活性污泥1号模型含碳组分测定方法探讨.pdf

活性污泥 1 号模型含碳组分测定方法探讨 ＊ 陈莉荣 肖作义 包头钢铁学院能源与环境工程系, 包头 014010 彭党聪 西安建筑科技大学环境工程系, 西安 710055 摘要 阐述了活性污泥 1号模型中含碳有机物的分析方法, 并用这些方法测定了西安市北石桥、电子村 2 个排放口的 城市污水水质。 实验结果表明快速可生物降解 COD SS 采用间歇实验法、慢速可生物降解 COD XS 采用测定 BOD5 间接计算法既操作简单又准确可靠, 能为利用活性污泥数学模型进行城市污水处理厂的设计、模拟及管理提供含碳组 分分析依据。 关键词 城市污水 含碳有机物 活性污泥 1 号模型 ＊陕西省自然科学基金资助项目 2000C10 1 引言 由于数学模型在污水处理的科研与设计中的作 用受到日益广泛的重视 。原国际水污染研究协会 IAWPRC 于 1986 年组织丹麦 、南非、瑞士等 5 国的 专家, 在已有的各种污水生物处理数学模型的基础 上,推出了去除水中碳和氮的活性污泥 1 号模型 ASM1 [ 1] , 它以矩阵的形式较为全面地描述了活性 污泥系统在好氧 、 缺氧条件下发生的微生物生长、衰 减及水解等8 种反应。随后在1995 年和1999 年又分 别推出了活性污泥 2 号模型 ASM2 和 3 号模型 ASM3 。以数学模型为基础结合反应器原理进行活 性污泥系统的设计、模拟和管理在欧美等发达国家已 得到普遍认同和广泛使用 。尽管从生物反应的角度 ASM2和 ASM3 比ASM1 更符合活性污泥系统内的实 际过程,但是由于ASM1具有结构简单、易读、动力学 参数准确及大量的实验测试数据等特点, 因此 ,目前 国外著名的模拟器如 EFOR、BIOWIN、WEST 等均以 ASM1为基础 。 ASM1 将参与活性污泥过程的含碳物质 COD 分 割为 7种 ,见图 1。这种分割是基于方便和合理地表 达其相应的动力学过程, 被认为是ASM1 对活性污泥 系统的主要贡献。通常城市污水中由生物衰减而产 生的颗粒态产物 XP 为零, 因此, 入流水质中含碳组 分的测定涉及其余 6 种组分 。由于 ASM1 的含碳组 分与城市污水常规含碳有机物的界定明显不同,如何 将常规测定和特殊测定相结合从而快速 、 准确地确定 入流中含碳组分是 ASM1 应用的关键。本文首先论 述现有的测定方法 ,在此基础上, 对西安市城市污水 的水质进行了测定, 并与国内外同类污水的测定结果 进行了对比和分析。 CODtotal 可生物降解COD 溶解态 SS 颗粒态 XS 不可生物降解 COD 溶解态 SI 颗粒态 XI 生物衰减的 颗粒态XP 微生物COD 异养菌 XB H 自养菌 XB A 图1 ASM1 中 COD 的划分 2 含碳组分的实验测定方法 城市污水中含碳有机物各组分之间的关系及在 BOD5测定过程中的变化如图 2 所示 。显而易见, ASM1 COD 组分与常规COD分析存在如下关系 CODtotalCODfilterCODp 1 CODPXSXIXBH 2 CODfilterSSSI 3 式中 CODtotal 有机物总量 g m 3 ; CODfilter 溶解态有机物 g m 3 ; CODP 颗粒态有机物 g m 3 ; XI 颗粒态惰性有机物 g m 3 ; XS 颗粒态慢速生物降解有机物 g m 3 ; XBH 异养微生物 g m 3 ; SI 溶解态惰性有机物 g m 3 ; SS 快速可生物降解有机物 g m 3 。 通过 CODtotal、CODfilter、 CODP、BOD5和 BODu等常 规测定结合 XBH和 SS的特殊测定利用上式可确定相 应的含碳组分。 2. 1 XBH的测定 一般城市污水中异养菌的浓度比较低 , 约占总 67 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 图2 污水中含碳组分与COD、BOD 的关系 COD的 5～ 15 [ 4] ,可取适当的比例计算或采用测 定氧利用速率来确定 。在溶解氧浓度 6 ～ 8 mg L 下, 采用丙烯硫脲抑制硝化菌 , 测定原水的氧利用速率 OUR , 然后与异养菌的最大氧利用率 150 mg gh 进 行比较 , 根据下式可 计算出入 流中的异养 菌浓 度 [ 2～3] 。 XBH1. 42 1 000 OUR 150 4 式中 1. 42 微生物体的氧当量转换系数 g g 。 2. 2 XS的测定 大量研究结果表明城市污水的极限生化需氧量 BODu 约占可生物降解 COD 的 88, 也即可生物降 解COD 中约有 12最终合成为生物体, 所以可生物 降解 COD 与 BODu有如下的关系 [ 4] XSSS可生物降解 COD BODu 0. 88 5 一般城市生活污水 BOD5约为 BODu的 70 [ 6] , 所以通过测定进水的 BOD5就可推算出 BODu,从而通 过 5 式可确定 XS。 2. 3 XI的测定 XI由下式计算确定 XICODtotal- SSSIXSXBH 6 2. 4 SS的测定 SS的测定 IWA 专家组推荐采用Ekama 等提出的 呼吸速率 OUR 方波试验法 [ 2] 。该法是在已知异养 菌产率 YH 的基础上, 通过采用周期性进水方式 12 h 进水 ,12 h 不进水 ,在污泥泥龄接近 2 d 的单 一混合反应器中测定呼吸速率的变化来确定 SS 图 3 。 它不仅需要连续动态试验 , 还需要专门的呼 吸速率仪 。 采用间歇实验法 , 通过测定 COD 随时间的变化 来确定 SS, 测定时间短, 方便易行 。在间歇实验中, 城市污水好氧处理 MLSS 1 500～ 2 000 mg L ,DO 2～ 4 mg L , 反应器中剩余 COD 与时间的变化呈现 图 3 典型OUR方波曲线 2 个直线段 图 4 , 第 1直线段为微生物利用 SS进行 呼吸; 第 2直线段为微生物内源呼吸。采用该法时, 应最大限度地消除污泥的吸附效应 ,因此 ,接种污泥 应采用连续系统的污泥。 图4 SS的间歇实验测定结果 2. 5 SI的测定 采用 0. 45 μ m 的滤膜过滤原水水样 ,测定滤后水 的CODfilter, 利用下式可间接确定 SI SICODfilter-SS 7 3 结果与讨论 本次研究针对西安北石桥污水处理厂和电子村 污水处理厂入流水质中含碳组分进行了分析 。 3. 1 SS的实验测定结果 采用前面叙述的间歇实验法 ,2001 年 7 月 15 日 北石桥和电子村 2 个污水排放口的 SS测定结果分别 为45 mg L 和 38. 9 mg L 见图 4 。 3. 2 测定结果及分析 2001年 6～ 7月北石桥和电子村 2个污水排放口 的ASM1 COD 组分平均分析结果见表 1。各种含碳有 机物占总 COD 的比例见表 2。 从表 1 和表 2 的数据可以看出 ,由于排水区域及 区域内的人口及工业组成不同, 2 个排放口的水质存 在明显差异 。虽然 2个排放口的 BOD5 CODtotal值均为 0. 