活性污泥动力学模型及数值模拟导论

1概论1

1.1引言1

1.2活性污泥法生物去除机理研究进展1

1.2.1有机物质生物去除机理1

1.2.2生物脱氮机理3

1.2.3生物除磷机理4

1.3活性污泥法生物场数学模型5

1.3.1传统活性污泥法生物动力学模型5

1.3.2活性污泥法结构化模型研究进展7

1.4活性污泥反应器水力学模型12

1.4.1理想流动模型12

1.4.2非理想流动模型13

1.5活性污泥法温度场模型研究进展14

1.6活性污泥法多场耦合模型15

1.6.1生物场-水力场耦合模型15

1.6.2生物场-水力场-温度场耦合模型16

1.6.3生物场-物化场耦合模型16

1.7二沉池模型研究进展16

1.7.1一维沉淀模型17

1.7.2二维、三维模型17

1.7.3改进的沉淀池模型17

1.8活性污泥法数学模型建立概述18

1.8.1数学模型的定义和特征18

1.8.2数学模型的分类18

1.8.3活性污泥系统模拟的一般方法19

1.9讨论与小结20

参考文献21

2污水生物处理的基本工艺过程29

2.1生物处理系统的生物学29

2.1.1生物种群29

2.1.2选择作用30

2.2生物处理系统中的转化过程32

2.2.1生物增长33

2.2.2水解过程33

2.2.3衰减过程34

2.3有机物的好氧异养转化34

2.3.1好氧异养转化的反应过程34

2.3.2好氧异养转化的产率系数35

2.3.3好氧异养转化中的营养物36

2.3.4好氧异养转化的动力学36

2.3.5异养微生物的好氧转化37

2.3.6环境因素对好氧异养转化的影响37

2.4硝化过程40

2.4.1硝化反应40

2.4.2碱度41

2.4.3硝化动力学41

2.4.4环境因素对硝化的影响41

2.5反硝化过程45

2.5.1反硝化反应45

2.5.2反硝化的产率系数45

2.5.3营养物46

2.5.4碱度46

2.5.5反硝化动力学46

2.5.6环境因素对反硝化的影响46

2.6生物除磷过程48

2.6.1生物除磷反应48

2.6.2生物除磷的产率系数49

2.6.3碱度49

2.6.4生物除磷动力学49

2.6.5生物除磷的环境因素50

2.7厌氧过程51

2.7.1厌氧反应51

2.7.2厌氧过程的产率系数52

2.7.3厌氧过程中的有机物53

2.7.4厌氧过程中的碱度53

2.7.5厌氧过程的动力学53

2.7.6产气过程53

2.7.7厌氧过程的环境影响因素54

2.8讨论与小结55

参考文献55

3活性污泥基本动力学模型57

3.1概述57

3.1.1活性污泥模型概述57

3.1.2活性污泥模型格式与符号58

3.2ASM1模型59

3.2.1ASM1模型概述59

3.2.2ASM1模型矩阵60

3.3ASM2模型62

3.3.1ASM2模型概述62

3.3.2ASM2模型矩阵62

3.4ASM2d模型65

3.4.1ASM2d模型概述65

3.4.2ASM2d模型矩阵66

3.5ASM3模型69

3.5.1ASM3模型概述69

3.5.2ASM3模型矩阵70

3.6讨论与小结73

参考文献73

4活性污泥营养物质去除模型75

4.1概述75

4.2UCTPHO模型75

4.2.1模型概述75

4.2.2模型动力学和化学计量学76

4.3B&D模型81

4.3.1模型概述81

4.3.2模型动力学和化学计量学83

4.4TUDP模型90

4.4.1模型概述90

4.4.2模型动力学和化学计量学90

4.5ASM3Bio-P模型92

4.5.1模型概述92

4.5.2模型动力学和化学计量学92

4.6两步硝化模型96

4.6.1模型概述96

4.6.2模型动力学与化学计量学96

4.7BNRM1模型100

4.7.1模型概述100

4.7.2模型动力学与化学计量学100

4.8活性污泥全耦合模型FCASMs104

4.8.1模型概述104

4.8.2FCASM2模型104

4.8.3FCASM3模型111

4.9讨论与小结129

参考文献129

5活性污泥系统多场耦合模型131

5.1概述131

5.2生物场-水力场耦合模型131

5.2.1Lee模型131

5.2.2FCASM2-Hydro耦合模型132

5.3生物场-水力场-温度场耦合模型135

5.3.1General模型135

5.3.2FCASM3-Hydro-Temp耦合模型138

5.4讨论与小结141

参考文献141

6模型进水组分与参数测定143

6.1概述143

6.2污水常规水质指标测定方法简介143

