s t i cw a s t e w a t e r t h r e er e a c t o r sw e r eu s e dt ot r e a ts i m u l a t i v ed o m e s t i cw a s t e w a t e ra n dc o m p a r i n g t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ，n h 4 + - n 、t na n dt po fs b b r a n dc r ir e s p e c t i v e l y ， a n di nc o n t r a s tw i t ht h er e m o v a le f f i c i e n c yo fs b b r - c r i t h r o u g ht h es i n g l ee l e m e n t e x p e r i m e n t ，t h eo p t i m a lc o n d i t i o no f t h ep a r a m e t e r sw a so b t a i n e d s b b r - c r ip r o c e s s w a ss i m u l a t e du s i n gt h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kw h i c ha d a p t e dt ot h ec o m p l i c a t e d n o n l i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nt h ei n f l u e n c ef a c t o r sa n dt h ee f f l u e n tp a r a m e t e r s t h e a n i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kw i t ha d a p t i v es t u d ya l g o r i t h mw a sb u i l tw i t ht h ei n p u t so f d o ，w e t t i n gt i m e d r y i n gt i m e ，a e r a t i o n t i m e n o n a e r a t i o nt i m e ，t h ei n f l u e n t c o d ， n h 4 + - n t pa n do u t p u t so ft h ee f f l u e n tc o d ，n h 4 + - n ，t n ，t pu s i n gm a t l a b s o f t w a r e c o m b i n i n gw i t h t h e p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n o fs i6 ，l r0 13 ，m e0 6 ， s t u d y i n gt i m e6 0 0 0 ，t h en u m e r i c a lo u t p u t sa n d t h ee x p e r i m e n t a lv a l u e sm a t c h e dw e l l ， a n dt h em a r eo ft h es a m p l ew e r ew i t h i n7 5 a n dt h er s m w e r ew i t h i n0 0 8 5 t h e r e s u i t si n d i c a t e dt h a tn h 4 + - nr e m o v a le f f i c i e n c yw a so v e r9 8 ，t na n dt pr e m o v a l e f f i c i e n c vw e r eb o t ho v e r8 5 a n dc o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a so v e r9 4 u n d e rt h e c o n d i t i o n so fd oc o n c e n t r a t i o n2 m g l ，a e r a t i o n t i m e n o n a e r a t i o nt