活性污泥過程建模 1

1、無論采取何種方法，模擬是污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究中的重要步驟。無論采取何種方法，模擬是污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究中的重要步驟。計(jì)算機(jī)提供了把大量水質(zhì)參數(shù)和很多反應(yīng)過程結(jié)合起來的工具，開發(fā)計(jì)算機(jī)提供了把大量水質(zhì)參數(shù)和很多反應(yīng)過程結(jié)合起來的工具，開發(fā)出模擬各種活性污泥法過程的軟件?？梢苑奖愕啬M進(jìn)水水質(zhì)、工藝出模擬各種活性污泥法過程的軟件。可以方便地模擬進(jìn)水水質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)過程的影響，預(yù)測(cè)出水水質(zhì)，指導(dǎo)活性污泥法的設(shè)計(jì)和運(yùn)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)過程的影響，預(yù)測(cè)出水水質(zhì)，指導(dǎo)活性污泥法的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。行。對(duì)活性污泥法過程中的各種反應(yīng)，需要列出很長一串復(fù)雜的方程式。對(duì)活性污泥法過程中的各種反應(yīng)，需要列出很長一串復(fù)雜的

2、方程式?；钚晕勰喾ǖ倪^程還包括很多組分，例如有機(jī)基質(zhì)（溶解的和顆?；钚晕勰喾ǖ倪^程還包括很多組分，例如有機(jī)基質(zhì)（溶解的和顆粒的）、無機(jī)基質(zhì)（氨、硝酸鹽、磷）、溶解氧和各種異氧菌和自氧菌，的）、無機(jī)基質(zhì)（氨、硝酸鹽、磷）、溶解氧和各種異氧菌和自氧菌，一個(gè)普遍的方法就是采用矩陣模型格式，將各個(gè)反應(yīng)和組分聯(lián)系起來。一個(gè)普遍的方法就是采用矩陣模型格式，將各個(gè)反應(yīng)和組分聯(lián)系起來。活性污泥法活性污泥法的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型ASM1模型包括有機(jī)物降解和硝化過程模型包括有機(jī)物降解和硝化過程ASM2模型是在模型是在ASM1的基礎(chǔ)上發(fā)展了包的基礎(chǔ)上發(fā)展了包括聚磷菌及其相應(yīng)的厭氧、缺氧和好氧括聚磷菌及其相應(yīng)的厭氧、缺

3、氧和好氧過程的反應(yīng)過程的反應(yīng)ASM2D模型包括了反硝化聚磷菌反應(yīng)過模型包括了反硝化聚磷菌反應(yīng)過程程ASM3模型是在進(jìn)一步深入了解活性污泥模型是在進(jìn)一步深入了解活性污泥法機(jī)理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的法機(jī)理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的模型的研究還在不斷發(fā)展過程中?，F(xiàn)在很多軟件程序可應(yīng)用于不同形式模型的研究還在不斷發(fā)展過程中。現(xiàn)在很多軟件程序可應(yīng)用于不同形式的反應(yīng)器，很方便根據(jù)不同目標(biāo)獲得模型程序并加以利用。的反應(yīng)器，很方便根據(jù)不同目標(biāo)獲得模型程序并加以利用。模型中采用了模型中采用了Monod比生長速率動(dòng)力學(xué)比生長速率動(dòng)力學(xué)來解釋來解釋自養(yǎng)菌或異養(yǎng)菌的生長自養(yǎng)菌或異養(yǎng)菌的生長，與生長速率有關(guān)的單個(gè)過程中與生長速率有

4、關(guān)的單個(gè)過程中各組分之間的數(shù)量關(guān)系各組分之間的數(shù)量關(guān)系用用化學(xué)計(jì)量系數(shù)化學(xué)計(jì)量系數(shù)描描述。為了簡化單位的換算，模型對(duì)全部有機(jī)組分和生物體統(tǒng)一采用述。為了簡化單位的換算，模型對(duì)全部有機(jī)組分和生物體統(tǒng)一采用COD當(dāng)量來表示，從而存在基質(zhì)利用、生物體生長和氧消耗的當(dāng)量來表示，從而存在基質(zhì)利用、生物體生長和氧消耗的COD平衡平衡。異氧菌的生長率：0,0()()SBHHBHSSOHSSRXKSKS式中：RB，H異氧菌的生長率，g/（m3d）； SS易生物降解的基質(zhì)濃度，gCOD/m3； 最大比生長速率，gVSS/（gVSSd）； KS易生物降解基質(zhì)的半速率系數(shù)，gCOD/m3； SO溶解氧濃度，g/m3

