污水处理工艺设备系统模型研究与仿真

论文摘要

活性污泥系统由于运行稳定、处理效果高、运行成本低等特点而成为废水处理的主要的方法。到目前为止,大部分的城市污水处理工艺都采用活性污泥法或活性污泥法的变种,因而该工艺在废水处理中处于非常重要的地位。但是活性污泥工艺设计、运行还停留在经验水平,对工艺系统理论的深入研究以及运用远远不够。由于活性污泥工艺过程的复杂性,实验研究无法满足工艺运行的要求,因此工艺系统数学模型的研究,有助于掌握活性污泥工艺的现象和规律,从而有效指导生产实践。IAWQ组织提出的ASM系列模型已成为活性污泥过程仿真和控制的重要基础,将模型和控制理论及方法结合起来,可实现按照处理水质的要求,达到优化运行的目的。在城市污水活性污泥处理系统中,生物反应器和沉淀池是系统的重要组成部分。建立生物反应模型和沉淀模型是污水生物处理系统模拟的关键。本课题研究了活性污泥模型和沉降模型中的各种动力学参数,化学计量和沉降特性参数。并在ASM2号模型和Vesilind沉降模型的基础上,结合反应器模型原理,构建了活性污泥设备系统模型。采用Microsoft Visual C++6.0开发了活性污泥系统仿真软件。针对国内大多数同类研究以开发专用活性污泥流程模拟系统为主,软件的通用性不强,本课题在“模块化”思想指导下,对好氧池,厌氧池,缺氧池,二沉池等设施单独建模,通过设计程序算法,将不同反应器模块按照实际工艺流程顺序组合在一起,开发出通用活性污泥流程模拟系统。在ASM模型关于组分划分的基础上,本课题进一步提出适合我国水质的完整组分划分方案,实现了实际水质数据与理论组分数据之间的转化。本文对淮南首创第一污水处理厂的进水水质进行组分转换,利用该厂氧化沟工艺系统运行数据对模型进行了标定。并利用该模型对该厂进行了静态模拟,动态模拟,模型参数调整,工艺参数优化。研究结果表明,开发的活性污泥系统仿真软件可以用来模拟及优化城市污水活性污泥处理系统及脱氮除磷工艺,是进行活性污泥工艺模拟仿真的有效工具。为城市污水处理厂的实际运行管理提供具有重要价值的参考依据,值得在我国进行进一步的深入研究和推广应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 总论
• 1.1 城市污水处理工艺发展现状及趋势
• 1.1.1 活性污泥工艺的发展现状
• 1.1.2 城市污水处理工艺发展趋势
• 1.2 活性污泥法与数学模型的结合
• 1.2.1 活性污泥静态模型的发展
• 1.2.2 活性污泥动态模型的发展
• 1.2.3 活性污泥系统模拟
• 1.3 活性污泥数学模型应用软件的发展
• 1.3.1 国外性污泥数学模型应用软件的发展及现状
• 1.3.2 国内性污泥数学模型应用软件的发展及现状
• 1.4 本研究的主要内容,方法及意义
• 1.4.1 本研究的意义
• 1.4.2 本研究的主要内容及方法
• 第2章 活性污泥工艺设备系统数学模型
• 2.1 ASM2 模型介绍
• 2.1.1 模型组分
• 2.1.2 ASM2 模型描述
• 2.1.3 模型的假设与限制
• 2.2 单反应器模型建立
• 2.2.1 单反应器物料平衡系统
• 2.2.2 连续性方程
• 2.2.3 单反应器模型中化学计量学和动力学参数的定义和典型值
• 2.2.4 组分总动力学方程
• 2.3 二沉池模型
• 2.3.1 Vesilind 沉降速度模型参数的确定
• 2.3.2 一维通量模型
• 2.4 活性污泥工艺设备系统模型
• 第3章 活性污泥工艺设备仿真软件的开发
• 3.1 仿真软件的总体设计
• 3.1.1 仿真软件的开发环境
• 3.1.2 仿真软件预期功能
• 3.1.3 仿真软件的程序结构流程图
• 3.2 仿真软件的详细设计
• 3.2.1 工艺流程的仿真设计
• 3.2.2 单反应器模型模块化设计
• 3.2.3 仿真算法设计
• 3.3 模型组分划分基础
• 3.3.1 污水有机部分的确定
• 3.3.2 污水氮含量的确定
• 3.3.3 污水磷含量的确定
• 3.3.4 进水组分转化方案
• 3.3.5 出水数据的转化方案
• 第4章 污水处理厂工艺仿真实例及结果分析
• 4.1 淮南首创第一污水处理厂工艺介绍
• 4.1.1 淮南首创第一污水处理厂工艺流程简介
• 4.1.2 Carrousel 2000 氧化沟系统简介
• 4.2 污水处理厂工艺仿真——Carrousel 2000 氧化沟系统在软件中的模拟
• 4.3 污水处理厂运行数据转化与模拟
• 4.3.1 污水处理厂2005 年2 月运行原始数据
• 4.3.2 进水数据的转化
• 4.4 对该工艺的模拟软件应用过程
• 4.4.1 输入数据与设置
• 4.4.2 流程检测与试运行
• 4.4.3 静态模拟计算及结果分析
• 4.4.4 动态模拟计算及结果分析
• 第5章 模型参数及工艺参数研究与优化
• 5.1 理论模型参数的研究及优化
• 5.2 传统工艺参数的研究与优化
• 5.2.1 曝气区溶解氧浓度对出水水质的影响
• 5.2.2 混合液回流比对出水水质的影响
• 第6章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 个人简介