i m e2 1a n d w e t t i n gt i m e d r y i n gt i m e1 3 t h ev a l u ec o n t r i b u t i o nr e l a t i o n s h i p sb e t w e e ne a c hi n p u tf a c t o ra n do u t p u tr e s u l t s w e r es t u d i e db yw e i g h t e da v e r a g ea n a l y s i s ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ei n f l u e n td o ， n h 4 + - na n dt ph a das t r o n gi m p a c t o nt h ee f f lu e n tp a r a m e t e r s i nt h ee f f l u e n t p a r a m e t e r s ，t h e e f f l u e n tt nw a si n f l u e n c e dm o s tb yw e t d r y ( w d ) r a t i o o ft h e 1 1 1 c o n s t r u c t e dr a p i di n f i l t r a t i o n t h ea n nw h i c hh a st h en o n l i n e a ra p p r o x i m a t i o na b i l i t y i d e n t i f yt h er e l a t i o nb e t w e e ni n p u ta n do u t p u tb yt h en o n l i n e a rm a p p i n gr e l a t i o n ，t h a t p r o v i d e st h ec o n d i t i o nf o rt h eo n l i n em o n i t o r i n g k e yw o r d s ：a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ；s i m u l a t i o n ；w e i g h t s ；s b b r ；c o n s t r u c t e d r a p i di n f i l t r a t i o n ；d o m e s t i cw a s t e w a t e r i v 硕上学位论文 目录 学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引一v i i i 附表索引i x 第l 章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2s b r 2 1 2 1s b r 动力学3 1 2 2s b r 工艺特点4 1 3s b b r 5 1 3 1s b b r 种类6 1 3 2s b b r 工艺特点6 1 4 曝气生物滤池7 1 4 1 曝气生物滤池特点9 1 4 2 曝气生物滤池存在的一些问题9 1 5 好氧颗粒污泥 1 5 1 好氧颗粒污泥结构特 1 5 2 好氧颗粒污泥自凝聚 1 5 3 好氧颗粒污泥形成的 1 5 4 好氧颗粒污泥的特点 点 形成的环境 选择压原理 1 6 人工快渗一 条件11 6 1c r i 对有机物的去除 6 2c r i 系统对氮的去除 6 3c r i 系统的特征 1 7 人工湿地1 6 1 8 第2 章 2 1 2 2 1 7 1 人工湿地的分类 1 7 2 人工湿地去污机理 实验方案 不同因素下s b b r c r i 处理生活污水的研究2 0 月! j 舌2 0 材料和方法2 0 v 0 0tl 4 4 6 2 2 1 实验装置2 0 2 2 2 2 2 3 2 2 4 2 2 5 2 2 6 2 3s b b r 2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 3 4 模拟生活污水2 1 实验方法2 1 分析检测项目2 2 反应器填料的选择2 2 反应器的驯化与稳定2 4 与c r i 处理生活污水效果对比2 6 c o d 去除效果一2 6 n h 4 + - n 去除效果2 6 t n 去除效果2 7 t p 去除效果2 8 2 4s