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1、3.废水生物处理系统数学模型废水生物处理系统数学模型n3.1 概述概述n3.2 活性污泥系统数学模型活性污泥系统数学模型n3.3活性污泥系统模拟软件的编写活性污泥系统模拟软件的编写n3.4活性污泥系统模拟软件的应用活性污泥系统模拟软件的应用痘誓唤方浪辽篱耍虑良锄荆巢序用紊舌氰芯央瞩抉陀焙谤汉泰痰折哗每昆3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.1 概述概述n3.1.1废水处理系统简介废水处理系统简介n3.1.2 活性污泥系统设计和管理活性污泥系统设计和管理n3.1.3 活性污泥系统数学模型研究现状和活性污泥系统数学模型研究现状和意义意义恕襄拂府妻匠窍徽嫡银诚淘致巡辩架驴舵涂勃同抬
2、窝墒戒主孪粘环物长错3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图图3-1废水处理工艺废水处理工艺 3.1.1废水处理系统简介废水处理系统简介格栅沉砂一沉池消毒低效处理低效处理稳定塘曝气塘高效处理高效处理活性污泥生物滤池生物转盘二沉池消毒三级处理二级处理一级处理预处理溶解性溶解性固体固体反渗透电解蒸馏有机物有机物活性炭吸附悬浮物悬浮物化学絮凝过滤除磷除磷化学沉淀脱氮脱氮硝化-反硝化离子交换折点氯化吹脱OVERLAND污污泥泥处处理理生物处理生物处理浓缩、消化脱水、过滤离心、干化非生物处理非生物处理浓缩、调理脱水、过滤离心、焚烧进水出水出水出水污泥处置消毒解坦皆许描更陷纤膛丫吓洱军料贫扳
3、磅挺夏措赢龄稽垒良点缝谤沛勇纯垢3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型混合液内回流曝气池缺氧好氧二沉池污泥回流厌氧 缺氧好氧污泥回流混合液内回流曝气池二沉池图3-2A/O法工艺图3-3A/A/O法工艺涡拄枣世互擂账似齐埠醇拇雨纽苗酥映珠耙外呻廉柯拽毕锌狐邓扮碍纲矣3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型回流污泥剩余污泥进水曝气刷氧化沟二沉池进水反应沉淀排水排泥12345进水图图3-4氧化沟工艺氧化沟工艺图图3-5SBR工艺工艺攫午明郡猜删衣蜒纤褒彰槛残魏馁盲蒸嫌确谦撮忽筋禽晕介乞渠硼听东奶3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型Fw=0.20.4kgBOD
4、/(kgMLSSd)Fr=0.40.9kgBOD/(m3池容d)污泥负荷法污泥负荷法：泥龄法泥龄法：Y=0.40.8（20，有初沉池）；Kd=0.040.075(20)；3.1.2 活性污泥系统设计和管理活性污泥系统设计和管理数学模型法数学模型法：迂魁腔栽姻冶雌嵌袁剑恒搂缄拌炮症弘辩临曹旗赃灼赢和玻挝赴稻穗话案3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.1.3 活性污泥系统数学模型研究现状和意义活性污泥系统数学模型研究现状和意义现状及发展现状及发展n1986年IAWQ（International Association on Water Quality）组织南非、丹麦、美国、瑞士、
5、日本五国专家，经3年研究，推出去除污水中碳和氮的活性污泥1号模型（Activated Sludge Model N0. 1，ASM1）。n1995年推出ASM2和ASM2d，增加了生物除磷过程。n1999年推出了ASM3。意义意义n优化设计 n污水厂运行和管理n新工艺开发n科研和教学柿少舶老诀掐巡料倔勇悦獭巡烟枝耻淫鲍湾危轩姚棕塔世垫嚏眉奢昔贱啪3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2 活性污泥系统数学模型活性污泥系统数学模型n3.2.1 ASM1n3.2.2 ASM2、ASM2d、ASM3n3.2.3 二沉池模型二沉池模型n3.2.4 活性污泥系统综合模型活性污泥系统综合模
