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本文采用活性污泥数学模型ASM2D对南方某污水处理厂的多模式AAO工艺进行模拟,优化工艺运行参数,建立能耗分析数学模型,分析了不同水量下的工艺运行规律,以及垃圾渗滤液进入污水处理厂的一级A达标率;同时研究了膜生物反应器工艺对活性染料废水的处理效果,基于ASM3模型建立染料废水降解DE-ASM3数学模型,通过DE-ASM3模型模拟MBR对活性染料RB5的降解过程。利用ASM2D构建多模式AAO工艺模型,对相关参数进行灵敏度分析和校正,实现对多模式AAO工艺的模拟,并建立了活性污泥数学模型参数集。通过改变工艺运行模式、DO值、排泥量、内回流比和外回流比,优化多模式AAO运行工艺,并通过建立能耗分析的数学模型,分析工艺优化的节能潜力。该污水处理厂的最优工艺运行模式为改良式AAO模式;控制排泥量为2,000 m3·d-1时,内回流比为100%,外回流比为50%时,出水CODCr、氨氮和TN等指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级B标准。对比工艺优化前后DO、排泥、内回流和外回流的能耗,其优化后DO和内回流能耗分别降低22.58%和0.84%,综合能耗可降低23.42%。通过ASM2D模型模拟三组5×104 m3·d-1改良AAO工艺不同水量分配下出水CODCr、TN和NH4+-N的达标情况。结果表明,总水量为5.0~10×104 m3·d-1时,出水CODCr和NH4+-N均符合GB18918-2002一级A标准,随着总水量增加其达标率逐渐下降。水量分配组数越多,各组水量越均匀,其出水水质更佳。单组工艺水量低于污水处理厂水量设计范围时,TN一级B达标率在90%以上。在进水无垃圾渗滤液的条件下,每天运行水量超过6.0×104m3,需要运行三组工艺才能保证一级A的达标率达到90%,三组工艺运行极限为10×104 m3·d-1。采用MBR处理不同浓度的活性染料废水,脱色率、CODCr、氨氮和总氮的去除率均值分别达到64.97%、94.70%、76.47%和59.98%以上。在染料浓度为0~30 mg·L-1范围内,整个降解过程中的平板膜阻力为5~50×1012 m-1。通过Monod方程建立染料的降解过程动力学模型,测出其最大比降解速率为(vmax)0.073 d-1和底物饱和常数为(KS)41.12 mg·L-1;以ASM3模型为基础,建立DE-ASM3模型,运用该模型对出水水质中的CODCr、氨氮和总氮浓度进行模拟,该模型可有效模拟膜生物反应器工艺处理染料废水。