b b r c r i 工艺处理生活污水一2 9 第3 章 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 2 4 1c o d 去除效果一 2 4 2n h 4 + - n 去除效果 2 4 3t n 去除效果 2 4 4t p 去除效果 ：z 9 ：；( ) ：；1 3 2 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水仿真研究3 3 前言3 3f u 舌：；：； 实验方法及条件 b p 神经网络一 b p 神经网络算法 b p 神经网络模型的建立 3 5 1 样本数据 3 5 2 训练流程 3 5 3 网络的拓扑关系一 实验结果分析与讨论 3 6 1 工艺运行效果一 3 6 2 网络性能评价 3 6 3 网络运行参数优化一 3 6 4 少量样本仿真结果 3 6 5b p 神经网络仿真结果 3 6 6 权重分析 ：；：； 3 3 3 1 ； ：；6 ：；6 ：；l ； ：；8 ：；9 3 9 4 0 41 4 2 4 3 4 4 致谢5 6 v i 6 8 4 4 一 一 一 一 一 一 一 一 献论文考结参 硕士学位论文 附录a 攻读学位期间发表的学术论文5 7 附录b 攻读学位期间专利申请目录5 8 附录cb p 模型实验m a t l a b 应用程序5 9 v 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水及其仿真研究 插图索引 图1 1s b r 典型运行方式一3 图1 2s b b r 工艺过程示意图5 图1 3s b b r 反应器种类6 图1 4 曝气生物滤池构造图8 图1 5c r i 系统中有机物去除的转化示意图1 4 图1 6c r i 系统中氮的去除转化图1 5 图1 7 表面流人工湿地1 7 图1 8 潜流人工湿地1 7 图2 1s b b r c r i 装置2 0 图2 2 填料示意图( 左为单片填料；右为组合填料) 2 3 图2 3 驯化阶段反应器1 中c o d 和n h 4 + - n 随水量变化图2 4 图2 4 驯化阶段反应器2 中c o d 和n h 4 + - n 随水量变化图2 5 图2 5 驯化阶段反应器3 中c o d 和n h 4 + - n 随水量变化图2 5 图2 6s b b r 与c r i 对c o d 去除效果对比一2 6 图2 7s b b r 与c r i 对n h 4 + - n 去除效果对比2 7 图2 8s b b r 与c r i 对t n 去除效果对比2 8 图2 9 聚磷菌作用原理2 8 图2 1 0s b b r 与c r i 对t p 去除效果对比2 9 图2 1 1s b b r c r i 对c o d 的去除效果- 3 0 图2 12s b b r c r i 对n h 4 + - n 的去除效果31 图2 1 3 活性污泥絮体内d o 浓度梯度示意图3 1 图2 1 4s b b r c r i 对t n 的去除效果3 2 图2 15s b b r c r i 对t p 的去除效果3 2 图3 1 三层结构的前馈型神经网络拓扑结构3 5 图3 2b p 神经网络训练流程图3 8 图3 3s b b r c r i 工艺对n h 4 + - n 、t n 、c o d 和t p 的去除率4 0 图3 4 训练次数与误差关系曲线图4 l 图3 5 训练次数与训练精度关系图4 2 图3 6 少量样本组的实际值与预测值对比示意图4 2 图3 7 进水影响因素对出水参数的权重大小4 4 v i 硕士学位论文 附表索引 表2 1 模拟生活污水各试剂用量2 1 表2 2 实验分析检测项目及方法2 2 表3 1 实验样本数据3 7 表3 2 人工神经网络n h 4 + - n 、t n 仿真结果4 3 表3 3 人工神经网络c o d 和t p 仿真结果4 3 表3 4 神经网络各隐节点之间的连接权重4 4 i x 硕+ 学位论文 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 水是自然界一切生命赖以生存的不可替代的物质，又是社会发展不可缺少的 重要资源。地球上水的总量为1 41 0 博m 3 ，其中约9 6 5 4 不能直接用于生活生产， 与人类生活息息相关的淡水量仅为4 71 01 5 m 3 ，占总水量的o 3 4 。据国际水资 源管理学会的研究数据表明，到2 0 2 5 年，世界总人口的1 4 或发展中国家人口 的1 3 ，即近1 4 亿人将严重缺水。