5、； KO，H溶解氧濃度的半速率系數(shù)，g/m3； XB，H異氧菌濃度，g/m3；H,1()SSB HHRRXY 數(shù)學(xué)模型的主要作用：數(shù)學(xué)模型的主要作用：用于污水處理工藝模型的建立或直接用于污水處理廠的設(shè)計(jì)；用于污水處理工藝模型的建立或直接用于污水處理廠的設(shè)計(jì)； 作為研究的工具以評(píng)價(jià)生物過程，并深入了解影響某種工藝運(yùn)行的作為研究的工具以評(píng)價(jià)生物過程，并深入了解影響某種工藝運(yùn)行的重要參數(shù)，進(jìn)一步指明污水處理系統(tǒng)的研究方向；重要參數(shù)，進(jìn)一步指明污水處理系統(tǒng)的研究方向；用以評(píng)價(jià)給定設(shè)施的處理容量，幫助污水處理廠操作管理人員獲得用以評(píng)價(jià)給定設(shè)施的處理容量，幫助污水處理廠操作管理人員獲得更有效信息，提高運(yùn)行

6、操作和管理水平。更有效信息，提高運(yùn)行操作和管理水平。為評(píng)估現(xiàn)有污水廠的能力，利用污水特性表征和污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)為評(píng)估現(xiàn)有污水廠的能力，利用污水特性表征和污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校正。掌握的數(shù)據(jù)愈多，校正后的模型愈貼近實(shí)際情況。模型進(jìn)行校正。掌握的數(shù)據(jù)愈多，校正后的模型愈貼近實(shí)際情況。模型參數(shù)的典型取值見書模型參數(shù)的典型取值見書P173表表12-9。第1章 仿真(simulation)1.1 模型的建立(modeling)1.1.2 簡單系統(tǒng)建模1.1.1 模型的分類影響反應(yīng)進(jìn)程的因素多，且沒有全部搞清楚； 機(jī)理模型的建模原則：“一進(jìn)一出一反應(yīng)”。1.1.3 復(fù)雜系統(tǒng)建模模型的參數(shù)具有空間的分布

7、，即過程參數(shù)隨空間位置會(huì)有所變化；合理的過程假定抓主要矛盾空間分割在子系統(tǒng)內(nèi)建模，然后綜合例1.8 活性污泥過程數(shù)學(xué)模型進(jìn)水出水空氣剩余污泥回流污泥1982年，國際水污染研究與控制協(xié)會(huì)(International Association on Water Pollution Research and Control, IAWPRC)成立活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)學(xué)模型課題組。最早研究活性污泥法數(shù)學(xué)模擬的是南非開普敦大學(xué)(Univ. of Cape Town) Gerrit v. R. Marais教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組。例1.8 活性污泥過程數(shù)學(xué)模型Activated Sludge Models (AS

8、Ms)ASM1, 1986年發(fā)表，1987年出版。具有除碳、脫氮功能ASM2, 1995年出版。具有除碳、脫氮、生物除磷功能ASM2D, 1999年發(fā)表。具有除碳、脫氮、生物除磷(包括了反硝化聚磷菌)功能ASM3, 1999年發(fā)表。對(duì)胞內(nèi)反應(yīng)過程(貯存)進(jìn)行了更為詳細(xì)的描述，并可根據(jù)環(huán)境條件對(duì)衰減過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。ASM1的性質(zhì)首先要明確ASM1所描述的，是活性污泥過程內(nèi)有關(guān)組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，不是整個(gè)活性污泥過程的數(shù)學(xué)模型。一個(gè)過程的機(jī)理模型，一般可根據(jù)所謂“一進(jìn)一出一反應(yīng)”的守恒原理來建立。對(duì)于活性污泥過程而言，組分的“進(jìn)”、“出”可根據(jù)流體的流動(dòng)來確定，比較簡單，但組分的“反應(yīng)”部分比較復(fù)

9、雜，因?yàn)樯婕暗慕M分比較多，如異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌、溶解氧、氨氮等；涉及的子過程也比較多，如異養(yǎng)菌好氧生長，異養(yǎng)菌衰減、有機(jī)氮氨化等。如何正確反映活性污泥過程有關(guān)組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，是建立活性污泥過程機(jī)理模型的關(guān)鍵之一。ASM1要解決的，就是活性污泥過程內(nèi)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在微生物生長速率方面，ASM1利用描述微生物生長速率的Monod方程；在微生物衰減速率方面，ASM1利用一級(jí)速率方程；在環(huán)境因素對(duì)反應(yīng)速率的影響方面，ASM1利用一系列開關(guān)函數(shù)；在不確定性因素對(duì)反應(yīng)速率的影響方面，ASM1利用校正系數(shù)。例1.8 活性污泥過程數(shù)學(xué)模型Activated Sludge Model No.1 (ASM1)1模型

10、假定活性污泥過程當(dāng)前運(yùn)行正常二沉池內(nèi)無生化反應(yīng)曝氣池內(nèi)處于正常pH及溫度下；曝氣池內(nèi)微生物的種群和濃度處于正常狀態(tài)；曝氣池內(nèi)污染物濃度可變，但成分及組成不變；曝氣池內(nèi)微生物的營養(yǎng)充分；Activated Sludge Model No.1 (ASM1)2系統(tǒng)分割8個(gè)子過程13個(gè)組分好氧生長異養(yǎng)菌缺氧生長衰減自養(yǎng)菌好氧生長衰減污染物有機(jī)碳有機(jī)氮緩慢降解有機(jī)氮水解可溶有機(jī)氮氨化緩慢降解有機(jī)碳水解Activated Sludge Model No.1 (ASM1)2系統(tǒng)分割8個(gè)子過程13個(gè)組分(1)異養(yǎng)菌Xbh(2)自養(yǎng)菌Xba(3)微生物衰減產(chǎn)物Xp(5)緩慢降解有機(jī)碳Xs(4)易降解有機(jī)碳Ss(