6、型脂橇磕杯族崎悉遣窄进装套情旗办凶旷惕渴喷谰缴刷跌袍戌阅脐馈乌蟹当3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1 ASM1ASM1采用了采用了Dold等人等人1980年提出的死亡年提出的死亡再生再生（Death-regeneration）理论对单级活性污泥系统的碳氧化、）理论对单级活性污泥系统的碳氧化、硝化和反硝化三种主要生物学过程中的相关速率进行了定量硝化和反硝化三种主要生物学过程中的相关速率进行了定量描述。它采用了矩阵结构的表达方式，将污水中的组分依据描述。它采用了矩阵结构的表达方式，将污水中的组分依据生物反应特性划分为生物反应特性划分为13项，并将微生物的增长、衰减及水解
7、项，并将微生物的增长、衰减及水解等过程从呼吸过程中电子受体的角度划分为等过程从呼吸过程中电子受体的角度划分为8个过程，对每一个过程，对每一个过程的速率描述采用双重个过程的速率描述采用双重Monod模式。这种矩阵表达方式，模式。这种矩阵表达方式，使得模型结构简单，速率表达清晰，化学计量关系准确。目使得模型结构简单，速率表达清晰，化学计量关系准确。目前欧美各国广泛使用的活性污泥各种设计及模拟软件均以此前欧美各国广泛使用的活性污泥各种设计及模拟软件均以此模型作为基础。模型作为基础。 事眠巡张弊漆涌渡椎核昼甘籽靖檀钙醚讼阑圾回睹沸雹公栏睹琐单嘶嗅祟3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图
8、图3-6 微生物反应过程机理微生物反应过程机理底物微生物代谢残余物O2CO2+H2OO2CO2+H2O生长衰减C：内源呼吸理论：内源呼吸理论A：维持理论：维持理论底物存活细胞非存活细胞生长O2CO2+H2O酶反应代谢残余物衰亡O2CO2+H2O？O2CO2+H2O代谢残余物微生物不溶底物不溶贮存物贮存物质水解死亡生长O2CO2+H2OB：死亡：死亡再生理论再生理论肛鹿讯讹兹忙逝招楼桥罐灶悔掣笛禾膳荣姚轮冰玫三驮丹栏层酥瘦侄调趟3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型工艺过程ji观察到的转换速率（ML-3T-1)-11网捕性有机氮的水解8-11网捕性有机物的水解7-11可溶性有机氮的
9、氨化6fP-1自养菌的衰减5fP-1异养菌的衰减41自养菌的好氧生长3-iXB1异养菌的缺氧生长2-iXB1异养菌的好氧生长1工艺过程速率j(ML-3T-1)13SO12SALK11XND10SND9SNH8SNO7XP6XB.A5XB.H4XS3XI2SS1SI组分化学计量参数：异养菌的产率系数:YH自养菌的产率系数:YA微生物衰减的颗粒态产物比例系数:fPN在生物量COD中的比例:iXB衰减的颗粒态产物中的N/C（COD）:iXP动力学参数：异养菌的生长与衰减：HKSKO.HKNObH自养菌的生长与衰减：AKNHKO.AbA异养菌缺氧生长的校正因子：g氨化作用：ka水解作用：khKX缺氧水
10、解的校正因子：h碱度摩尔单位（HCO3-）颗粒态可生物降解有机氮M（N）L-3溶解态可生物降解有机氮M（N）L-3氨氮M（N）L-3（NH4+N+NH3N）硝 酸 盐 与 亚 硝 酸 盐 氮 M（ N） L-3（NO3-N+NO2-N）氧M（COD）L-3微生物衰减的颗粒态产物M（COD）L-3自养菌生物量M（COD）L-3异养菌生物量M（COD）L-3慢速可生物降解基质M（COD）L-3颗粒态惰性有机物M（COD）L-3快速生物降解基质M（COD）L-3溶解态惰性有机物M（COD）L-3表表3-1ASM1模型速率表达式矩阵表模型速率表达式矩阵表睛十厨靠偿宽执晤幕迎岿万轴怕鸦梗奖他炊菇乐桔鹏才
11、况左喂郎诫非竣庙3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1 ASM1n3.2.1.1 模型的假设、限制与约束条件模型的假设、限制与约束条件n3.2.1.2 生物学工艺过程生物学工艺过程n3.2.1.3 过程参数（组分）过程参数（组分）n3.2.1.4 典型参数典型参数n3.2.1.5 过程速率表达式过程速率表达式n3.2.1.6组分速率的表达式组分速率的表达式筑矿筋形秦培鸭诱绍荒抓省进侥束瞻钒裸筛肉芯独阴脂创植昼拂侥牌蒙修3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1.1 模型的假设、限制与约束条件模型的假设、限制与约束条件（1）所有生物反应均在恒定温度下进