j 。 我国是世界上l3 个严重缺水的国家之一，水资源总量是世界第六位，但人均 占有量仅位列世界1 10 位，是世界人均占有量的四分之一。在我国近6 0 0 多座城市 中，有近3 0 0 个城市缺水，在水环境如此严峻的情况下，水资源在开发和使用过程 中浪费比较严重，水资源的有效利用率也较低，仅为1 6 。在全国所有城市中， 有4 0 0 多座城市出现供水不足。根据各地方监测，多数城市的地下水受到不同程度 的点源或面源污染，且污染程度呈现逐年增加的趋势。水污染的不断加重严重降 低了水体的使用功能，使水资源的供需矛盾恶化，影响了我国经济的可持续发展， 对人民的饮用水安全和身心健康造成了威胁。 近几年，我国重大水污染事件时有发生，严重影响了人民的日常生活。2 0 0 5 年，中石化吉林石油化工公司发生爆炸事件，污染物流入松花江，造成水质污染， 严重影响了吉林和黑龙江部分地区的供水安全。环保部门对吉化公司东1 0 号线周 围及其入江口和吉林市出境断面白旗、松江大桥以下水域、松花江九站断面等水 环境进行监测。监测结果显示，苯、苯胺、硝基苯、二甲苯等主要污染物指标均 超过国家规定标准。松花江九站断面苯类指标全部检出，以苯、硝基苯为主，从 三次监测结果分析，污染逐渐减轻，但右岸仍超标lo o 倍，左岸超标10 倍以上。松 花江白旗断面只检出苯和硝基苯，其中苯超标1 0 8 倍。2 0 10 年7 月，福建紫金山矿 业铜矿湿法厂发生污水渗漏，污染汀江，部分江段出现死鱼，污水主要是酸性废 水( 主要含铜、硫酸根离子) ，造成汀江严重的重金属污染。2 0 1o 年9 月，东营区 潍坊路北侧、庐山路西侧排碱沟受到污水污染，气味难闻，有东辛采油厂的职工 和附近村民发生呕吐现象，监测人员对排碱沟内的污水进行采样分析，c o d 浓度 高达3 3 3 0 0 0 m g l ，比外排生产废水c o d 浓度不应超过6 0 m g l 的国家标准高出5 0 0 0 多倍。大大小小的水污染事件举不胜举，给人民的日常生活造成了严重的影响， 严重威胁了人民的身体健康。 2 0 0 9 年中国环境状况公报显示，全国地表水污染依然较重。七大水系总体为 轻度污染，浙闽区河流为轻度污染，西北诸河为轻度污染，西南诸河水质良好， 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水及其仿真研究 湖泊( 水库) 富营养化问题突出。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河 七大水系总体为轻度污染。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水国控监测断面中，i 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和18 4 。主要污染指标 为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮。其中，珠江、长江水质良好，松花江、 淮河为轻度污染，黄河、辽河为中度污染，海河为重度污染。2 6 个国控重点湖泊( 水 库) 中，满足i i 类水质的1 个，占3 9 ；类的5 个，占1 9 2 ；i v 类的6 个，占2 3 1 ； v 类的5 个，占1 9 2 ；劣v 类的9 个，占3 4 6 。主要污染指标为总氮和总磷。营 养状态为重度富营养的1 个，占3 8 ；中度富营养的2 个，占7 7 3 轻度富营养的 8 个，占3 0 8 ；其他均为中营养，占5 7 7 。 随着社会经济的发展，污水排放总量不断增加，废水成分也越来越复杂，生 活污水的比重越来越大，未经处理直接排放的生活污水使有限的水资源变的更加 严峻，影响着生态环境和人类的生存。 生活污水处理技术一直是水处理领域研究的热点，研究人员一直在致力于寻 求新的污水处理技术，寻求新的突破口。在传统活性污泥法的基础上，又开发出 了a 2 o 、s b r 、s b b r 、c r i 、人工湿地等工艺，这些工艺提高了污水处理效果， 使出水水质明显改善，但同时也存在着一些问题，如a 2 o 去除有机物效果较好， 但硝化细菌增殖速度慢，世代周期长，难以维持较高的微生物浓度，有机负荷较 低，增加了基建投资。s b r 工艺去除污染物时，需要大量的氧，增加了动力费用 4 - 6 】。因此，研究生活污水处理新思路、新工艺及合适的调控条件是有效去除污染 物，进而为控制水污染、保护水环境提供科学依据的重要研究课题，也是废水深 度处理研究中的核心问题之一【7 】。