污水生物处理的数学模型与应用PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 污水生物处理技术的发展 1

1.2 污水生物处理的数学模型 1

1.3 活性污泥模型（ASM） 4

1.4 污水生物处理的其他数学模型 5

1.4.1 固定生长好氧生物处理过程的数学模型 5

1.4.2 厌氧生物处理过程的数学模型 6

1.5 小结 8

第2章 污水生物处理的化学计量学与能量转化 11

2.1 微生物细胞的经验分子式 11

2.2 污水生物处理的化学计量学基础 12

2.3 广义反应速率与多重反应的表达 15

2.4 细胞生长与基质利用 16

2.5 小结 21

第3章 酶和酶催化反应动力学 23

3.1 酶和酶的催化特性 23

3.1.1 酶的概念 23

3.1.2 酶的催化特性 24

3.2 酶催化反应的动力学模型 26

3.2.1 酶促反应与米—门公式 26

3.2.2 酶促反应动力学参数的估值 28

3.2.3 酶促反应的抑制 29

3.3 小结 32

第4章 活性污泥法的经典模型 34

4.1 污水生物处理的经典模型 34

4.2 Eckenfelder模型 34

4.3 Grau模型 40

4.4 Lawrence-McCarty模型 40

4.5 McKinney模型 53

4.6 基质降解与生物增长量之间的关系 55

4.7 基质降解与需氧量之间的关系 56

4.8 pH条件 58

4.9 对营养的要求 58

4.10 温度的影响 59

4.11 生物处理系统污泥最佳沉降条件 60

4.11.1 概述 60

4.11.2 表示活性污泥沉降性能的主要参数 61

4.11.3 污泥的最佳沉降条件 62

4.12 活性污泥法经典模型的应用 63

4.12.1 概述 63

4.12.2 传统活性污泥法 64

4.12.3 完全混合活性污泥法 64

4.13 小结 73

第5章 厌氧生物处理的反应动力学 75

5.1 厌氧生物反应动力学 76

5.1.1 厌氧生物反应动力学模型 76

5.1.2 厌氧系统中的细胞合成 78

5.1.3 颗粒有机物水解 78

5.1.4 水解产物的厌氧反应 79

5.1.5 产甲烷过程 81

5.1.6 温度对厌氧生物反应动力学的影响 83

5.1.7 对温度影响和温度系数的表达 85

5.2 厌氧过程中自由能的释放 86

5.2.1 释放的标准自由能 86

5.2.2 标准状态与环境条件 87

5.2.3 氢分压对转化自由能的影响 88

5.3 厌氧过程的化学计量学 88

5.3.1 产气预测和生物体的合成 88

5.3.2 由碳源和氮源合成细胞需要的能量 89

5.4 厌氧生物反应器的动力学 92

5.4.1 厌氧生物反应器 92

5.4.2 有回流厌氧生物反应器的动力学 93

5.4.3 无回流厌氧生物反应器的动力学 95

5.4.4 厌氧生物反应器的分相模型 95

5.5 厌氧消化1号模型（ADM1） 98

5.6 小结 104

第6章 生物膜反应器的动力学 107

6.1 生物膜的形成 108

6.1.1 固定生长微生物的特点 108

6.1.2 生物膜的形成过程 110

6.1.3 生物膜增长的一般描述 111

6.2 生物膜动力学 114

6.2.1 一级反应 115

6.2.2 零级反应 116

6.2.3 不同组分的扩散 118

6.3 生物膜动力学参数 119

6.3.1 生物膜内的扩散系数 119

6.3.2 生物膜动力学参数的测定方法 120

6.3.3 生物膜的扩散—反应模型 121

6.3.4 动力学参数的求解方法 122

6.4 水膜的扩散 124

6.5 生物膜动力学的应用 125

6.5.1 生物膜反应限制因素的判别 125

6.5.2 生物膜反应器的物料平衡 125

6.6 小结 126

第7章 二次沉淀池的模型 131

7.1 二沉池模型简述 131

7.1.1 经验模型 131

7.1.2 固体通量模型 131

7.1.3 Takács模型 132

7.1.4 计算流体力学模型 132

7.1.5 二沉池模型的应用 132

7.2 基于固体分离率的二沉池模型及计算 133

7.3 二沉池的一维通量模型 134

7.3.1 一维通量模型的建立 134

7.3.2 一维通量模型的应用 136

7.3.3 一维二沉池模型计算 139

7.4 运用计算流体力学及其软件对二沉池的模拟 141

7.4.1 计算流体力学（CFD）的特点及求解方法 141

7.4.2 CFD的应用软件 143

7.4.3 CFD的基本方程 145

7.4.4 二沉池的CFD模拟 148

7.5 小结 152

第8章 IAWQ活性污泥法模型 156

8.1 IAWQ模型简介 156

8.2 活性污泥法1号模型（ASM1） 156

8.2.1 ASM1模型的组分 156

8.2.2 ASM1模型描述的工艺过程 159