12、行。由于大多数反应动力学参数都与温度有关，其相应的函数关系符合Arrenvunis方程。（2）pH值恒定并维持在中性状态。（3）速率系数与入流组分和负荷变化无关。（4）氮、磷和其它无机营养物的水平对微生物的增长和反应没有影响。（5）反硝化的校正因数g和h对给定污水为恒定值。（6）硝化速率系数恒定。（7）异养生物量为均一的并不随时间发生种属上的变化，这一假设与动力学系数恒定的假设在本质是一致的，即基质浓度梯度、反应器构造等对活性污泥沉降性能没有影响。景访赊扳绽访丘何穆柏消宫虚灸恰簇岳埃监恐村硷房冀洗咸施逼乍篷驾厨3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型（8）颗粒态有机物质的生物网捕瞬
13、间完成。 （9）有机物质与有机氮的水解以相同的速率同时发生。 （10）微生物的衰减与电子受体的形式无关。 罚拦卫善洽炯躲附矣穿矗盔衰斩撤阔梗敝莆坞俐圣酒利肋举雄蒋上其狼剂3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型异养菌的好氧增长异养菌的缺氧增长自养菌的好氧增长异养菌的衰减自养菌的衰减可溶性有机氮的氨化网捕有机物的水解网捕有机氮的水解微生物增长微生物增长微生物衰减微生物衰减氨化氨化水解水解3.2.1.2 生物学工艺过程生物学工艺过程士酞籍事幻椭括暖寥银编皆坠常怪领棉亩愉涌律蔗消常因彦沤俘庄搐槽翠3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1.3 过程参数（组分）过程参数
14、（组分）COD：N：其它其它：SNH氨态氮（NH3-N）；SNO硝态氮（NO2-N+NO3-N）SND溶解态可生物降解有机氮XND颗粒态可生物降解有机氮SI溶解态惰性有机物质SS快速生物降解有机物XI颗粒态惰性有机物XS颗粒态慢速生物降解基质XB，H异养微生物量XB，A自养微生物量XP 由微生物衰减而产生的 颗粒态产物氧碱度忻码烹袒弊天全姬券柱唤酣胃煽鳖云逞喜篮屹蜂硬刨写芦戏灿乓磁被杜苟3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型符号名称单位10值20值YA 自养菌产率g细胞COD/gN氧化0.240.24YH 异养菌产率g细胞COD/g COD氧化0.670.67fp 生物量中可转化
15、为颗粒性产物的比例无量纲0.080.08iXB 氮占生物量COD的比例gN/gCOD 0.086 0.086 iXP 颗粒性衰减产物COD中氮的比例gN/gCOD 0.060.063.2.1.4 典型参数典型参数表表3-2化学计量参数值化学计量参数值赠抽平轰乓觅瓦微伐赌弯翰乱瑰锐侯降务涌抡黔涪凶壕扩尧洛壮缩迹苍脆3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型符号名称单位10值20值H 异养菌最大比增长速率day-13.06.0KS 异养菌半饱和系数 gCOD/m320.020.0KOH 异养菌的氧半饱和系数 gO2/m30.200.20KNO 反硝化菌的硝酸盐半饱和系数gNO3-N/m3
16、0.500.50bH 异养菌的衰减系数 day-10.200.62g缺氧条件下的H校正因子无量纲0.80.8h缺氧条件下水解校正因子无量纲 0.40.4Kh 最大比水解速率gCOD/gCODd1.03.0KX 慢速可生物降解基质水解的半饱和系数gCOD/gCOD 0.010.03A自养菌最大比增长速率day-10.30.8KNH 自养菌的氨半饱和系数 gNH3-N/m31.01.0KOA 自养菌的氧半饱和系数 0.40.4bA自养菌衰减系数- m3COD/gd0.040.08go2/m3Ka氨化速率day-10.050.05表表3-3动力学参数动力学参数恨谎怎雕期腺姆爵圾佳锥举拐洱八氓耙伟兼佬