近年来，国内外学者针对生活污水实践中暴露 出的问题和现象进行了大量的理论和试验研究，力求降低能耗比，实现污水处理 过程中的节能减耗，提出了湿地组合系统、颗粒活性污泥法、快速土地处理系统 等工艺，这些工艺在生活污水处理方面取得了较好的效果，起到了积极的作用， 本文在通过综合s b b r 和c r i ( c o n s t r u c t e dr a p i di n f i l t r a t i o n ) 的优势，将两工艺 联合处理生活污水，同时，以实验数据为基础，通过人工神经网络( a r t i f i c i a l n e u r o nn e t w o r k ) 对污水处理过程进行建模，通过对控制因素的权重分析，得出 不同外界控制因素对联合工艺处理污水的影响程度，为控制生污水处理进程和实 现生活污水处理的在线监控设计提供有价值的参考。 1 2s b r 序批式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，s b r ) 即生化反应与泥水分离 在同一反应池中进行，废水分批次进入反应池，然后按顺序进行反应、沉淀、排 出上清液和闲置过程，完成一个操作周期1 8 - 9 1 。 ( 1 ) 进水阶段，进水前是反应器的闲置期，反应器内有较高的污泥浓度，进 2 硕上学位论文 水后相当于传统工艺的污泥回流。进水时间随着反应器规模、进水量等因素的不 同而不同，由于一般是瞬时进水，污染物浓度水平瞬间达到最大，在反应器内达 到最大程度的积累，为防止微生物中毒，一般进水时间稍长一些，减轻对反应器 的瞬间冲击，s b r 曝气一般有限制曝气、非限制曝气和半限制曝气三种。 ( 2 ) 反应阶段，反应阶段是s b r 去除c o d 、n h 4 + - n 、b o d 、t p 等污染物的 过程，在此阶段，s b r 不断地处于好氧与厌氧的环境中，使s b r 有良好的去除污 染物的效果，使污水得到净化。 ( 3 ) 沉淀阶段，s b r 反应器在停止反应和搅拌后，活性污泥处于悬浮状态， 经过重力沉降，达到泥水分离；s b r 反应器本身作为沉淀池，避免了传统工艺中 管道对污泥的影响，沉淀过程是一个完全静止的过程，可以排除其它因素的干扰， 达到良好的沉淀效果。s b r 工艺特有的性质使得丝状菌得到有效控制，避免了因 丝状菌生长引起的污泥膨胀。 ( 4 ) 排水阶段，沉淀结束后，将上清液排除，剩余污泥排出，反应器底部污 泥作为下次反应的污泥。 ( 5 ) 闲置阶段，闲置阶段，微生物通过静置恢复活性，反应器之中的反硝化 菌进行反硝化作用，同时，为下一次的反应创造条件。 流入待机( 闲置) 图1 1s b r 典型运行方式 1 2 1s b r 动力学 s b r 反应的基质降解动力学主要有两个观点：一是其基质降解服从莫若特关 系， ，= s ( s + k ，) ；二是其基质降解动力学在进水期服从零级反应动力学， d 。d ，= 七。s ；难降解的有机物存在系统中时，莫若特关系式变为 1 ，= 1 ，一( s 一鼠) 【t + ( s s 。) 】，在实际的污水处理中，难降解有机物是随时存在的， 所以，在实际中，应用莫若特关系式是比较困难的。国内学者通过一系列的实验 研究【1 0 。1 1 ，推导出一级反应动力学s ，= s 。( 1 1 0 一鼢) ，此外还发现，在曝气阶段， 在高浓度下基质降解服从零级反应动力学d 。d ，= 七。s ，低浓度下服从一级反应动 力学，其原因可能是在高浓度下，基质浓度不是限制反应进行的因素，系统中微 生物的活性，供氧特性才是决定反应进行的因素；此外，高浓度有机物废水直接 进入s b r 系统，对微生物的影响较小；实际上，由于微生物被包埋在活性污泥的 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水及其仿真研究 絮体内部，絮体基质对微生物摄取营养物质和氧气是一种阻力，瞬时的高浓度可 加快吸附和生化降解速率【l 列。 在野外调查研究的基础上，在实验室内研究有关河蚬的重金属生物毒性也在 不断开展，不仅对河蚬个体、器官、组织等的重金属残留进行测定，还对贝类指 示生物的生殖有严重影响。 1 2 2s b r 工艺特点 ( 1 ) 时间上具有理想的推流式反应器的特性。活性污泥生化反应速度与底物 浓度有关，底物浓度越低，生化反应速度越慢。在完全混合反应器中，底物浓度 等于出水底物浓度，因此生化反应推动力很小，反应速度慢。