廣州市城市污水污泥特性及ASM模型應(yīng)用研究

前言

　　生物處理是當(dāng)前和未來很長一段時間污水處理和水污染治理最廣泛、最有效和最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。要順應(yīng)時代的需要和發(fā)展，污水生物處理技術(shù)的智能化控制、信息化管理，以及高效利用能源成為迫切需要解決的問題。要解決這些問題，充分認(rèn)識污水以及由污水處理產(chǎn)生的污泥的特性是非常必要的，污水生物處理數(shù)學(xué)模型是優(yōu)化設(shè)計節(jié)能型污水生物處理工藝、實(shí)現(xiàn)智能化控制與信息化管理的基礎(chǔ)。　　本書就廣州市常規(guī)水質(zhì)特征和模型水質(zhì)特征進(jìn)行了測試分析，對部分水質(zhì)測定給定了參考方法；介紹了世界流行的用于預(yù)測和模擬活性污泥過程的數(shù)學(xué)模型ASM，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了相關(guān)的軟件系統(tǒng)；利用開發(fā)的軟件系統(tǒng)來模擬現(xiàn)有污水處理廠的運(yùn)行狀況，并針對其中的不足作了優(yōu)化模擬或優(yōu)化建議?！　∵@些模型在歐美等國家的城市污水處理廠的設(shè)計和運(yùn)行中得到廣泛應(yīng)用，其效果顯著。實(shí)踐證明，利用數(shù)學(xué)模型可將城市污水的設(shè)計、運(yùn)行和管理提高到一個具有規(guī)律性和定量化的高度。但是數(shù)學(xué)模型只為我們提供了模擬活性污泥系統(tǒng)的方法和框架，所涉及的與各地區(qū)污水和污泥特性有關(guān)的各種水質(zhì)組分及動力學(xué)、化學(xué)計量學(xué)參數(shù)的確定是模型應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。因此，城市污水、污泥水質(zhì)特性參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)的鑒定成為城市污水處理廠精確模型化優(yōu)化設(shè)計和運(yùn)行的關(guān)鍵。　　本書以ASM模型為概念平臺，將模型中水質(zhì)特性參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)與廣州地區(qū)城市污水、污泥特性關(guān)聯(lián)起來，建立了污水、污泥特性與幾類污水生物處理工藝動力學(xué)參數(shù)之間的定量關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)活污泥法設(shè)計和運(yùn)行的模型化提供必要的前提和條件，將為廣州地區(qū)城市污水處理廠的設(shè)計和運(yùn)行提供精確的設(shè)計和優(yōu)化手段。本書具有廣闊的應(yīng)用前景，使廣州地區(qū)城市污水生物處理向著更理性、定量化的方向發(fā)展。本書根據(jù)試驗(yàn)測定的廣州市污水和污泥特性而開發(fā)的污水和污泥ASM數(shù)學(xué)模型及軟件，也可作為參考推廣應(yīng)用于其他城市污水處理廠運(yùn)行管理中。如果以試驗(yàn)測定的該城市各污水處理廠的污水和污泥特性參數(shù)取代廣州市的有關(guān)參數(shù)，其改進(jìn)模型更具有使用價值。　　本書主編隋軍博士從事污水處理教學(xué)、研究和工程實(shí)踐20余年，其數(shù)學(xué)功底深厚，是國內(nèi)最早從事污水處理數(shù)學(xué)模型的研究與開發(fā)者之一，隋軍博士在厭氧生物處理和活性污泥處理工藝數(shù)模研發(fā)中碩果累累、成就頗豐、堪稱我國污水處理數(shù)模開拓先鋒和杰出代表。他在廣州市市政工程設(shè)計研究院擔(dān)任院長期間，領(lǐng)導(dǎo)和組織該院有關(guān)同事對廣州市一些污水處理廠的污水和污泥做了大量的特性測試，獲得了翔實(shí)的數(shù)據(jù)。本書是他們在借鑒國外有關(guān)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最新的數(shù)學(xué)模型技術(shù)和方法，研究和開發(fā)的廣州市污水活性污泥工藝運(yùn)行和設(shè)計數(shù)學(xué)模型。本書內(nèi)容充實(shí)豐富，有諸多創(chuàng)新和獨(dú)到之處，坪論水平高.實(shí)用價值大，值得閱讀和參考借鑒。

內(nèi)容概要

　　《廣州市城市污水污泥特性及ASM模型應(yīng)用研究》就廣州市常規(guī)水質(zhì)特征和模型水質(zhì)特征進(jìn)行了測試分析，對部分水質(zhì)測定給定了參考方法；介紹了世界流行的用于預(yù)測和模擬活性污泥過程的數(shù)學(xué)模型ASM，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了相關(guān)的軟件系統(tǒng)；利用開發(fā)的軟件系統(tǒng)來模擬現(xiàn)有污水處理廠的運(yùn)行狀況，并針對其中的不足作了優(yōu)化模擬或優(yōu)化建議。