5,但北石桥排放口的 CODtotal则明显高于电子村排 放口 ; 另外 ,由于电子村排放口接纳了较多的工业废 水,因此, 其 SI占总 CODtotal的比例高于北石桥排放 68 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 口; 而北石桥排放口的 XS和 XI则大大高于电子村 排放口。 表 1 ASM1 COD 组分分析结果mg L 项 目 CODtotalCODfilterBOD5SSSIXSXIXBH 北石桥 排放口 600643044519 . 344851 . 336. 2 电子村 排放口 400572033918 . 22903320 表 2 各种含碳有机物占 CODtotal的比例 项 目SSXSSIXIXBH 国外典型值[4]12～ 2530～ 605～ 1010～ 155～ 15 欧洲模拟基准[5]18538137 北石桥排放口7. 574. 73. 228. 556 . 03 电子村排放口9. 772. 54. 558. 255 各种含碳有机物占总 CODtotal的比例与国外相比 存在较大差异, 主要表现为 SS明显偏低; 而 XS则偏 高。这主要是与西安市的排水系统的管网有关。 4 结论 准确测定污水中含碳组分对污水处理系统的模 拟与设计具有决定性的作用。快速可生物降解有机 物采用间歇实验法既操作简单又测定结果比较准确; 慢速可降解有机物的测定方法已在法国的一些污水 处理厂的进水水质分析中得到应用。所以测定结果 准确可靠, 能为利用 ASM1 设计及模拟污水处理厂的 运行情况提供含碳组分分析依据。 参考文献 1 Henze M et al. Activated Sludge Model No. 1. In IAWPRC. Scientific and technical Report No. 1. London. 1987. 2 Ekama G A , Dold P L and Marais G v R. Procedures for determining influent COD fractions and the maximum specific growth rate of heterotrophs in activated sludge systems. Wat Sci Tech, 1986. 18 6 91～ 114. 3 Shulan Xu, and Bengt H. Experiences in wastewater characterization and model calibration for the activated sludge process. Wat Sci Tech, 1996. 33 12 89～ 98. 4 Jacek Makinia , Scott A Wells. A general model of the activated sludge reactor with dispersive flow model development and parameter estimation. Wat Res, 2000. 34 16 3987～ 3996. 5 Henze M . Characterization of wastewater for modelling of activated sludge process. Wat Sci Tech, 1992. 25 6 1～ 15. 6 张希衡. 水污染控制工程. 北京 冶金工业出版社, 1997. 7 朱明权. 利用COD 指标进行活性污泥法系统的设计. 中国给水排 水, 1999. 15 2 18～ 24. 作者通讯处 陈莉荣 014010 内蒙古自治区包头市阿尔丁大街7 包头钢铁学院环境工程系 电话 0472 5122284 E -mail shuowenhua 163. com 2003- 05-06 收稿 上接第 66页 4. 2 河流水污染变化趋势分析 由表 4 比较 2 个断面各年份的水质情况 ,1 及 2 断面的河流污染呈越来越严重趋势, 特别是 1999 年及 2000 年 2 个监测断面水质均达到劣 V 类 。综合 指数变化趋势如附图 。因此, 针对河流中的污染物特 点,控制此河流域污染物排放 ,改善河流水环境状况, 刻不容缓 。 附图 加权综合指数变化曲线 5 结语 1 河流水污染综合评价应全面考虑 ,水质类别 的判定应符合国家规定的地表水分类标准。 2 采用指数法评价河流水质既要考虑与水质类 别相一致, 还要考虑各污染指标的权重 , 这样才符合 水质评价的要求 ,也能体现综合指数的实用价值。 3 通过实例计算结果的比较分析 , 加权综合指 数评价河流水质是一种较客观实用的方法。 参考文献 1 吴舜泽, 夏青, 刘鸿亮. 中国流域水污染分析. 环境科学与技术, 2000. 2 1～ 6. 2 刘国东, 丁晶. 水环境中不确定性方法的研究与展望. 环境科学进 展, 1996. 4 4 46～ 51. 3 梁德华, 蒋火华. 河流水质综合评价方法的统一和改进. 中国环境 监测, 2002. 18 2 63～ 66. 4 陆雍森. 环境评价. 上海 同济人学出版社, 1999 二版 125～ 150. 5 王顺久, 张欣莉, 丁晶等. 环境质量评价中关键因子识别的方法研 究. 中国环境监测, 2002. 18 5 43～ 47. 作者通讯处 薛巧英 030009 山西省太原市 山西工程职业技术学 院冶金与环境工程系 电话 0351 3340115 E -mail qiaoying 1879yahov . com. cn 2003- 04-21 收稿 69 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 Abstract In this paper, the chemical and physical properties, the lithology and mineral components of gangues and bone coals were mentioned. The mechanisms of chemical and physical adsorption of the materials were discussed. Meanwhile, the authors studied the roasting temperature of activation of gangue, the activator and its making conditions; and the factors influencing the adsorptive efficiency of activatedgangue for CODCrand metal ions in wastewater were also researched. This study will be a new path for further process and utilization of gangue. Keywords gangue, activated and adsorptive material ADSORPTIVE CATALYSTIC WAVE OF SILVER -AMMINO COMPLEX AND ITS ANALYTICAL APPLICATIONCao Liancheng et al 57 Abstract It is reported in this paper that a base solution containing 4 mol L NH3H2O -1. 