实验3 活性污泥系统运行仿真实验
活性污泥法在我国，以至在全世界仍然是污水处理的主体工艺之一。
近几十年来在活性污泥法的反应理论、净化功能、运行方式、工艺系统方面均取得了迅速发展，在工艺设计时需要进行方案的选择和优化。
如果缺乏同类设计参考，随着原水水质、控制目标、运行方式的变化，需要通过可行性实验获得设计参数。
这种实验工作除了通水流程和实验装置的建设外, 还有物理、化学和生物指标的分析工作。
活性污泥法处理工艺的工艺参数和环境参数多，每个子环节相互影响，达到稳定的响应时间长，给实验教学活动造成极大的困难。
通过本虚拟实验的实施，可以通过计算机仿真，掌握活性污泥和其它生化处理方法可行性实验的实验方法。
其中的相应模块也可以在设计简化计算和比较方案。
1. 活性污泥法虚拟仪器操作流程
图1为一般活性污泥法处理污水的工艺流程简图。
图2为仿真运行的操作流程框图。
活性污泥法污水处理虚拟仪器面板如图3所示。
图中以粉红底色显示的数值为控制量，以绿色为底色显示的数值为读出量。
图1一般活性污泥法处理污水工艺流程简图
图2活性污泥仿真实验的操作流程框图
首先设定进水流量和进水BOD浓度mg/L；设计曝气池池体尺寸：池长、池宽和池深；设计二沉池的容积，设定SVI和运行水温。
开风机，控制阀门开启程度，供气量由仪表读出。
控制回流比，对应曝气池中生化反应的运行状态随上述控制量的变化而改变。
虚拟仪器显示出回流污泥浓度，曝气池中活性污泥浓度，溶解氧浓度等。
与此同时，在设计和运行管理中最关心的曝气池运行参数，也在仪表上读出，它们是：停留时间、容积负荷、污泥负荷、污泥龄和去除率等。
虚拟仪器还以动态图形描绘了出水BOD浓度的时间曲线。
为了提高效率，运行的速度较快；操作者可以按下纪录仪上的暂停键来赢得读数和改变控制量的时间。
需要指出的是这里显示的污泥龄是全池微生物总量与该瞬时反应时微生物净增量的比值，如果微生物净增为负值，污泥龄也显示负值，预示着泥量的减少，需要通过调整其他参数，才能正常地连续运行。
污泥龄就有了参考意义。
图3活性污泥法处理污水的虚拟仪器面板图
2.实验内容
2.1活性污泥法处理污水的监测台帐
污水处理厂的监测台帐是指按照时间顺序对监测结果建立的日常工作纪录表。
根据不同的运行条件和处理情况，纪录的项目会有所不同。
例如焦化废水要测定进出水的酚和氰，深度处理的污水厂要测定氨氮等。
使用虚拟实验完成活性污泥法处理污水的监测台帐。
用仿真实验建立活性污泥法污水处理的监测台帐。
设某活性污泥法污水处理厂的水处理设施为池长=80m、宽=6m, 深=3.4m；开启1#风机，控制阀门开启程度为0.45, 读出供气量≈45 M3/min；回流比=0.36，二沉池的容积=220 M3，SVI=120，运行水温=22℃。
设建立监测台帐的工作从2003年7月1 日至15日，每天早9：00进行测定；仿真实验开始后，系统即处于连续运行状态，按下暂停（Pause）键，在仪表盘上设置进水BOD浓度和进水流量，释放暂停键，直至水处理设施运行24小时以后，按下暂停键，在在仪表盘读出出水情况和监测台帐中的相应项目，重新设置进水BOD浓度和进水流量，然后释放暂停键运行。
获得如表1所示的监测台帐。
根据监测台帐绘制时间序列
图，并观察水处理设施的运行状况是运行管理的经常性工作，请列出进出水情况和处理效果的时间序列图（图4和图5为示例图）。
表1活性污泥法处理污水的监测台帐
序号日期进水流量
M3/h
进水BOD
mg/L
出水BOD
mg/L
活性污泥
g/L
回流污泥
g/L
溶解氧
mg/L
1 2003-7-1 97 51
2 47.46 3.26 11.58 2.72
2 2003-7-2 105 556 57.32 3.09 10.75 2.44
3 2003-7-3
4 2003-7-4
5 2003-7-5
6 2003-7-6
7 2003-7-7
8 2003-7-8
9 2003-7-9
10 2003-7-10
11 2003-7-11
12 2003-7-12