書籍目錄

前言第一章 活性污泥數(shù)學(xué)模型的歷史與現(xiàn)狀第一節(jié) 污水生物處理模型發(fā)展歷史第二節(jié) 活性污泥數(shù)學(xué)模型的現(xiàn)實(shí)必要性第三節(jié) 模型在國內(nèi)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀第四節(jié) 小結(jié)第二章 ASM主要模型的機(jī)理與構(gòu)建第一節(jié) 概述一、簡要說明二、模型基礎(chǔ)第二節(jié) ASM3介紹一、出現(xiàn)的背景二、ASM1與ASM3的理論差異三、ASM3模型的基本內(nèi)容與結(jié)構(gòu)第三節(jié) ASM2D介紹一、出現(xiàn)的背景二、ASM2D模型的基本內(nèi)容與結(jié)構(gòu)第四節(jié) 模型應(yīng)用的構(gòu)建基礎(chǔ)一、基本質(zhì)量守恒方程式二、區(qū)分組分的質(zhì)量守恒方程式第五節(jié) 模型應(yīng)用約束條件一、ASM3的使用限制二、ASM2D的使用限制第六節(jié) 小結(jié)第三章 廣州市水質(zhì)特性參數(shù)分析第一節(jié) 基本概況一、廣州市概況二、城市排水概況三、調(diào)查點(diǎn)概況第二節(jié) 常規(guī)水質(zhì)分析一、主要水質(zhì)指標(biāo)二、可生化分析三、碳氮比分析四、碳磷比分析第三節(jié) 模型水質(zhì)特性參數(shù)分析一、測定分析概述二、BCOD的測定三、溶解性及顆粒性COD等的分析四、其他測定第四節(jié) 小結(jié)一、常規(guī)水質(zhì)參數(shù)二、模型水質(zhì)特性參數(shù)第四章 基于ASM3的運(yùn)用研究第一節(jié) 模型建立及應(yīng)用條件探討第二節(jié) 模型參數(shù)確定一、動力學(xué)參數(shù)二、決定性動力學(xué)參數(shù)的數(shù)值確定三、化學(xué)計量學(xué)參數(shù)第三節(jié) 模型驗(yàn)證與仿真一、獵德污水處理廠一期工藝簡介二、獵德污水處理廠一期運(yùn)行模擬模型三、模擬結(jié)果分析第四節(jié) 工藝的運(yùn)行優(yōu)化一、獵德污水處理廠目前存在的問題與改進(jìn)的方案二、模擬計算及結(jié)果分析第五節(jié) 小結(jié)第五章 交替式生物反應(yīng)器研究第一節(jié) 概述第二節(jié) 污泥濃度變化一、理論分析二、實(shí)際測量三、理論與實(shí)際數(shù)據(jù)的結(jié)合第三節(jié) 中間池水質(zhì)變化研究一、實(shí)驗(yàn)安排二、測定結(jié)果第四節(jié) 沉淀池出水水質(zhì)研究一、實(shí)驗(yàn)安排二、測定結(jié)果第五節(jié) 運(yùn)行優(yōu)化一、常規(guī)的脫氮除磷過程二、UNITANK與SBR的關(guān)系三、UNITANK與AA／O或A／O的關(guān)系四、UNITANK生物脫氮除磷效能簡析五、優(yōu)化分析與建議第六節(jié) 小結(jié)第六章 基于ASM2D的軟件開發(fā)第一節(jié) 軟件開發(fā)的基礎(chǔ)一、工藝模型的選擇和構(gòu)建二、生化模型的選擇三、數(shù)據(jù)收集四、運(yùn)行操作及核定五、模擬目標(biāo)第二節(jié) 軟件規(guī)劃設(shè)計第三節(jié) 軟件簡介一、系統(tǒng)啟動二、用戶登錄三、系統(tǒng)主界面四、數(shù)據(jù)庫管理五、動力學(xué)模型六、工藝模型七、輔助功能第四節(jié) 小結(jié)第七章 軟件在UNITANK工藝模擬中的應(yīng)用第一節(jié) 模型參數(shù)的確立一、水質(zhì)特性參數(shù)二、化學(xué)計量系數(shù)三、動力學(xué)參數(shù)第二節(jié) 模擬工藝構(gòu)建第三節(jié) 污泥分布模擬結(jié)果一、A池（邊池）二、B池（中間池）第四節(jié) 過程水質(zhì)模擬結(jié)果一、溶解氧模擬二、B池模擬三、C池出水模擬第五節(jié) 模擬策略對比一、對比策略選擇二、結(jié)果對比第六節(jié) 小結(jié)參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　第六章 基于ASM2D的軟件開發(fā)　　第一節(jié) 軟件開發(fā)的基礎(chǔ)　　一、工藝模型的選擇和構(gòu)建　　無論是已建或規(guī)劃的工藝，其形式總是確定的，包括構(gòu)筑物、管線、閘閥以及設(shè)備等?！　