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双循环两相（BICT）生物处理工艺的建模方法研究

作　者: 宗晶晶
导　师: 黄勇
学　校: 苏州科技学院
专　业: 环境工程
关键词: BICT ASM2 连续系统间歇系统建模方法
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

双循环两相(BICT)生物处理工艺通过设置两套污泥系统,实现不同种群微生物的分相强化培养,从而达到对氮、磷的高效稳定去除,由生物选择区(厌氧)、主反应区SBR、沉淀池和生物膜硝化区组成。构建适用的BICT工艺综合系统模型有利于更好地研究其工艺特性、加速工程化进程,本论文着力于研究BICT工艺系统模型的构建方法。本文的主要研究内容包括:建模平台的选择及相应重构、探讨BICT工艺中连续运行系统和间歇运行系统各自的建模方法、各单元模型的衔接。首先,在回顾活性污泥数学模型、沉淀池模型和生物膜模型的基础上,结合BICT工艺本身的特性,选择合适的建模平台。本文以ASM2作为BICT工艺中活性污泥系统(生物选择区和SBR)模型的构建平台,即采用ASM2来描述生物选择区和SBR内的生化反应过程。并对ASM2进行了如下重构:不考虑化学除磷过程、不考虑生化反应池中组分XTSS的变化、忽略SALK对系统的影响、引入阿累尼乌斯公式考虑了温度对动力学参数的修正,重构后的ASM2考虑了17个反应过程和17种组分。其次,探讨连续流系统的建模方法。生物选择区不考虑溶解氧和硝酸盐的影响,将其视为绝对厌氧环境,建立物料衡算方程组;应用固体通量理论,以Takacs沉淀池模型为基础,建立BICT工艺沉淀池一维分层沉淀模型;生物膜硝化区选用简化的一级反应动力学进行数学描述。第三,研究间歇运行系统的建模方法。认为BICT工艺中四个SBR的生化反应过程和运行控制方式是完全一致的,每个SBR的一个运行周期划分为“进水+曝气”、“反应+回流”、“后曝气+沉淀”和“排水”四个阶段,每个阶段的运行时间相等,沉淀和排水过程不发生生化反应。在SBR的一个运行周期内,通过分别对每个阶段生化反应特性、水力流量输送等的分析,建立单个SBR在一个运行周期内囊括溶解性组分、溶解氧、颗粒性组分和混合液体积四项的物料衡算方程组。在此基础上,设置恰当的时间周期函数建立单个SBR连续周期运行的模型。最后,实现各单元模型的连接。通过四个运行周期时间的设置来实现四个SBR相互之间的切换,实现四个SBR之间T/4时间的滞后。在此基础上,从以下两个方面来完成单元模型的衔接工作:一是生物模型和沉淀模型颗粒性组分量纲的转换;二是连续流系统和间歇运行系统之间水力流量的连接。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10-12
  1.2 课题的立论依据  12-14
    1.2.1 BICT 工艺流程及基本原理  12-13
    1.2.2 BICT 工艺的前期研究情况  13-14
  1.3 研究目的和意义  14-15
  1.4 研究内容和技术路线  15-17
    1.4.1 研究内容  15-16
    1.4.2 技术路线  16-17
第二章污水处理系统数学模型的发展及应用  17-40
  2.1 活性污泥模型的发展  17-30
    2.1.1 传统活性污泥静态模型  17-18
    2.1.2 传统活性污泥动态模型  18-19
    2.1.3 IWA 模型  19-28
    2.1.4 活性污泥数学模型的新发展  28-30
  2.2 IWA 活性污泥模型的应用现状  30-34
    2.2.1 IWA 活性污泥模型应用于污水处理的模拟、预测  30-32
    2.2.2 IWA 活性污泥模型在污水厂设计方面的应用  32
    2.2.3 活性污泥数学模型应用于SBR  32-34
  2.3 沉淀池模型  34-37
    2.3.1 一维分层模型  34-36
    2.3.2 二维、三维流场模型  36-37
  2.4 生物膜动力学模型  37-40
    2.4.1 反应-扩散动力学模型  37
    2.4.2 Capdeville 生物膜增长动力学模型  37-38
    2.4.3 元胞自动机（CA）模型  38
    2.4.4 多物种复合生物膜模型  38-40
第三章 BICT 工艺系统建模方法总论  40-47
  3.1 BICT 工艺系统总体建模方法  40-44
    3.1.1 选择合适的模型作为BICT 模型构建的平台  41-43
    3.1.2 BICT 各处理单元建模  43
    3.1.3 各处理单元模型的连接与耦合  43-44
  3.2 各处理单元功能及其建模分析  44-47
    3.2.1 生物选择区  44
    3.2.2 主反应区  44-45
    3.2.3 沉淀池  45-46
    3.2.4 生物膜硝化区  46-47
第四章连续系统的建模方法研究  47-58
  4.1 生物选择区建模方法研究  47-49
    4.1.1 生物选择区建模的基本假设  47
    4.1.2 生化反应过程数学描述  47-48
    4.1.3 组分物料衡算  48-49
  4.2 沉淀池建模方法研究  49-53
    4.2.1 沉淀池建模的基本假设  50
    4.2.2 建立沉淀池一维分层沉淀模型  50-53
    4.2.3 污泥固体颗粒的重力沉降速率V_(s , i) 的确定  53
  4.3 生物膜硝化区建模方法研究  53-57
    4.3.1 生物膜硝化区建模的基本假设  54
    4.3.2 生化反应过程数学描述  54-55
    4.3.3 组分物料衡算  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章间歇系统的建模方法研究  58-75
  5.1 SBR 建模方法概述  58-61
    5.1.1 SBR 建模的特点  58
    5.1.2 总体思路  58-59
    5.1.3 基本假设及限定  59-60
    5.1.4 模型中SBR 的运行模式  60-61
  5.2 SBR 的一般物料衡算方程  61-63
    5.2.1 SBR 中的生化反应过程描述  61-62
    5.2.2 流量传输特性  62
    5.2.3 一般物料衡算方程  62-63
  5.3 单个SBR 一个运行周期内建模分析  63-70
    5.3.1 流量、混合液体积、曝气的总体描述  63-64
    5.3.2 “进水+曝气”阶段建模分析  64-66
    5.3.3 “反应+回流”阶段建模分析  66-67
    5.3.4 “后曝气+沉淀”阶段建模分析  67-69
    5.3.5 “排水”阶段建模分析  69-70
  5.4 物料衡算方程组的修正  70-72
    5.4.1 开关系数  70-71
    5.4.2 物料衡算方程  71-72
  5.5 单个SBR 连续周期运行的物料衡算  72-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章各处理单元模型的衔接  75-84
  6.1 组分量纲之间的耦合  75-76
  6.2 连续系统和间歇系统流量传输的连接  76-81
    6.2.1 主反应区四个SBR 之间的切换  76-78
    6.2.2 生物选择区和SBR 流量的连接  78-79
    6.2.3 生物膜硝化区、沉淀池和SBR 流量的连接  79-80
    6.2.4 BICT 系统出水的数学描述  80-81
  6.3 BICT 系统模型总体流量平衡  81-82
  6.4 本章小结  82-84
第七章结论  84-86
参考文献  86-89
致谢  89-90
附录  90-92
作者简介  92

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