2 mol L NH4Cl-2 Na2SO3and 0. 2mol L NaNO2, silver -ammino complex gives a sensitive adsorptive catlaytic wave at -0. 05 V. The linear range of silver is 0. 5～ 20μ g mL. The detection limit is 0. 25μ g mL. Based on this phenomenon, a for the determination of silver in water is proposed. Keywords silver, silver -ammino complex, adsorptive catlaytic wave and determination of silver DETERMINATION OFBUTYLBENZYL PHTHALATEIN WASTEWATER OFPLASTICS INDUSTRY BY MICELLLAR ELECTRIC CAPILLARY CHROMATOGRAPHYLi Haiyan et al 59 Abstract Micellar electric capillary chromatography MECCwas used to quantitatively determine the contents of butly benzyl phthalate in wastewater of plastics of industry. Peak area was used for quantitative analysis. The results showed the correlation between peak area and concentration was good. The correlation coefficientwas better than 0. 999. The relative standard deviationwaswithin2. 6. The recovery range for the spiked samples was from 104 to 109. Keywords micellar electric capillary chromatography, butyl benzyl phthalated and waste water THEEFFECTOFOPERATIONOFCHANGJIANGGORGESPROJECTONWATER ENVIRONMENTAL CAPACITY OF DONGTING LAKELu Hongwei et al 61 Abstract The changes in water environmental capacity of Dongting Lake before and after running of Changjiang Gorges Project are discussed, and the reasons have been analyzed. It was found that the running of Changjiang Gorges Project enhanced the water environmental capacity of Dongtig Lake in drought periodwhile contrary in flood period. The running of Changjiang Gorges Project is helpful for raising the water environmental capacity and improving the water body of Dongting Lake. Keywords water environmental capacity, Dongting Lake and Changjiang Gorges Project S ANDANALYSES OF WATER POLLUTIONCOMPREHENSIVE INDEX ASSESSMENT Xue Qiaoying et al 64 Abstract The paper has described the present status and several major index s of river water quality assessment. As well as, the authors applies instantiation to calculate comprehensive index by different s. The results shows that comprehensive weighing system agrees better with reality and it is apparent. Keywords water pollution, water environment quality and comprehensive index EXPLORATION OF CARBONACEOUS ORGANIC MATTER DETERMINATION ITS IN THE ACTIVATED SLUDGE MODEL NO. 1Cheng Lirong et al 67 Abstract Experimental s for determination of ASM1 s seven carbonanceous organic matters were studied and summarized. The characteristics of wastewater in XI an Beishiqiao and Dianzicun were determined with these analytical s. According to the results of experiments, the analytical s of SSby intermittent-experiment and XSby BOD5were operated simply and precisely. The analytical s 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004 were used for simulation and design of municipal wastewater treatment with ASM1. Keywords municipal wastewater, carbonaceous ogranic