“l(fā)生反應(yīng)過程的構(gòu)筑物形式和尺寸反映了水流的力學(xué)形態(tài)，在工藝模型中要精確模擬構(gòu)筑物（主要是水流的力學(xué)形態(tài)）實(shí)際上是非常困難的，甚至是不可能的。如混合式反應(yīng)池，如果池體的尺寸對水流混合均勻性及快速性的影響不是很顯著，該池體可被看做一個完全混合反應(yīng)器；如果這一影響非常顯著，那就需要對此池體做力學(xué)相似的分隔，即該池體被看做由若干個完全混合反應(yīng)器構(gòu)成。對于推流式反應(yīng)池，它經(jīng)常被認(rèn)為由若干完全混合反應(yīng)器組成，并保證力學(xué)特性不會有本質(zhì)的改變。有的構(gòu)筑物，如二沉池，如果其中發(fā)生的反應(yīng)并不顯著，就可以將其視為簡單的固液分離點(diǎn)。二沉池的形式、排泥方式或者固體沉降性能不同可能會影響到底泥濃度、出水水質(zhì)等，因此描述二沉池的數(shù)學(xué)模型可能很不相同，也非常復(fù)雜。　　管線主要表示了液體或固態(tài)物質(zhì)的傳輸方向和數(shù)量，如果管線輸送不對反應(yīng)產(chǎn)生明顯影響，管線本身的材料和特性將不被認(rèn)為對模擬產(chǎn)生重大影響，比如塑料管、鑄鐵管或者鋼管在模擬中都是一樣的效果，而溝渠、箱涵則可能被認(rèn)為是反應(yīng)器。另外，管線也可能是物質(zhì)存在的，也可能是因模擬需要加入或者忽略的。比如模擬推流式反應(yīng)池，其水力相似的若干混合反應(yīng)池之間就是虛構(gòu)的管線，而在模擬混合反應(yīng)池出水時，盡管出水流向和管道有多個，但卻認(rèn)為出水管道只有一個，因?yàn)槌鏊|(zhì)被假定為和反應(yīng)池中的水質(zhì)完全一樣。　　設(shè)備主要包括充氧、攪拌等操作用的設(shè)備。充氧設(shè)備往往忽略其具體形式，而以其充氧能力表示，比如鼓風(fēng)曝氣、表面曝氣和射流曝氣等沒有本質(zhì)區(qū)別，其形成的力學(xué)特征也予忽略。攪拌設(shè)備卻忽略攪拌形成的力學(xué)作用（如梯度）以及對反應(yīng)流體的破壞作用，僅以其充氧能力表示。有些設(shè)備如刮泥機(jī)、抽水泵、各種閥門、除渣機(jī)、脫水機(jī)等不作為反應(yīng)流體載體或者不對反應(yīng)產(chǎn)生影響的，可以忽略。各種監(jiān)測設(shè)備，如各種在線測定儀等，通常不被列人工藝模型中。構(gòu)筑物、管線、設(shè)備等經(jīng)過分析后重新布局，形成工藝模型的“物質(zhì)”形式。時就可以將該工藝模型做具體分類，從而用合適的工藝類型來描述?！　《?、生化模型的選擇　　工藝模型只是生化反應(yīng)的載體，載體中進(jìn)行的反應(yīng)則需要用生化模型來描述。生化反應(yīng)模型有很多種，通常結(jié)構(gòu)形式簡單、反應(yīng)過程描述比較準(zhǔn)確、流行比較廣泛、測試和驗(yàn)證比較容易的模型都可以使用。　　一套工藝模型中的生化反應(yīng)可能涉及幾種截然不同的生化模型，比如嚴(yán)格厭氧反應(yīng)、兼氧反應(yīng)和膜生物反應(yīng)?，F(xiàn)在還沒有一套統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來描述這幾種不同的反應(yīng)模式，通常用生化模型來描述工藝的某一核心過程。如果需要幾種模型來描述工藝，不同模型之間的化學(xué)計量學(xué)統(tǒng)一是個需要深入研究的問題。　　三、數(shù)據(jù)收集　　收集的數(shù)據(jù)包括生化模型相關(guān)數(shù)據(jù)、工藝模型設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)和其他相關(guān)的操作運(yùn)行數(shù)據(jù)。 　　……

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