SBR活性污泥数学模型的模拟研究

论文摘要

活性污泥法具有处理效率高、运行费用低的优点，是城市污水厂使用最多的工艺，而在众多活性污泥处理方法中，SBR（Sepuencing Batch Reactor）及其改良工艺因具有独特的技术经济优势，正越来越受到人们的重视，并已经在我国以及世界各地都得到广泛的应用。本课题的研究目的就在于开发简单实用、准确可靠的SBR活性污泥数学模型，能够预测SBR工艺处理城市污水的处理效果，促进SBR活性污泥数学模型在我国的研究和应用。回顾了活性污泥数学模型的发展历程，比较系统地阐述了ASMs（Activatedsludge models）模型的研究与应用现状以及活性污泥数学模型在SBR工艺上的应用进展。介绍了活性污泥2号模型（ASM2），主要包括ASM2的原理、参数定义和典型值、水质特性分析和模型限制。选取ASM2模型为建模平台，结合SBR工艺特点建立了SBR活性污泥数学模型。其中生物反应分三个阶段：厌氧反应阶段，好氧反应阶段和缺氧反应阶段。针对本论文的SBR试验的工艺特点，还提出了该SBR活性污泥数学模型的求解方法。为对所建立的SBR活性污泥数学模型进行校正和模拟，本课题进行了两部分试验。一是进行SBR工艺的小型试验，结果表明该SBR工艺对原水的各项指标去除效果良好，CODcr、TN、NH4+-N、TP和SS去除率分别为88％～93％、51％～57％、74％～85％、88％～91％和94％～100％。二是测定进水水质特性的试验。测得异养菌产率系数YH平均值为0．72，相对于典型值0．67，相对误差为7．5％；测得进水中Ss+Xs的值占总COD浓度比例在45％～57％之间；测得S1占总COD浓度比例在6％～11％之间。合理确定模型中的化学计量系数和动力学参数是模型成功应用的关键之一，对该模型参数的灵敏度分析表明，有一半以上的参数取值对模拟结果不敏感，从而可以降低模型应用时对这些参数取值的要求。最后，利用SBR试验前两种工况的数据对该SBR活性污泥数学模型进行校验，经校验后的模型再对第3、4、5三种工况进行模拟，得出了较好的模拟效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.1.3 课题研究的目的及意义
• 1.2 主要研究内容及技术路线
• 1.2.1 主要研究内容
• 1.2.2 技术路线
• 1.3 课题创新点
• 第2章 活性污泥数学模型的发展及应用
• 2.1 活性污泥数学模型的发展历程
• 2.1.1 来源于微生物学的机理模型
• 2.1.2 传统静态模型
• 2.1.3 活性污泥法动态模型
• 2.2 国内外ASM模型的研究与应用现状
• 2.2.1 ASM模型的研究
• 2.2.2 ASM模型软件的开发
• 2.3 SBR工艺概述及研究进展
• 2.3.1 SBR基本工序
• 2.3.2 SBR工艺特点
• 2.3.3 SBR工艺研究进展
• 2.4 活性污泥数学模型在SBR工艺上的应用进展
• 第3章 活性污泥2号模型（ASM2）
• 3.1 活性污泥2号模型原理
• 3.1.1 ASM2与ASM1的区别
• 3.1.2 ASM2的组分
• 3.1.3 ASM2的反应过程
• 3.2 活性污泥2号模型参数定义和典型值
• 3.2.1 ASM2的化学计量系数的定义和典型值
• 3.2.2 ASM2的动力学参数数的定义和典型值
• 3.3 活性污泥2号模型的水质特性分析
• 3.3.1 城市污水中的有机部分
• 3.3.2 城市污水中的氮组分
• 3.3.3 城市污水中的磷含量
• 3.4 活性污泥2号模型限制
• 3.4.1 关于聚磷菌（PAOs）的假设
• 3.4.2 与模型结构有关的限制
• 3.4.3 有效拟合的约束条件
• 第4章 SBR数学模型的建立及模型的求解方法
• 4.1 SBR工艺建模
• 4.1.1 进水段建模
• 4.1.2 厌氧反应段建模
• 4.1.3 好氧反应段建模
• 4.1.4 缺氧反应段建模
• 4.1.5 排水阶段建模
• 4.1.6 闲置阶段建模
• 4.2 SBR活性污泥数学模型求解方法
• 4.2.1 进水段简化
• 4.2.2 求解步骤
• 4.3 本章小结
• 第5章 模型试验研究
• 5.1 试验目的及内容
• 5.2 试验进水
• 5.3 SBR试验研究
• 5.3.1 SBR试验装置和污泥驯化
• 5.3.2 SBR工艺运行工况及运行参数
• 5.3.3 试验结果及分析
• 5.4 测定进水水质特性试验研究
• 5.4.1 试验方法、仪器和步骤
• 5.4.2 试验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 灵敏度分析与模型的参数校正及模拟
• 6.1 模型参数和组分的灵敏度分析
• 6.1.1 灵敏度的概念
• 6.1.2 模拟条件的设定
• 6.1.3 模型参数的灵敏度分析
• 6.1.4 模型组分的灵敏度分析
• 6.2 模型的参数校正及模拟
• 6.2.1 模型的参数校正
• 6.2.2 模型对其它工况的模拟
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A ASM1碳氧化、硝化及反硝化的过程动力学与化学计量
• 附录 B ASM2的过程速率
• 附录 C 程序代码
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果