17、症溜张耸湃同肛刷秽涣童熏3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1.4 过程速率表达式过程速率表达式1.异养菌的好氧生长异养菌的好氧生长SSSOSNHSALKXB，H1-iXB欠箔兽兔尉爽韭墙牲猩翼悔唆乍豫傀丝莲交婚轧严盏匣怨成润玛账陵锑龄3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型2.异养菌的缺氧生长异养菌的缺氧生长SSSNOSNHSALKXB，H-iXB1痒掉稻污打劈倪按民雄绽垣骆茅烛恬坑抚渺牙切瑞感宵烧刻调啃埃狼堰使3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.自养菌好氧生长自养菌好氧生长SNHSOSALKXB，ASNO1夺躯六题疤比抬喳中虑路掏朵蔡
18、渴镊衙艘灶裴砚锣欲哮邓驴腹削肢绣庸颊3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型4.异养菌的衰减异养菌的衰减5. 自异养菌的衰减自异养菌的衰减-1fp1-fpiXB-fpiXP-1fp1-fpiXB-fpiXP遭沥酝置摔捏阻送侈缔贮宽疫扼蜒狈努品翔克讳椭矩袭嘻帅烹旺价贩绩谋3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型6.溶解性有机氮的氨化溶解性有机氮的氨化7.不易生物降解有机物水解不易生物降解有机物水解-111-1坠今故丝衡靖割凉遥大旋惕聚瞻钱档分迁葫钥幻巷料臀而净州尽浦泌难铜3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型8.颗粒性有机氮的水解颗粒性有机氮的水解-11飘厕
19、姑左搓翘夫襟铀综向乖钢拟两虚冗换哩轨丈恫掺秀冠胎莫踞有拎一庙3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.1.6组分速率的表达式组分速率的表达式n任一生物过程j中的任一组分i的速率ij为该过程的速率表达式j与其相应的速率系数ij的乘积，即：n一个组分在整个系统中的速率则为相应过程速率之和，即： 诸岩钎另赋汤甩美戊嘛情貉假盔芍辙致苟奔闯孵芽竣嘴蔼豫修覆瓶庚市遁3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型SI：SS：XI：XS：XB，H：XB，A：功坷押凰撕赦狰导仍栽甚呀丹输抄培滩晨蛇版刑菊把狠拂揩芹桌龚冯戎菊3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型XP：S0：S
20、NO：SNH：SND：望宙翼戍挪筒藕价息寞稳唱峰吃露捶稠肖叛吓菏瞧翼喧现摆驳芯因怒态陆3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型XND：SALK：残充潞彻腑泳砚古原析秆敷跋多洲十只矫酞难苗亏嘉帽砂棺菊吃降帖雌恢3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.3 二沉池模型（分层沉淀模型）二沉池模型（分层沉淀模型）进水层顶层底层12345678910络驹掘熟煞捞倒埔剥膘俩掀冯毕坑扩骂轮爹虚蒙斋弟困时斋鞠得助局驯扩3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型) )105421CiupAXQJ22 .=CidnAXQJ33 .=CidnAXQJ44 .=CidnAXQJ
21、44 .=CidnAXQJ55 .=CidnAXQJ99 .=JS.1=min(VS.1X1,orVS.2X2)orJS.1=VS.1X1,ifX2XtJS.2=min(VS.2X2,orVS.3X3)orJS.2=VS.2X2,ifX3XtJS.3=min(VS.3X3,orVS.4X4)orJS.3=VS.3X3,ifX4XtJS.4=min(VS.4X4,orVS.5X5)JS.5=min(VS.5X5,orVS.6X6)JS.9=min(VS.9X9,orVS.10X10QrX10-QiX1-+水流运动重力沉降顶层进水层底层()cinirAXQQ +105421CiupAXQJ22 .
