MBR工艺ASM1-SMP联合模型的建立与预测

论文摘要

膜生物反应器（MBR）将膜分离技术与生物技术相结合,污染物去除率高、出水水质好、容积负荷率高、剩余污泥量少,其市场估值有望在2010年达到3.63亿美元,具有十分广泛的市场应用前景。但是,MBR在运行过程中,由于膜污染而引起的膜传质阻力不断增加、膜通量衰减的问题,仍制约着MBR技术的推广应用。近年来研究显示,溶解性微生物产物（SMP）与膜污染具有强相关性,是引起膜污染主要物质之一,因此,有必要建立一种能够预测该膜污染物的数学模型,进一步提升对膜污染机理的认识。为了将国际水协ASM1模型用性由传统活性污泥法扩展至MBR工艺,本研究对国际水协ASM1模型进行了改进,引入膜污染物SMP的动力学反应参数γSMP、μSMP、YSMP等,建立起一个适用于MBR工艺的活性污泥数学模型ASM1-SMP。研究中首先通过不同泥龄操作条件下MBR的运行效果,得出SRT=30d为MBR运行的适宜条件,并在此基础上进行后期的实验及模拟工作。文中对模型的建立的依据及过程参数的添加进行了阐述,建立起ASM1-SMP数学模型矩阵。为了提高模型的适用性,模型敏感性分析中的主要敏感性参数通过实验方法来确定初值,其中μH、YH、bH以呼吸速率法测定,μA以高F/M法测定,对于SMP的参数,模型中将其分为UAP和BAP两组分进行讨论。模型的计算采用龙格-库塔法,以MATLAB为平台进行编程和求解。模拟结果显示,ASM1-SMP模型能够同时预测MBR中水质、污泥产量和膜污染物SMP浓度,模型对系统中COD、氨氮、硝氮、MLSS和SMP的预测值与实测值有较好吻合性。通过模拟可以看出,SMP为系统上清液COD的主要组成,其存在直接影响到系统的污泥产量,表明MBR中SMP的产生和降解是一个不可忽略的考虑因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 MBR工艺简介
• 1.1.1 MBR的分类
• 1.1.2 膜生物反应器的优点
• 1.1.3 膜污染机理研究
• 1.2 SMP与膜污染关系研究现状
• 1.3 活性污泥模型发展与研究现状
• 1.3.1 静态模型
• 1.3.2 动态模型
• 1.4 ASM1 模型简介
• 1.4.1 ASM1 的13 个组分
• 1.4.2 ASM1 的8 个过程
• 1.4.3 ASM1 中5 个化学计量系数
• 1.4.4 ASM1 的14 个动力学参数
• 1.5 ASM变化模型研究现状
• 1.5.1 国内研究现状
• 1.5.2 国外研究现状
• 1.6 ASM与SMP联合模型研究现状
• 1.7 研究目的与内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验装置
• 2.1.1 MBR反应器
• 2.1.2 呼吸速率法测定装置
• 2.2 水质测定方法
• 2.2.1 常规测定项目
• 2.2.2 SMP的测定
• 2.2.3 其它指标的测定
• 2.3 模型参数的测定
• H的测定'>2.3.1 异养菌生长速率Y_H的测定
• H和异养菌衰减速率b_H的测定'>2.3.2 异养菌最大比增长速率μ^H和异养菌衰减速率b_H的测定
• A的测定'>2.3.3 自养菌最大比增长速率μ_A的测定
• 2.3.4 SMP参数的测定
• 2.3.5 模型其它参数的确定
• 2.4 其它实验仪器
• 第3章 MBR模拟所需适宜工况条件的确定
• 3.1 污泥的驯化
• 3.2 不同SRT操作下的比较
• 3.2.1 污泥性状的比较
• 3.2.2 处理效果的比较
• 3.2.3 污泥中生物相比较
• 3.2.4 膜污染程度的比较
• 3.2.5 反应器中SMP含量比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 ASM1-SMP模型表达及参数测定
• 4.1 ASM1-SMP模型结构及表达
• 4.2 模型参数和组分的测定
• 4.2.1 进水组分的测定
• 4.2.2 模型参数的测定
• 4.3 本章小结
• 第5章 ASM1-SMP模型预测模拟
• 5.1 使用ASM1-SMP进行模拟的步骤
• 5.2 稳态模拟
• 5.2.1 稳态模型的输入
• 5.2.2 稳态模拟的运行
• 5.3 动态模拟校正
• 5.4 模型参数的敏感性分析
• 5.5 ASM1-SMP模型参数校正
• 5.6 基于SMP生成和降解理论的ASM1-SMP模型预测模拟
• 5.6.1 不添加SMP组分的ASM1 模型预测模拟
• 5.6.2 ASM1-SMP模型预测模拟
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录A 稳态模拟源程序
• 附录B 动态校正源程序
• 致谢