6.2.1有机组分的测定143

6.2.2氮的测定149

6.2.3磷酸盐的测定150

6.3呼吸实验原理与测量技术151

6.3.1呼吸实验原理151

6.3.2电解质呼吸仪151

6.3.3测量液相中溶解氧浓度的呼吸测量技术152

6.4模型主要动力学参数的测定154

6.4.1异养菌衰减系数bH的测定154

6.4.2异养菌最大比增长速率μmH的测定155

6.4.3自养菌最大比增长速率μmA的测定156

6.5讨论与小结157

参考文献158

7模型参数识别159

7.1概述159

7.2专家法159

7.3过程工程法159

7.4灵敏度分析法160

7.5其它数学方法162

7.6讨论与小结162

参考文献162

8A/A/O污水处理工艺数值模拟及应用163

8.1概述163

8.2A/A/O污水处理系统的工艺简介163

8.3A/A/O污水处理系统的FCASM3-Hydro-Temp耦合模型164

8.3.1A/A/O工艺FCASM3-Hydro-Temp耦合模型假设164

8.3.2A/A/O工艺FCASM3-Hydro-Temp耦合模型建立164

8.4A/A/O污水处理工艺的可视化模拟167

8.4.1数值模拟方法167

8.4.2数值模拟结果分析169

8.5A/A/O污水处理工艺的优化分析183

8.5.1A/A/O工艺参数优化分析183

8.5.2A/A/O工艺水力条件影响分析188

8.5.3A/A/O工艺水温影响分析192

8.6讨论与小结195

参考文献195

9A/O污水处理工艺数值模拟及应用197

9.1概述197

9.2A/O污水处理系统的工艺简介197

9.3A/O污水处理系统的FCASM3-Hydro耦合模型198

9.3.1A/O工艺FCASM3-Hydro耦合模型假设198

9.3.2A/O工艺FCASM3-Hydro耦合模型建立198

9.4A/O污水处理工艺的可视化模拟199

9.4.1数值模拟方法199

9.4.2数值模拟结果分析199

9.5A/O污水处理工艺的优化分析204

9.6讨论与小结208

参考文献209

10水蚯蚓-微生物共生系统细观机理耦合模型211

10.1概述211

10.2水蚯蚓-微生物共生系统细观机理耦合模型212

10.2.1模型假设212

10.2.2“水蚯蚓-微生物共生系统”细观机理模型建立212

10.2.3“水蚯蚓-微生物共生系统”细观机理耦合模型校验216

10.3“水蚯蚓-微生物共生系统”生物场-水力场耦合模型217

10.3.1T-FCASM-Hydro耦合模型建立217

10.3.2T-FCASM-Hydro耦合模型校验219

10.4水蚯蚓微生物生物场-水力场耦合模型应用220

10.4.1新型氧化沟工艺数值模拟应用220

10.4.2交替SBR工艺数值模拟应用228

10.4.3Unitank工艺数值模拟应用230

10.5讨论与小结236

参考文献236

11活性污泥污水处理厂数值模拟软件应用239

11.1概述239

11.2模型软件介绍239

11.2.1SSSP软件239

11.2.2EFOR软件242

11.2.3GPS-X软件246

11.2.4SIMBA软件247

11.2.5WEST软件248

11.2.6DESASS软件及其它249

11.3讨论与小结251

参考文献252

12活性污泥模型机理及仿真应用新进展253

12.1活性污泥机理研究新进展253

12.2活性污泥机理模型新进展254

12.3活性污泥仿真应用新进展255

参考文献255

　　本书集成了孙培德教授及其课题组多年的研究成果，系统深入地阐述了FCASMs模型的建立、验证及应用方法，综合国内外研究动态全面介绍了活性污泥法污染物质去除机理、模型化研究进展以及各模型的特点，旨在使广大有兴趣的读者对活性污泥模型有系统性的了解和把握，可为本领域研究者提供参考。　　本书共分为12章，主要内容包括：最新的活性污泥机理及模型研究进展；污水生物处理基本工艺过程的影响因素和影响机理；活性污泥系列模型ASMs的特点与主要结构；活性污泥营养物质去除模型；活性污泥系统多场耦合模型；模型进水组分与参数的主要测定方法及原理；模型参数识别的主要方法；A/A/O污水处理工艺数值模拟及应用；A/O污水处理工艺数值模拟及应用；“水蚯蚓?微生物共生系统”的特点及其细观机理耦合模型（T-FCASM）；主要活性污泥数值模拟软件的特点及应用方法；活性污泥模型机理及仿真应用新进展。　　本书可作为高等院校环境科学、环境工程及相关专业研究生的教学用书，也可供本科生教学以及环境工程、市政工程技术人员、科研人员、管理人员阅读使用。