13 2003-7-13
14 2003-7-14
15 2003-7-15
图4 进水情况时间序列图
图5出水情况和去除率的时间序列图
2.3活性污泥可控工艺参数的影响实验
活性污泥污水处理具有许多可控工艺参数，例如：曝气池的池体尺寸、二沉池的容积、SVI、运行水温、回流比、进水BOD浓度、风机和控制阀门等每个控制参数都会影响水处理的结果。
⑴用仿真实验考察进水流量对活性污泥法的影响。
保持污水处理厂的水处理设施，池长=80m、宽=6m, 深=3.4m；供气量45 M3/min；回流比=0.36，二沉池的容积=220 M3，SVI=120，运行水温=22℃不变，设进水BOD浓度保持为400 mg/L，考察进水流量从80改变至240 M3/h时对活性污泥法污水处理的影响。
在相应对话框内输入上述值，获得仿真实验记录表如表2。
绘制进水流量对应活性污泥浓度、回流污泥浓度和池中溶解氧浓度的影响（图7为示例）。
表2进水流量对活性污泥法污水处理的影响实验记录
序号进水流量
M3/h
出水BOD mg/L 活性污泥 g/L 回流污泥g/L 溶解氧 mg/L 去除率
1 80 29.91 3.80 14.30 3.07 92.5
2 100 37.20 2.9
3 10.61 3.73 90.7 3
4
5
6
7
8
9
图7 水量对活性污泥、溶解氧和回流污泥浓度的影响
⑵用仿真实验考察运行水温对活性污泥法污水处理的影响。
使用“仿真实验考察进水流量对活性污泥法的影响”数据，设定进水流量120 M3/h，进水BOD浓度分别为400 和200 mg/L考察运行水温从10℃改变至30℃时对活性污泥法污水处理的影响。
输入相应值，获得仿真实验记录表如表3。
绘制水温改变对活性污泥处理效果的影响（图8为示例）。
水温的改变会从微生物的反应速度和充氧能力两方面影响活性污泥处理效果，最后表现的是综合结果。
由实验数据看出，水温的升高有利于提高活性污泥的处理效果，且这种影响在程度上与BOD进水浓度有关。
表3水温改变对活性污泥法影响实验记录表
序号水温℃进水BOD mg/L 出水BOD mg/L 活性污泥
g/L
回流污泥
g/L
溶解氧
mg/L 去除率%
1 10 400 53.46 2.0
2 6.89 5.34 86.64
2 18 400 47.07 2.04 6.96 4.69 88.2
3 3
4
5
6
7
图8 水温改变对活性污泥处理效果的影响
⑶同理，考察回流比、溶解氧对处理效果的影响。
2.4 水处理动力学参数测定实验
在一定的运行条件下，活性污泥法污水处理的动力学参数k2,Vmax,Ks，是一个常数。
一般根据污水厂的运行数据或实验室连续流实验数据经统计分析获得。
使用获得实验结果监测台帐表1。
考察：
根据监测台帐的原始数据，加以进一步运算获得表4，将[1/Se]看作自变量 x；将[XT/(S0-Se)] 看作因变量 y；对所获得的15
组样本值进行线性回归的统计分析，回归结果为
bi并可进一步求得
Vmax = 0.073 (1/h) = 1.75 (1/d)
k2 = 0.00546 [1/(d.mg/L)]
Ks=3855×0.073 = 282 mg/L
而相关系数R = 0.606；根据相关系数检验表，对于α=0.05的显著性水平有R0.05 = 0.514，说明回归结果在5%置信度下可信。
表4 水处理动力学参数计算表
序号进水流量
M3/h
进水BOD
mg/L(S0)
出水BOD
mg/L（Se）
污泥
mg/L
停留时
间 T(h)
1/Se (XT)/
(S0-Se) k2[1/(d.mg/L)]
1 97 51
2 47 3260 16.8 0.02107 118.07 0.00428
2 105 556 57 3090 15.5 0.01745 96.309 0.00435 3
3.思考题
（1）影响活性污泥处理效果的主要参数有哪些？
（2）试解释SVI、MLSS、MLVSS、F/M这几个参数的表征意义。