22、=CidnAXQJ33 .=CidnAXQJ44 .=CidnAXQJ44 .=CidnAXQJ55 .=CidnAXQJ99 .=JS.1=min(VS.1X1,orVS.2X2)orJS.1=VS.1X1,ifX2XtJS.2=min(VS.2X2,orVS.3X3)orJS.2=VS.2X2,ifX3XtJS.3=min(VS.3X3,orVS.4X4)orJS.3=VS.3X3,ifX4XtJS.4=min(VS.4X4,orVS.5X5)JS.5=min(VS.5X5,orVS.6X6)JS.9=min(VS.9X9,orVS.10X10QrX10-QiX1-+水流运动重力沉降顶层进
23、水层底层()cinirAXQQ +图3-7分层沉淀池各层物料平衡图2-8村渠贸窃捻泣弦曙益临棠焉宴盂搂戊房檀锈至殉惹颁哥笆摸潭梨援舵见乘3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型Takacs二沉池颗粒沉淀的综合沉速表达式：式中：vsj实际沉速，m/d； v0最大理论沉速，m/d； v0最大实际沉速，m/d；可沉降颗粒浓度，g/m3； rh干扰沉淀区颗粒沉淀系数，m3/g； rp絮凝沉淀区颗粒沉淀系数，m3/g。牙敖晓卡泛件颠赫钧训蔷望拴遣歉湛瘪混全秽向炸樊菇遂夫讲醚钎赦康螟3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型可沉降颗粒浓度与总颗粒浓度的关系为： 其中：fns不可沉降颗
24、粒比例； Xj总颗粒浓度，g/m3。浸旨克展睡铃哭嫌壹藐报逐鹃钢米恢峻筒辐辗淫烦舞爹憨勋啼痈艾遮鼓为3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型表表3-4 Takacs综合沉降速度表达式参数综合沉降速度表达式参数名称符号数值单位最大实际沉降速率v0250m/day最大理论沉降速率v0474m/day干扰沉淀的沉降参数 rh0.000576m3/gSS絮凝沉淀的沉降参数 rp0.00286m3/gSS不可沉降固体比例fns0.00228无量纲域九载绝竟垣躁池珊黄伪演聪伐熬姿定剪犁贬王吞祥椒崩贮衬姐颁磺谰榨3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.2.4 活性污泥系统综合模型
25、活性污泥系统综合模型活性污泥处理工艺有许多种形式（如氧化沟、活性污泥处理工艺有许多种形式（如氧化沟、A/O、SBR等），但根据反应器原理任何一个实际反应器内的流等），但根据反应器原理任何一个实际反应器内的流态都可以用态都可以用N个串联的理想完全混合反应器来表示，从而使个串联的理想完全混合反应器来表示，从而使实际反应器内的复杂流态（短流、涡流等）简单化，实际反应器内的复杂流态（短流、涡流等）简单化，N值可值可通过示踪方法（或根据经验）确定。通过示踪方法（或根据经验）确定。 驳暂迷袖惑痕竣棒殃荧融垒邦芍慧橱烦冤湃雌礼池规涂腮吧和鲜泻赊愿肋3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型 图图3
26、-8 活性污泥系统综合模型工艺流程活性污泥系统综合模型工艺流程Qr,ZrQr,ZrQr,ZrQr,ZrQu,ZuQu,ZuQw,ZwQw,ZwQ0,Z0Unit1UnitNQf,ZfQe,Zem=1m=6m=10Qe,Zem=1m=6m=10沉淀池菏疹麓肤冠蜀聊牙爹斑剑侩挖裔论呵肘仿岩物旦屯滔狠淫和脊谭碑绸叫累3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图图3-9n个完全混合型反应器串联时的阶跃输入响应个完全混合型反应器串联时的阶跃输入响应0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.100.511.522.5300.1浓度 （C）时间 (t)n=1n=2n=5n=10n=
27、礁渝废嫩侗墓圾撤降醒倦淬做坚流幂湿此扔履凛棘退宅柴默缩涸挡投讽犯3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图图3-10n个完全混合型反应器串联时的脉冲输入响应个完全混合型反应器串联时的脉冲输入响应00.250.50.7511.251.51.7522.252.500.250.50.7511.251.51.752时间 (t)浓度 （C）n=1n=2n=5n=10n=25n=75n=梭遣熊呻问层摸衷安戎滥珠炎既戏奋隶硫诣忌逛痉姓伯钩浮奋医皂径嫉紫3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图311活性污泥系统综合模型的构成固体通量模型活性污泥系统模型活性污泥系统模型固液分离子系统生
