活性污泥動(dòng)力學(xué)模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論

前言

活性污泥法污水廠工藝模型化技術(shù)對污水處理工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行研究具有重要的理論和實(shí)際意義?；钚晕勰嘞到y(tǒng)生物去除碳、氮、磷的調(diào)控機(jī)理及其模型化研究是當(dāng)今國際水協(xié)(IWA)污水生物處理設(shè)計(jì)與運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組的前沿性基礎(chǔ)課題。 浙江工商大學(xué)孫培德教授領(lǐng)導(dǎo)的水污染模擬與控制技術(shù)課題組長期從事活性污泥系統(tǒng)生物轉(zhuǎn)化機(jī)理與數(shù)學(xué)模型化及控制技術(shù)研究，近年來取得較顯著的成績?；趪H水協(xié)的ASMs系列模型，課題組提出了活性污泥系統(tǒng)不同菌群相互作用機(jī)制的生物轉(zhuǎn)化理論，實(shí)現(xiàn)了八大菌群分別對污水中碳、氮、磷生物轉(zhuǎn)化過程的細(xì)觀機(jī)理描述，建立了全耦合活性污泥模型（FCASMs）；將生物模型與水力場、溫度場模型耦合，建立了FCASM3HydroTemp耦合模型，既可體現(xiàn)生物場與環(huán)境場間的相互作用機(jī)制，又具有時(shí)空分布的模型特征，并對FCASMs及其多場耦合模型進(jìn)行了大規(guī)模的工程驗(yàn)證及其應(yīng)用研究。課題組近期開展了活性污泥系統(tǒng)生物營養(yǎng)物質(zhì)去除機(jī)理與數(shù)學(xué)模型化若干研究課題，包括將模型的研究成果應(yīng)用于“水蚯蚓微生物共生系統(tǒng)”數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化研究工作中，取得了一定進(jìn)展。 本書集成了孫培德教授及其課題組多年的研究成果，系統(tǒng)深入地闡述了FCASMs模型的建立、驗(yàn)證及應(yīng)用方法，綜合國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)全面介紹了活性污泥法污染物質(zhì)去除機(jī)理、模型化研究進(jìn)展以及各模型的特點(diǎn)，旨在使廣大有興趣的讀者對活性污泥模型有系統(tǒng)性的了解和把握，可為本領(lǐng)域研究者提供參考。 全書共分為12章。第1章主要概述了最新的活性污泥機(jī)理及模型研究進(jìn)展；第2章深入介紹了生物處理系統(tǒng)的有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程、硝化過程、反硝化過程、生物除磷過程以及厭氧過程主要影響因素和影響機(jī)理；第3章介紹了目前國際水協(xié)的活性污泥系列模型ASMs的特點(diǎn)與主要結(jié)構(gòu)；第4章介紹了國際上廣泛應(yīng)用的機(jī)理模型，尤其是最新研究成果——全耦合活性污泥模型（FCASMs）的主要特征和過程結(jié)構(gòu)；第5章介紹了國際上最新的活性污泥系統(tǒng)多場耦合模型（如：FCASM3HydroTemp耦合模型）及該類型模型的建立原理和方法；第6章介紹了模型組分與參數(shù)的主要測定方法及原理；第7章結(jié)合FCASM3模型介紹了當(dāng)前模型參數(shù)識(shí)別的主要方法；第8章介紹了FCASMs模型在A/A/O工藝的應(yīng)用方法及應(yīng)用成果；第9章介紹了FCASMs模型在A/O工藝的應(yīng)用方法及應(yīng)用成果；第10章介紹了“水蚯蚓微生物共生系統(tǒng)”的特點(diǎn)及其細(xì)觀機(jī)理耦合模型（TFCASM）的建立方法及應(yīng)用；第11章介紹了目前應(yīng)用的主要活性污泥數(shù)值模擬軟件的特點(diǎn)及應(yīng)用方法；第12章活性污泥模型機(jī)理及其應(yīng)用新進(jìn)展對當(dāng)前主要研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并提出進(jìn)一步展望。

內(nèi)容概要

本書共分為12章，主要內(nèi)容包括：最新的活性污泥機(jī)理及模型研究進(jìn)展；污水生物處理基本工藝過程的影響因素和影響機(jī)理；活性污泥系列模型ASMs的特點(diǎn)與主要結(jié)構(gòu)；活性污泥營養(yǎng)物質(zhì)去除模型；活性污泥系統(tǒng)多場耦合模型；模型進(jìn)水組分與參數(shù)的主要測定方法及原理；模型參數(shù)識(shí)別的主要方法；A/A/O污水處理工藝數(shù)值模擬及應(yīng)用；A/O污水處理工藝數(shù)值模擬及應(yīng)用；“水蚯蚓?微生物共生系統(tǒng)”的特點(diǎn)及其細(xì)觀機(jī)理耦合模型（T?FCASM）；主要活性污泥數(shù)值模擬軟件的特點(diǎn)及應(yīng)用方法；活性污泥模型機(jī)理及仿真應(yīng)用新進(jìn)展。     本書可作為高等院校環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)用書，也可供本科生教學(xué)以及環(huán)境工程、市政工程技術(shù)人員、科研人員、管理人員閱讀使用。

