基于强化复合生物膜—活性污泥工艺的数值模拟

论文摘要

随着人们对水体富营养化认识的深化以及对环境质量水平要求的不断提高,越来越多的已建和新建的污水处理厂将面临不断提高有机物处理能力以及氮、磷去除效果的问题。在这样的情况下,单一的活性污泥工艺或者生物膜工艺已经不能很好的对污水进行处理,因此近年来,污水处理中活性污泥-生物膜复合工艺得到了一定的发展,基于复合工艺的数学模型也随之得到了一定的发展,特别是随着计算机水平的提高,计算机模拟已经越来越多的被应用于环境工程中,用以预测与监控污水处理过程,有力地提高了数学模型在污水处理工艺中的运用。本课题来源于深圳市布吉河污水处理厂的强化淹没生物膜-活性污泥工艺。本课题目的就是结合水厂实际工艺建立基于复合工艺的数学模型,通过物料平衡建立水厂实测数据与模型模拟数据的转化,利用计算机语言,对水厂碳、氮的去除情况进行数值模拟。主要内容为:（1）建立复合数学模型。分别研究活性污泥数学模型和生物膜数学模型,对于活性污泥1号数学模型的机理与数学构造进行了详细的研究,根据模型中的过程、参数和组分之间的关系,建立起一系列的动力学方程式。对生物膜数学模型的机理进行研究,特别是通过对生物膜上碳氧化和硝化的经验公式进行研究,最终选择将生物膜上碳氧化和硝化的经验公式与活性污泥1号数学模型结合的方式,组成复合数学模型。（2）实现水厂实测数据与模型模拟所需数据之间的转化。水厂实测数据远远不能满足模型模拟的需要,因此,在参阅文献和遵循物料平衡的前提下,建立水厂实测数据与模型模拟数据之间的转化关系。将水厂测得的CODcr、BOD5、NH3-N和总氮等信息转化成模型中所需要的15个组分。（3）参数调整。由于地域、气候、温度等的差异,模型中的参数在默认值下,通常不能很好的反映污水处理厂的实际运行情况,必须对其进行调整。在本课题中,通过对模型进行灵敏度分析,我们得到对水厂运行影响较大的参数有以下几个:KOH、KOA、KNH、YH、YA、ηg、ηh、μA、bA、bH、fp、iXB、qm,COD,sp、qm,nitr,sp,调整以上参数,使模型能较好模拟水厂实际出水情况。（4）模拟结果分析。通过参数调整之后,我们将模型模拟结果与水厂实测结果进行对比,确定模拟结果是否能够较好的模拟水厂中COD、氮的去除情况。本文结合布吉河污水处理厂的实际情况,建立复合工艺的数学模型,通过数据转化与调整参数,得到较好的模拟结果,为水厂运行提供了可供参考的理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 污水处理数学模型综述
• 2.1 引言
• 2.2 国外的研究现状
• 2.2.1 ASM（Activated Sludge Model）系列模型
• 2.2.2 国外ASM系列发展情况
• 2.2.3 国外生物膜数学模型的发展情况
• 2.2.4 国外活性污泥-生物膜数学模型的发展情况
• 2.3 国内的研究现状
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于ASM1的复合数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 活性污泥1 号模型
• 3.2.1 模型假设
• 3.2.2 模型内的过程、组分与参数
• 3.2.3 活性污泥1 号模型中的总反应速率方程式
• 3.3 基于复合模型的两个经验公式
• 3.4 模型中的总速率方程式
• 3.5 活性污泥-生物膜复合数学模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 复合模型的工程应用
• 4.1 引言
• 4.2 污水处理厂概况
• 4.3 模拟方案与数据转化
• 4.3.1 模拟方案主流程图
• 4.3.2 COD的数据转化
• 4.3.3 氮的数据转化
• 4.4 模型参数校准与模拟结果分析
• 4.4.1 模型参数的校核
• 4.4.2 模拟结果及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