28、物反应子系统子系统连接：模型组分转换关系混合液生物反应器二沉池回流污泥动力学模型ASM1水力传递模型多级CSTR串联模型菏核农烁也结颁栈虐焚氨另翻芝扩储甜茁毁黔狞怠槐怀咬睡捌末疤喝递验3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.3活性污泥系统模拟软件的编写活性污泥系统模拟软件的编写n3.3.1 总体框图n3.3.2 模拟工艺流程n3.3.3 物料平衡式n3.3.4 数值计算n3.3.5 编程n3.3.6 模拟软件的校准部直椭左痞偿叭模宴防葵捉紧撅讲膀蹬拯脯陆抽屈妓藏辗桥孪精捷佯赴桥3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型动力学参数化学计量参数反应器参数入 流 组 分控
29、制 参 数沉淀池参数串联式完全混合反应器控制参数反应速率表达式（ASM1）固体通量表达式沉淀池出流组分输入计算输出输出表格与图象动力学参数化学计量参数反应器参数入 流 组 分控 制 参 数沉淀池参数串联式完全混合反应器控制参数反应速率表达式（ASM1）固体通量表达式沉淀池出流组分出流组分输入计算输出输入数值、表格与图象输出表格与图象动力学参数化学计量参数反应器参数入 流 组 分控 制 参 数沉淀池参数串联式完全混合反应器控制参数反应速率表达式（ASM1）固体通量表达式沉淀池出流组分出流组分输入计算输出输出表格与图象动力学参数化学计量参数反应器参数入 流 组 分控 制 参 数沉淀池参数串联式完全
30、混合反应器控制参数反应速率表达式（ASM1）固体通量表达式沉淀池出流组分出流组分输入计算输出输入数值、表格与图象输出表格与图象图3-12模拟器总体框图3.3.1 总体框图总体框图竹跃绢峡蹭滤徐掺域莽气洪球拳蘸厩线坍淖鲜随证拌纠闺尤束耍犬拖皋侩3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型Q0,Z0Unit1UnitMUnit1UnitNQf,ZfQr,ZrQr,ZrQu,ZuQe,ZeQw,Zwm=1m=6m=10Qr,ZrQr,ZrQu,ZuQe,ZeQw,Zwm=1m=6m=10Qa,Za沉淀池缺氧（M个）好氧（N个）3.3.2 模拟工艺流程模拟工艺流程图图3-13模拟工艺流程模拟工
31、艺流程辫贤惺鞍溪闲稳垃女娶顷代札歼诺瘪疮竟真兆谰肛瞒治亭赴晶夜曙祁德戎3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.3.3 物料平衡式物料平衡式n生物反应器生物反应器输入量输入量-输出量输出量+反应消耗量（或生成）反应消耗量（或生成）=反应器内的累积量反应器内的累积量Unit1Unit2M+N：对于SO：其它：谗扣伯冯罚呛菩凝邦招绑盲猾醛冬力溯庞帕霖讶掷秘水截芯阔撇懒践弄权3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型n二沉池：输入输入-输出输出=每一层内的累积每一层内的累积入流层（m=6）：入流层和底层之间（m=25）：侠帘厨狡宋绥捻篮辰章冗射牢缓鲜帽辽絮荚光勤侮希轧伊期户搏
32、虽污狮榷3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型底层（m=1）：入流层和顶层之间（m=79） 以上式中：把缉跋衷掣锡择掌苹克域用锯缸腺毖把虾田茁俊钮绩凤下裁睡疆声叹慌屯3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型顶层（m=10）式中：父制尺叔虎搀斤不媚惺胚旭遁申脆楚害薛挫维丝尺惩徐邮绪墙栽阔甘滨融3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.3.4 数值计算数值计算用数值积分法求组分浓度稳态解，数值积分采用Eular 法。 炸群剥垛柔蔚钳镶杨舆野历导伞蔷畴烫汀矣恤含货沏趾揭却柞伍诉典颈淳3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.3.5 编程编程编程时
33、为了表达清楚、操作方便，把程序分为五个部分：nModulel 1：定义生物反应器中的各参数及变量，用函数的形式定义过程速率、组分速率和生物反应器的物料平衡式。 nModule 2：给活性污泥系统所有变量及参数赋初始值。nModule3：数值积分求组分稳态解。nModule4：沉淀池的通量表达式和物料平衡式函数n窗体：输出模拟的计算结果。 塞默灵鸭阿梨有朗矫师腆乡帖匠扩农褒甲奉颜司俘泞颖衡魁摩儒烽捞螺峪3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型全局变量说明动力学参数化学计量参数过程速率函数反应速率函数物料平衡微分方程函数t（t0）时刻进水水质浓度Zt+1=Zt+(dZ/dt)tXt+1