matter and ASM1 RESEARCHONDEPOSITHEAVYMETALSANDARSENICPOLLUTIONOFDAGU POLLUTION -DISCHARGING RIVER AND ITS ECOLOGICAL RISKYin Jinduo et al 70 Abstract The pollution degree of heavy metals and arsenic in the bottom sludge of Dagu pollution-discharging river on the watershed is researched using Hakanson ecological risk index. A multivariate overall assessment is carried out on water quality, sewage irrigation region crops and ecological effect of Dagu pollution -discharging river by multienvironmental-factor uation. The conclusions of the two s is the same, i. e. there exists a heavy pollution in this river. The order of the effect of heavy metals and arsenic is Hg CdCuAsPbCrZn. Keywords Dagu pollution -discharging river, deposit, heavy metals and ecological risk THE EXTENSIONOF WASTEWATER TREATMENT PROJECT OF FENYANG DISTILLERY Cheng Hongping et al 73 Abstract Wastewater Treatment Project of Fenyang Distillery was extended in 2001. The treatment capacity was 8, 000 m3 d after the extension. Not only was the treatment process of the extended section the same as the present system, but also it unearthed the potenital of the present construction or structure. The treatment technology is experienced and the operation is stable. The water quality of the effluent is more qualified than the requirements of the design. Keywords wastewater treatment, activated sludge process and extension STUDY OF COUNTERMEASURES FOR SLUDGE DISPOSALS OF SHANGHAI WASTEWATER TREATMENT PLANTSZhang Shuguo et al 75 Abstract There hasbeen a rapid development of the construction of Shanghaiwater pollution control projects recently. It is estimated that in 2020, the sludge with a water content of 97. 5 produced by all sewage treatment plants inShanghaiwill be up to 44, 360m3 d, and the problem of sludge disposal will be stressed day by day. Many disposal s, such as land use, incineration, landfill and using it as building materials etc are proposed for sludge disposal in the future based on the development plan and analyzing the present status of Shanghai sludge disposal, aswell as combining geography and economic characteristics of Shanghai. Keywords sludge of sewage treatment plant, sludge disposal, Shanghai and land utilization EXPLORATIONOFFLUEGASTREATMENTTECHNOLOGYFORBLASTFURNACE CASTHOUSEZheng Yan 79 Abstract This paper introduces the structure, working principle and practical results of the flue gas -trapping hoods for updraft tapholes; and on the basis of which a flue gas -trapping technique has been developed, which is suitable for all sorts of blast furnace casthouses in China. The result shows that this technique features good effectiveness, small resistance and low power -flow ratio. Keywords flue gas -trapping, blast furnace and casthouse Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Editor and Publisher The Editorial Department of Environmental Engineering 33,Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088,China Telephone 01082227637、82227677 Fax 01082227677 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004