清华施汉昌讲座-废水生物处理的数值模拟研究

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1、施汉昌环境模拟与污染控制国家重点联合实验室清华大学环境科学与工程系废水生物处理的数值模拟研究主要内容中国水污染的现状废水生物处理的优势废水生物处理的数学模型与工具生物处理反应器模拟的示例中国水污染的现状我国经济快速发展带来严重环境问题污染问题在我国经济发达地区多种污染同时并存一、二十年内集中爆发大气、水污染的经济损失占GDP5-7%制约社会、经济的发展复合污染河流的污染在411条被监测的河流中:40%达到I—III级标准33%达到IV、V级标准27%低于V级标准100个国控监测断面:36%达到I—III级标准40%达到IV、V级标准24%低于V级标准湖泊的污染我国绝大

2、部分水域面临着水体富营养化的问题。太湖:67%劣V类滇池:63%劣V类巢湖：43%劣V类滇池小江小江太湖城市污水处理厂的发展城市污水处理的发展：近10年来，我国已经建成了大中型城市污水处理厂1000余座；投入资金数千亿元。城市污水处理的需求：需要达标运行、节能降耗和取得环境效益；污水处理需要更适合我国国情的新技术。废水生物处理的优势废水处理中的微生物生态系统腐生性微生物絮凝性微生物硝化细菌捕食性微生物有害性微生物生态环境巨大的缓冲系统良好的适应性原水培养长期驯化优胜劣汰形成不同功能的多种群微生物系统形成对水质水量有巨大缓冲能力的处理系统酶的催化反应处理系统的低能耗广泛

3、的适应性+低能耗使生物处理技术在废水处理中占主导地位废水生物处理技术的问题与改善途径存在的问题进出水与过程的参数不清运行的非稳态问题进一步提高处理效率在线自动检测生物反应器工程现代生物技术生物反应动力学计算流体动力学数学工具废水生物处理的数学模型与应用软件废水处理的生物反应动力学废水生物处理的动力学主要包括：基质降解动力学：基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系；微生物增长动力学：微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；相互关系：研究基质降解与生物量增长、基质降解与需氧、营养条件之间的关系。对废水生物处理动力学模型的研究起始于20世纪50年代。美国、英

4、国和南非等国的科学家对此都有深入的研究。ASM模型是国际水质协会（IAWQ）于1983年成立课题组开展研究。1987年ASM1模型：碳氧化、硝化、反硝化的三个过程1994年ASM2模型：增加了磷的生物和化学去除过程1998年ASM2D模型增加了反硝化的聚磷菌1999年ASM3模型修正了ASM1在某些方面存在的一些问题。目前，活性污泥模型的研究和应用重点在这三个模型上。ASM系列活性污泥法模型ASM1(13组分、8过程)IAWQ活性污泥法模型的过程动力学和化学计算表ASM模型的比较比较项目ASM1ASM2ASM2DASM3模型组分13191913反应过程8192112关

5、键过程碳氧化过程/硝化过程/反硝化过程碳氧化/硝化/反硝化/生物、化学除磷碳氧化/硝化/反硝化/生物、化学除磷碳氧化过程/硝化过程/反硝化过程模型科学性早期的模型结构，对组成分配尚不清晰，采用死亡－再生理论模型化了除磷过程，并开始对细胞内部结构有了一些细致描述增加了对聚磷菌反硝化过程的描述将硝化菌和异养菌的过程清晰区分，并采用内源呼吸理论使用情况经过10多年的大量使用事例，从模拟、设计到控制都较成熟逐渐开始广泛应用，ASM2D出现后的一段时间应用逐渐逐渐取代了ASM2的应用还没有大量的验证和使用基本评价大量成熟和稳定的应用模型非常复杂，但包含了重要的厌氧和除磷过程模型

6、非常复杂，但包含了重要的厌氧和除磷过程模型描述的先进性，在大量成熟应用后，可逐渐取代ASM1。ASM模型的求解：（1）活性污泥法的分类完全混合式推流式活性污泥法活性污泥法单级完全混合式活性污泥法AB工艺A/O工艺ASM模型的求解和应用采用多个CSTR反应器串连可以模拟各种活性污泥工艺流程A/A/O活性污泥法CSTRCSTRCSTRCSTRCSTRAAOSS缺氧－好氧工艺(AO)：A2OOO二沉池厌氧－缺氧－好氧工艺(A2O)：A1A2OO二沉池氧化沟工艺(交替缺氧、好氧)：A2A2OO二沉池SBR工艺(在一个周期内，时间上的推流、空间上的完全混合):T5沉淀T1T2T

7、3T4WWTP模拟软件软件名称基础模型模拟工艺SIMBA4.0ASM,消化模型,污染负荷模型活性污泥,SBR,氧化沟EFORASM1,ASM2D,3种水力模型活性污泥,污泥回流WESTASM系列,沉淀池模型活性污泥，SBR，生物膜GPS-XASM系列,沉淀池,生物膜等活性污泥，生物膜ODSSASM1,ASM2D，沉淀池模型活性污泥法，模拟系统与专家系统其他软件：SASSPro,AQUASIM,AQUASYSTEM,ARASIM,EWSIM计算流体力学及其应用软件计算流体力学及其应用软件CFD（ComputationalFluidDynamics）即