34、=Xt+(dx/dt)t判 断 是 否达到稳态输出稳态值、时间及控制参数Zt=Zt+1Xt=Xt+1否是图3-14程序总体框图怯气作拎苛守辕沏捞巫棘韶忱床毕叉萧矽拌睹惮炸龙缓馅抹饯翁育演夜甚3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型 软件主界面 锣查恤吟追拒石苦他癌晦饶当磊咕刺涂檀缉哇陌垮庇澎衡惭研彭侧绍酶诉3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型掉勇敛举蛊片呼截少接冠确霄弟俩岛缅前什京教凰涨票溅罪援酪狠埔变懂3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型动力学与化学计量参数设定动力学与化学计量参数设定 杭捎话仗垢逢奖寄军荒彻玖绩印瑞臂辑份希颖涤蔬哲珐讲阀陵猖占复圾
35、雅3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型 进水各组分浓度设定进水各组分浓度设定 钢贸总壤倡赫柔酷屿适庶芬吵宋嗅猿撕旅叠脆丘捉南抗佑纪浩潭窥搓肢牌3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.3.6 模拟软件的校准模拟软件的校准90%以上的组分浓度值与基准值完全相同，其余几个组分的最大误差为0.28%，小于COST模拟基准规定的误差值0.5%。本研究开发的模拟器建立的思路和计算方法完全正确，可以用于污水处理厂活性污泥系统的优化设计和运行管理圾希磊宿黄敛氛淡拆廊贮胯醇堡找聂茫涎豆冶则销茸豪砚洽叶湛扭垣七丸3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型3.4 活性污泥系
36、统模拟软件的应用活性污泥系统模拟软件的应用西安市规划建设第四污水处理厂，设计规模：55万m3。 表3-5 设计进出水水质要求指标PH水温BODCODNH3-NSS处理前6-910-20200mg/l400mg/l30mg/l250mg/l处理后6-9 /20mg/l60mg/l15mg/l20mg/l镁条讽盒奴九遂羔帛珍逃曲咀廊滥触凉亩箕兹馏屡硕泵棋澜税根烷袍里朝3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型 图3-15 A1/O（缺氧+好氧活性污泥法）工艺流程图熬杖键咖缎伙吵寒扭厌朱净闭靡侣辟辖磕悔藏嚼党幽矣呐趁啄反诌跨买琼3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型入流组分测
37、定入流组分测定：01020304050607080占总COD比例（%）SISSXIXSXBH组分欧洲基准第四污水处理厂图3-16第四污水处理厂入流中含碳有机物的测定结果佑贪诬诅椎莫肥对变范障备程撰捐雀耽钵药拼屉臂惋氮勇仇孪衅奶簿神恋3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型图3-17第四污水处理厂入流中含氮物质的测定结果入流组分测定入流组分测定：010203040浓度（mg/l)SNOSNHSNDXND组分欧洲基准第四污水处理厂雀职鲸锁二漠虑墓紧埂绥宪愤破案乞绢巴尹天水送纵摘侦卒壬膨驴帚呕增3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型051015202530354045501
38、41618202224262830曝气池总体积（万m3)COD,BOD,SS,TN(mg/l)CODBODSSNH3-NTN图3-18曝气池体积与出水水质关系淋宪坤柯渡接部梢烫碌红锅画霸阿黄闺甭泳琐儡炔场协耸爪砚绍筐竞梆疆3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型1616.51717.51818.519141618202224262830曝气池体积（万m3)总需氧量（万kgO2/d）44.555.566.57剩余污泥量（万kg/d)总需氧量剩余污泥量图3-19曝气池体积与总需氧量和剩余污泥量关系而缓患汕卧熊乏鸦紧艺贝圃登证稚又惶卑逃遗兄蓟英量皑窄诅殆剧打劫吕3废水生物处理系统数学模型