書籍目錄

1 概論　1.1 引言　1.2 活性污泥法生物去除機(jī)理研究進(jìn)展　　1.2.1 有機(jī)物質(zhì)生物去除機(jī)理　　1.2.2 生物脫氮機(jī)理　　1.2.3 生物除磷機(jī)理　1.3 活性污泥法生物場數(shù)學(xué)模型　　1.3.1 傳統(tǒng)活性污泥法生物動(dòng)力學(xué)模型　　1.3.2 活性污泥法結(jié)構(gòu)化模型研究進(jìn)展　1.4 活性污泥反應(yīng)器水力學(xué)模型　　1.4.1 理想流動(dòng)模型　　1.4.2 非理想流動(dòng)模型　1.5 活性污泥法溫度場模型研究進(jìn)展　1.6 活性污泥法多場耦合模型　　1.6.1 生物場?水力場耦合模型　　1.6.2 生物場?水力場?溫度場耦合模型　　1.6.3 生物場?物化場耦合模型　1.7 二沉池模型研究進(jìn)展　　1.7.1 一維沉淀模型　　1.7.2 二維、三維模型　　1.7.3 改進(jìn)的沉淀池模型　1.8 活性污泥法數(shù)學(xué)模型建立概述　　1.8.1 數(shù)學(xué)模型的定義和特征　　1.8.2 數(shù)學(xué)模型的分類　　1.8.3 活性污泥系統(tǒng)模擬的一般方法　1.9 討論與小結(jié)　參考文獻(xiàn)2 污水生物處理的基本工藝過程　2.1 生物處理系統(tǒng)的生物學(xué)　　2.1.1 生物種群　　2.1.2 選擇作用　2.2 生物處理系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化過程　　2.2.1 生物增長　　2.2.2 水解過程　　2.2.3 衰減過程　2.3 有機(jī)物的好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化　　2.3.1 好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程　　2.3.2 好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)率系數(shù)　　2.3.3 好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化中的營養(yǎng)物　　2.3.4 好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)　　2.3.5 異養(yǎng)微生物的好氧轉(zhuǎn)化　　　2.3.6 環(huán)境因素對好氧異養(yǎng)轉(zhuǎn)化的影響　2.4 硝化過程　　2.4.1 硝化反應(yīng)　　2.4.2 堿度　　2.4.3 硝化動(dòng)力學(xué)　　2.4.4 環(huán)境因素對硝化的影響　2.5 反硝化過程　　2.5.1 反硝化反應(yīng)　　2.5.2 反硝化的產(chǎn)率系數(shù)　　2.5.3 營養(yǎng)物　　2.5.4 堿度　　2.5.5 反硝化動(dòng)力學(xué)　　2.5.6 環(huán)境因素對反硝化的影響　2.6 生物除磷過程　　2.6.1 生物除磷反應(yīng)　　2.6.2 生物除磷的產(chǎn)率系數(shù)　　2.6.3 堿度　　2.6.4 生物除磷動(dòng)力學(xué)　　2.6.5 生物除磷的環(huán)境因素　2.7 厭氧過程　　2.7.1 厭氧反應(yīng)　　2.7.2 厭氧過程的產(chǎn)率系數(shù)　　2.7.3 厭氧過程中的有機(jī)物　　2.7.4 厭氧過程中的堿度　　2.7.5 厭氧過程的動(dòng)力學(xué)　　2.7.6 產(chǎn)氣過程　　2.7.7 厭氧過程的環(huán)境影響因素　2.8 討論與小結(jié)　參考文獻(xiàn)3 活性污泥基本動(dòng)力學(xué)模型4 活性污泥營養(yǎng)物質(zhì)去除模型5 活性污泥系統(tǒng)多場耦合模型6 模型進(jìn)水組分與參數(shù)測7 模型參數(shù)識(shí)別8 A/A/O污水處理工藝數(shù)值模擬及應(yīng)用9 A/O污水處理工藝數(shù)值模擬及應(yīng)用10 水蚯蚓?微生物共生系統(tǒng)細(xì)觀機(jī)理耦合模型11 活性污泥污水處理廠數(shù)值模擬軟件應(yīng)用12 活性污泥模型機(jī)理及仿真應(yīng)用新進(jìn)展參考文獻(xiàn)255

章節(jié)摘錄

插圖：在本章，我們將討論污水生物處理中最基本的生物過程，即好氧過程、厭氧過程及生物除磷過程，這里將介紹生物處理系統(tǒng)的生物學(xué)及其選擇機(jī)理。為了便于理解，本章中將轉(zhuǎn)化過程都看作是正向的。2．1生物處理系統(tǒng)的生物學(xué)污水處理廠中的生物過程是由多種多樣的生物群體完成的。由于污水處理廠中的生物種群很大程度上依賴于外部條件，這里大致羅列所存在的生物種屬。2．1．1生物種群污水處理廠中的所有生物群體必然主要來源于外部，包括來源于污水、空氣或土壤等。各種生物群體進(jìn)入污水系統(tǒng)后，根據(jù)選擇作用，部分可在系統(tǒng)內(nèi)生長起來。污水生物處理系統(tǒng)的兩種主要類型是生物膜法和活性污泥，這兩類處理系統(tǒng)為生物提供了不同的生存條件。在生物膜法中的典型工藝生物濾池中，生物的類別變化最大，而在活性污泥中生物的分布平穩(wěn)，幾乎不發(fā)生種類上的變化。污水處理廠生物處理系統(tǒng)中的生物群體可分為如下幾類。

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