数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50d左右达到稳定,50d后模拟出水浓度分别<25mg·L-1和<1.5mg·L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30d时的1.1mm增加到100d时的2.5mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3mg·L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100~200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m·d)-1逐渐增加到5(m·d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5mm左右减小到大约1.8mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.