8.3 活性污泥法2号模型（ASM2） 160

8.3.1 ASM2d模型的组分 161

8.3.2 ASM2d模型描述的生物过程 162

8.4 活性污泥法3号模型（ASM3） 170

8.4.1 ASM3模型的组分 171

8.4.2 ASM3模型描述的生物反应过程 171

8.5 IAWQ模型的比较 176

8.6 小结 177

第9章 活性污泥工艺的建模基础与模型求解 180

9.1 活性污泥模型的适用原则 180

9.2 污水处理工艺的概化模型 181

9.2.1 污水处理工艺的概化模型 181

9.2.2 基于CSTR反应器的模拟与计算 182

9.3 污水处理工艺的水力学特性 183

9.3.1 进水动态过程的数据获取 183

9.3.2 实际污水处理工艺的描述 184

9.3.3 回流对反应器水力特性的影响 184

9.3.4 进水流量变化对传质的影响 189

9.4 ASM模型的计算 194

9.4.1 稳态求解及初值确定 195

9.4.2 动态过程的模拟计算 198

9.4.3 基于ASM模型的计算软件 200

9.5 小结 203

第10章 IAWQ模型的水质表达与动力学参数估值 206

10.1 活性污泥1号模型（ASM1）的水质表达与动力学参数估值 206

10.1.1 污水特性和参数值的估计 206

10.1.2 典型参数范围、默认值和环境因素的影响 212

10.2 活性污泥法2号模型（ASM2）的水质表达与计量学参数 215

10.2.1 模型的动力学和化学计量参数 215

10.2.2 活性污泥工艺中污水水质特性的表征 219

10.2.3 模型组分的常规分析 224

10.3 活性污泥法3号模型（ASM3）的水质表达和计量学参数 224

10.4 小结 226

第11章 ASM模型用于污水处理过程模拟的方法与流程 229

11.1 模拟方法与流程 229

11.2 建立模型 232

11.3 模型校正 233

11.3.1 进水组分 234

11.3.2 反应动力学参数及化学计量系数 237

11.3.3 模拟结果验证 240

11.4 模型的敏感性分析 240

11.4.1 模型缺省状态下的敏感度分析 241

11.4.2 确定模型的敏感度分析 244

11.4.3 动态敏感性分析 246

11.5 小结 247

第12章 ASM模型在污水处理工艺设计中的应用 250

12.1 模型辅助工艺设计的方法 250

12.2 设计方案的分析与建模 251

12.2.1 设计方案介绍 251

12.2.2 工艺概化模型 251

12.2.3 设计工艺的运行参数 252

12.2.4 设计工艺的模型参数 253

12.3 工艺初始方案的复算 255

12.3.1 工艺初始方案的复算内容 255

12.3.2 工艺设计方案的复算结果 256

12.3.3 工艺初始方案的复算结论 259

12.4 设计修改方案的复算 260

12.4.1 工艺设计的修改方案 260

12.4.2 工艺修改方案的复算内容 260

12.4.3 工艺修改方案复算的结果 260

12.4.4 工艺修改方案复算的结论 263

12.5 工艺修改方案的优化模拟 263

12.5.1 修改工艺优化运行的目的 263

12.5.2 修改工艺优化运行的结果 264

12.5.3 工艺优化运行的结论 266

12.6 工艺方案复算的结论 266

12.7 小结 267

第13章 ASM模型在污水处理厂优化运行中的应用 268

13.1 优化运行分析的准备工作 268

13.1.1 污水处理厂的基本情况 268

13.1.2 污水处理厂工艺流程的概化 269

13.1.3 描述污水处理过程的数学模型选择 270

13.1.4 动态实时模拟与日均模拟结果的验证 271

13.1.5 反应器运行状态验证 272

13.1.6 反应器沿程变化验证 272

13.2 对本案例污水处理厂存在问题的分析 273

13.3 反应器停留时间的优化 274

13.3.1 优化研究方法 274

13.3.2 模拟结果分析与讨论 274

13.3.3 反应器停留时间优化的结论 279

13.4 同步化学除磷 280

13.4.1 化学除磷方法的选择 280

13.4.2 同步化学除磷的优化方法 281

13.4.3 同步化学除磷的不同加药点比较 281

13.4.4 好氧区末端同步化学除磷 281

13.4.5 同步化学除磷优化的结论 285

13.5 工艺参数的优化 286

13.5.1 污泥龄的优化 286

13.5.2 污泥浓度的优化 287

13.5.3 内回流比的优化 288

13.5.4 运行参数优化的结论 289

13.6 综合优化运行策略的结论与案例分析 290

13.6.1 综合优化运行策略的结论 290

13.6.2 综合优化运行策略的案例分析 291

13.7 综合优化运行策略的技术经济分析 292

13.8 小结 295