在s b r 系统中，虽 然底物浓度在反应器中空间变化是完全混合型的，但由于时间的不可逆性，在时 间序列上属于理想的推流状态。 ( 2 ) 污泥沉降性能好，可以有效的抑制丝状菌的生长。s b r 系统中，污泥具 有良好的凝聚沉降性能。s b r 系统由于生物脱氮时，采用限制曝气和半限制曝气 的运行方式，充水期的低溶解氧状态可以有效地抑制丝状茵的生长。s b r 系统在 时间上存在着有机物浓度梯度，在进水期，系统的有机物浓度高，有利于茵胶团 形成菌的生长，使耐低底物浓度的丝状菌的生长处于竞争劣势，而当生化反应后 期，虽然底物浓度低，但可以通过调整供氧量使溶解氧维持较低水平 1 3 】。 ( 3 ) 适应水量水质的变化。s b r 运行中有一定的充水阶段，可使进水水质 得到一定程度的混合，充水阶段对进水污染物浓度有相当大的稀释作用，如仅考 虑稀释作用，进水后污染物的浓度一般为原进水浓度的5 0 7 0 ，由于s b r 系 统可以调整运行周期的长短，每个周期进水后系统内污染物的浓度有所不同，同 时，可以通过调整曝气时间，控制反应池的容积负荷或污泥负荷，使系统可以适 应反应器内污染物浓度的变化，达到较好的水处理效果。 ( 4 ) 不需设置二沉池及回流污泥泵房。反应阶段有一沉淀阶段相当于普通工 艺中的二沉池，悬浮物及排除的污泥通过沉淀阶段使得其排除反应器外；由于运 行阶段系统中很少外排泥，足以保证反应器内的污泥浓度。 ( 5 ) 有利于脱氮除磷和难降解有机物的去除。采用半限制曝气或限制曝气的 运行方式为微生物的生存提供了多样的环境，实现了缺氧好氧或厌氧缺氧好氧 的组合，达到了较好的脱氮除磷效果，由于工艺运行过程中不需要污泥回流，降 低了运行时的费用。其次，部分有机物在好氧条件下难以降解，在厌氧环境中可 以得到较好的降解，s b r 通过周期性的调节曝气，为难降解有机物的去除提供了 条件【14 1 。 ( 6 ) 有较好的泥水分离效果。s b r 的运行过程均在同一反应器中进行，在 沉淀过程中由于没有进水等其他因素的影响，可以取得较好的沉淀效果，污泥甚 4 硕士学位论文 至可达到较理想的沉淀。 ( 7 ) 耐冲击负荷、处理能力强。完全混合式曝气池比推流式曝气池的耐冲击 负荷以及处理有毒或高浓度有机废水的能力强，s b r 法虽然对于时间来说是一个 理想的推流过程，但是就反应器本身的混合状态仍属于典型的完全混合式，因此 具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点，而且由于s b r 法在沉淀阶段属于静止沉 淀，加之污泥沉降性能好与不需要污泥回流，进而使反应器中维持较高的m l s s 浓度。在同样条件下，较高的m l s s 浓度能降低f m 值，显然具有更强的耐冲击负 荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力【l5 1 。若采用边进水、边曝气的非限制曝气 运行方式，更能大幅度增加s b r 法承受废水的毒性和高有机物浓度。 s b r 反应器对污水有较好的处理效果，但也存在一定的缺陷。如若s b r 连续 进水时，需要较大的调节池才能满足进水要求，对于多个s b r 反应器来说，进水 时，进水阀门切换相对比较频繁，无法达到连续进水和出水的要求，反应器的闲 置率较高i l6 。 1 3s b b r 序批式生物膜反应器( s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ，s b b r ) 是在序批式活 性污泥法的基础上，在反应器内装有不同的填料，使填料上形成生物膜，是一种将 生物膜与活性污泥法进行有机结合的新型的复合式生物膜反应器。s b b r 运行周 期一般只有3 个阶段：进水、反应和排水【1 7 圳】。 生 迫罗 j 一阶段 湫。 礓 水期 滤池模式 硝化 一 压、 逛y li 斗 口 二阶段 应期 、曝气硝 化 、 逻罗 j 第一阶段 。 谨 进水期 久 曝气 硝化 、 逻歹 j 卉j 斗 第二阶段 反应期 再循环 反硝化 ( 入 逛岁 i 口 书三阶段 礓 捧水期 入 图1 2s b b r 工艺过程示意图 研究表明，s b b r 有活性污泥法和生物膜法的优点，不仅提高了生物反应器的 抗冲击负荷能力，而且为反应器内微生物的生长提供了优良的环境，s b b r 反应 器独特的结构为生长周期长的微生物提供了条件，有利于其繁衍和生长，由于填 5 基于a n n 的s b b r c r i 处理模拟生活污水及其仿真研究 料