39、3废水生物处理系统数学模型费用函数费用函数运行费用运行费用基建投资费用基建投资费用总费用函数总费用函数腻受马憨敷幽芳莎狸桌椽岛妈兽挖割劳唇骆茬荐泵逞面兵搔昭瞧悄躲顿咀3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型西安市第四污水处理厂设计结果西安市第四污水处理厂设计结果缺氧池缺氧池设计水量：55万m3/d总有效体积：5万m3/d停留时间：2.17h混合液浓度：35004000mg/l好氧池好氧池设计水量：55万m3/d总有效体积：15万m3/d停留时间：6.53h混合液浓度：35004000mg/l混合液回流比：200%溶解氧浓度：13mg/l总泥龄：大于10d污泥负荷：0.14kgBOD
40、5/(kgMLSSd)二沉池二沉池停留时间：4.5h水力负荷：0.87m3/(m2h)污泥回流比：50100%识芥编脐蔽翁约虱州绑描窍僵消例泊袋冗殊焕陌诚鞭报楚俞浦氧神岿屹茎3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型0500100015002000250030003500400045000510152025303540time(days)MLSS,XBH(mg/l)020406080100120140160180XBA(mg/l)XBHMLSSXBA图3-20启动培菌过程预测与分析预测与分析涝靳数禄结究湿骡变胰衬稍翠表悸迈膝蚕吉阔袍紧敢挂库盈往芝噪喧州筑3废水生物处理系统数学模型3废
41、水生物处理系统数学模型01020304050607080901001104548515457 6063666972流量（万m3)COD,SS,BOD(mg/l)0.1300.1340.1380.1420.1460.1500.1540.1580.1620.1660.1700.174污泥负荷LS（kg/kgd)CODSSBODLs图3-21流量、污泥负荷与出水水质指标关系竿炮秉岿肩犹辩劫滦邻戮恶常茄凰遏闪叔踪萌贱瑶毙隘碌盟该碰监拧框蜀3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型020406080100120140400420440460480500520540进水COD（mg/l)COD,
42、SS(mg/l)CODSS图3-22进水COD与出水COD、SS之间的关系渠嗅弛蕊啊谎掳凶叭钵肘嘶需揽聪彼积昆司筹绒麓并廉寅做胸郁加泳坊脱3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型152025303540455030354045505560进水NH3-N（mg/l)TN(mg/l)00.050.10.150.20.250.30.35NH3-N(mg/l)TNNH3-N图3-23进水NH3-N与出水NH3-N、TN之间的关系纂刮舞逾降戮禾鸽己炉魔赦承彤凌衫曾苟销开布茸底神建左凶蚌芬抗辩鹤3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型051015202530350369121518
43、21242730污泥龄c(d)NH3-N，TN（mg/l)NH3-NTN图3-24污泥龄与出水NH3-N、TN之间的关系谦烤裹琢勇车璃蒲因新毋牧钥惫骗步饱祝房嚷驰碧渺颅罪堪挣序去况真戌3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型结结论论快速可生物降解有机物采用间歇实验法和慢速可生物降解有机物采用测定BOD5计算法既操作简单又测定结果比较准确。活性污泥模拟器设计污水处理厂，可以比较准确地模拟出水水质情况、反应器中溶解氧浓度、污泥浓度、剩余污泥浓度等参数。活性污泥模拟器对拟建污水处理厂进行模拟设计，可以比较准确地确定污泥负荷、曝气池容积和出水水质指标的关系。活性污泥模拟器设计污水处理厂，可
44、以比较准确地计算出需氧量和剩余污泥量等参数，从而在综合费用经济分析下，可以优化设计曝气池体积和各种影响运行费用的操作控制参数等。活性污泥模拟器可以快速地模拟预测不同运行管理条件下的污水处理过程，如进水水质变化、流量变化、污泥负荷变化、污泥龄变化和污泥回流比变化等引发的出水水质变化，为城市污水处理厂运行管理提供科学依据。活性污泥模拟器不仅可以优化设计城市污水生物处理系统，同时也可以快速地模拟预测不同运行管理条件下的污水处理过程，为运行管理提供科学依据，随着具有我国污水水质特性的活性污泥模拟器研究的不断完善，活性污泥模拟器将广泛用于我国的城市污水处理厂的设计和运行管理。兵矫耶年佯呆尊呢阵辙誓舆混徽原侥姑菱硷甩魏焚爆垦浦胺果余边厂漾忆3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型魂菲惨加禾划圣椰姻贿亡粳弓喇浙懒屑枫颧彩起酝绒冈坊菠廉澳捆而床仍3废水生物处理系统数学模型3废水生物处理系统数学模型
