活性污泥動力學模型及數值模擬導論

1 概論1
1.1 引言1
1.2 活性污泥法生物去除機理研究進展1
1.2.1 有機物質生物去除機理1
1.2.2 生物脫氮機理3
1.2.3 生物除磷機理4
1.3 活性污泥法生物場數學模型5
1.3.1 傳統活性污泥法生物動力學模型5
1.3.2 活性污泥法結構化模型研究進展7
1.4 活性污泥反應器水力學模型12
1.4.1 理想流動模型12
1.4.2 非理想流動模型13
1.5 活性污泥法溫度場模型研究進展14
1.6 活性污泥法多場耦合模型15
1.6.1 生物場水力場耦合模型15
1.6.2 生物場水力場溫度場耦合模型16
1.6.3 生物場物化場耦合模型16
1.7 二沉池模型研究進展16
1.7.1 一維沉淀模型17
1.7.2 二維、三維模型17
1.7.3 改進的沉淀池模型17
1.8 活性污泥法數學模型建立概述18
1.8.1 數學模型的定義和特征18
1.8.2 數學模型的分類18
1.8.3 活性污泥系統模擬的一般方法19
1.9 討論與小結20
參考文獻21
2 污水生物處理的基本工藝過程29
2.1 生物處理系統的生物學29
2.1.1 生物種群29
2.1.2 選擇作用30
2.2 生物處理系統中的轉化過程32
2.2.1 生物增長33
2.2.2 水解過程33
2.2.3 衰減過程34
2.3 有機物的好氧異養(yǎng)轉化34
2.3.1 好氧異養(yǎng)轉化的反應過程34
2.3.2 好氧異養(yǎng)轉化的產率系數35
2.3.3 好氧異養(yǎng)轉化中的營養(yǎng)物36
2.3.4 好氧異養(yǎng)轉化的動力學36
2.3.5 異養(yǎng)微生物的好氧轉化37
2.3.6 環(huán)境因素對好氧異養(yǎng)轉化的影響37
2.4 硝化過程40
2.4.1 硝化反應40
2.4.2 堿度41
2.4.3 硝化動力學41
2.4.4 環(huán)境因素對硝化的影響41
2.5 反硝化過程45
2.5.1 反硝化反應45
2.5.2 反硝化的產率系數45
2.5.3 營養(yǎng)物46
2.5.4 堿度46
2.5.5 反硝化動力學46
2.5.6 環(huán)境因素對反硝化的影響46
2.6 生物除磷過程48
2.6.1 生物除磷反應48
2.6.2 生物除磷的產率系數49
2.6.3 堿度49
2.6.4 生物除磷動力學49
2.6.5 生物除磷的環(huán)境因素50
2.7 厭氧過程51
2.7.1 厭氧反應51
2.7.2 厭氧過程的產率系數52
2.7.3 厭氧過程中的有機物53
2.7.4 厭氧過程中的堿度53
2.7.5 厭氧過程的動力學53
2.7.6 產氣過程53
2.7.7 厭氧過程的環(huán)境影響因素54
2.8 討論與小結55
參考文獻55
3 活性污泥基本動力學模型57
3.1 概述57
3.1.1 活性污泥模型概述57
3.1.2 活性污泥模型格式與符號58
3.2 ASM1模型59
3.2.1 ASM1模型概述59
3.2.2 ASM1模型矩陣60
3.3 ASM2模型62
3.3.1 ASM2模型概述62
3.3.2 ASM2模型矩陣62
3.4 ASM2d模型65
3.4.1 ASM2d模型概述65
3.4.2 ASM2d模型矩陣66
3.5 ASM3模型69
3.5.1 ASM3模型概述69
3.5.2 ASM3模型矩陣70
3.6 討論與小結73
參考文獻73
4 活性污泥營養(yǎng)物質去除模型75
4.1 概述75
4.2 UCTPHO模型75
4.2.1 模型概述75
4.2.2 模型動力學和化學計量學76
4.3 B&D模型81
4.3.1 模型概述81
4.3.2 模型動力學和化學計量學83
4.4 TUDP模型90
4.4.1 模型概述90
4.4.2 模型動力學和化學計量學90
4.5 ASM3BioP模型92
4.5.1 模型概述92
4.5.2 模型動力學和化學計量學92
4.6 兩步硝化模型96
4.6.1 模型概述96
4.6.2 模型動力學與化學計量學96
4.7 BNRM1模型100
4.7.1 模型概述100
4.7.2 模型動力學與化學計量學100
4.8 活性污泥全耦合模型FCASMs104
4.8.1 模型概述104
4.8.2 FCASM2模型104
4.8.3 FCASM3模型111
4.9 討論與小結129
參考文獻129
5 活性污泥系統多場耦合模型131
5.1 概述131
5.2 生物場水力場耦合模型131
5.2.1 Lee模型131
5.2.2 FCASM2Hydro耦合模型132
5.3 生物場水力場溫度場耦合模型135
5.3.1 General模型135
5.3.2 FCASM3HydroTemp耦合模型138
5.4 討論與小結141
參考文獻141
6 模型進水組分與參數測定143
6.1 概述143
6.2 污水常規(guī)水質指標測定方法簡介143
6.2.1 有機組分的測定143
6.2.2 氮的測定149
6.2.3 磷酸鹽的測定150
6.3 呼吸實驗原理與測量技術151
6.3.1 呼吸實驗原理151
6.3.2 電解質呼吸儀151
6.3.3 測量液相中溶解氧濃度的呼吸測量技術152
6.4 模型主要動力學參數的測定154
6.4.1 異養(yǎng)菌衰減系數bH的測定154
6.4.2 異養(yǎng)菌最大比增長速率μmH的測定155
6.4.3 自養(yǎng)菌最大比增長速率μmA的測定156
6.5 討論與小結157
參考文獻158
7 模型參數識別159
7.1 概述159
7.2 專家法159
7.3 過程工程法159
7.4 靈敏度分析法160
7.5 其它數學方法162
7.6 討論與小結162
參考文獻162
8 A/A/O污水處理工藝數值模擬及應用163
8.1 概述163
8.2 A/A/O污水處理系統的工藝簡介163
8.3 A/A/O污水處理系統的FCASM3HydroTemp耦合模型164
8.3.1 A/A/O工藝FCASM3HydroTemp耦合模型假設164
8.3.2 A/A/O工藝FCASM3HydroTemp耦合模型建立164
8.4 A/A/O污水處理工藝的可視化模擬167
8.4.1 數值模擬方法167
8.4.2 數值模擬結果分析169
8.5 A/A/O污水處理工藝的優(yōu)化分析183
8.5.1 A/A/O工藝參數優(yōu)化分析183
8.5.2 A/A/O工藝水力條件影響分析188
8.5.3 A/A/O工藝水溫影響分析192
8.6 討論與小結195
參考文獻195
9 A/O污水處理工藝數值模擬及應用197
9.1 概述197
9.2 A/O污水處理系統的工藝簡介197
9.3 A/O污水處理系統的FCASM3Hydro耦合模型198
9.3.1 A/O工藝FCASM3Hydro耦合模型假設198
9.3.2 A/O工藝FCASM3Hydro耦合模型建立198
9.4 A/O污水處理工藝的可視化模擬199
9.4.1 數值模擬方法199
9.4.2 數值模擬結果分析199
9.5 A/O污水處理工藝的優(yōu)化分析204
9.6 討論與小結208
參考文獻209
10 水蚯蚓微生物共生系統細觀機理耦合模型211
10.1 概述211
10.2 水蚯蚓微生物共生系統細觀機理耦合模型212
10.2.1 模型假設212
10.2.2 “水蚯蚓微生物共生系統”細觀機理模型建立212
10.2.3 “水蚯蚓微生物共生系統”細觀機理耦合模型校驗216
10.3 “水蚯蚓微生物共生系統”生物場水力場耦合模型217
10.3.1 TFCASMHydro耦合模型建立217
10.3.2 TFCASMHydro耦合模型校驗219
10.4 水蚯蚓微生物生物場水力場耦合模型應用220
10.4.1 新型氧化溝工藝數值模擬應用220
10.4.2 交替SBR工藝數值模擬應用228
10.4.3 Unitank工藝數值模擬應用230
10.5 討論與小結236
參考文獻236
11 活性污泥污水處理廠數值模擬軟件應用239
11.1 概述239
11.2 模型軟件介紹239
11.2.1 SSSP軟件239
11.2.2 EFOR軟件242
11.2.3 GPSX軟件246
11.2.4 SIMBA軟件247
11.2.5 WEST軟件248
11.2.6 DESASS軟件及其它249
11.3 討論與小結251
參考文獻252
12 活性污泥模型機理及仿真應用新進展253
12.1 活性污泥機理研究新進展253
12.2 活性污泥機理模型新進展254
12.3 活性污泥仿真應用新進展255
參考文獻255