11、7)顆粒惰性有機(jī)碳Xi(6)可溶惰性有機(jī)碳Si(8)可溶性可降解有機(jī)氮Snd(9)顆粒狀可降解有機(jī)氮Xnd(10)氨態(tài)氮Snh(11)硝態(tài)氮Sno微生物有機(jī)碳氮化合物其他(12)溶解氧So(13)堿度Salk3基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1) 在ASM1的8個(gè)子過程中，對(duì)于參與某一子過程反應(yīng)的某一組分，可以寫出一個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。而每一個(gè)子過程則由一個(gè)或多個(gè)組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程構(gòu)成。易降解有機(jī)碳Ss氨態(tài)氮Snh異養(yǎng)菌好氧生長異養(yǎng)菌Xbh溶解氧So堿度Salk 在構(gòu)成每一個(gè)子過程的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力學(xué)方程時(shí)，以參與該子過程的某一組分的生長或衰減的反應(yīng)動(dòng)

12、力學(xué)方程為基本方程，其他組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程以該基本動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)經(jīng)過系數(shù)調(diào)整而得。3基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)異養(yǎng)好氧生長異養(yǎng)菌Xbh易降解有機(jī)碳Ss氨態(tài)氮Snh溶解氧So堿度SalkbhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhohoossshhhoXSKSSKSYYdtdS,11bhohoossshxbnhXSKSSKSidtdS,1bhohoossshxbalkXSKSSKSidtdS,1143基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM

13、1)3.1異養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,13.2異養(yǎng)菌缺氧生長 的基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2當(dāng)存在溶解氧時(shí)，異養(yǎng)菌首先利用溶解氧和基質(zhì)生長，當(dāng)溶解氧很低又存在硝酸鹽時(shí)，異養(yǎng)菌利用硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行生長。因此方程中包含溶解氧和硝態(tài)氮的開關(guān)函數(shù)。注意：由于異養(yǎng)菌處于同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，因此方程1和方程2中溶解氧的開關(guān)函數(shù)是互補(bǔ)的，當(dāng)一個(gè)為1時(shí)，另一個(gè)就為0。3基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)3.1異養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程bhohoossshb

14、hXSKSSKSdtdX,13.2異養(yǎng)菌缺氧生長 的基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2對(duì)于利用多種營養(yǎng)物的異養(yǎng)菌，其好氧生長和缺氧生長的唯一區(qū)別在于最終電子受體的性質(zhì)及其對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生ATP數(shù)量的影響。對(duì)符合這種條件的基質(zhì)，兩種條件下的生長動(dòng)力學(xué)參數(shù)非常接近。但是，由于缺氧條件下生成的ATP較少，缺氧生長比率比較低，因此引進(jìn)一個(gè)小于1的校正系數(shù)g。方程1和2采用相同的uh, Ks3基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)3.1異養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,13.

15、2異養(yǎng)菌缺氧生長 的基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,23.3自養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,33.4異養(yǎng)菌衰減bhhbhXbdtdX43.5自養(yǎng)菌衰減baabaXbdtdX53基本速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)3.6可溶有機(jī)氮氨化 的基本速率方程bhndanhXSKdtdS6氨化是在異養(yǎng)型微生物消耗溶解性含氮有機(jī)物時(shí)，可溶有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的過程。大多數(shù)研究者假定，氨化將所有可溶有機(jī)氮以氨的形式釋放到介質(zhì)中。Ka是氨化速率系數(shù)，單位為L/(mg細(xì)胞C

16、ODh)(實(shí)際上，簡單的化合物如氨基酸可以直接被微生物利用。)Activated Sludge Model No.1 (ASM1)Kh，水解動(dòng)力學(xué)常數(shù)(h-1); Kx，水解反應(yīng)半飽和系數(shù)(mg緩慢降解COD/mg活性生物量COD)； h，缺氧水解校正因子。3.7被吸著緩慢降解有機(jī)碳的水解bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/7(3)當(dāng)好氧和缺氧系統(tǒng)只是短時(shí)間處于厭氧狀態(tài)時(shí)，由于專性厭氧菌需要一定的適應(yīng)期，顯然不會(huì)發(fā)生厭氧水解反應(yīng)。(1)水解反應(yīng)速率受(Xs/Xbh)的控制，而不只受Xs的控制。因?yàn)樗夥磻?yīng)被認(rèn)為是受細(xì)胞界面調(diào)節(jié)的

17、，依賴于胞外酶，而胞外酶的數(shù)量于細(xì)胞濃度成比例。(2)水解反應(yīng)包括好氧和缺氧條件下兩部分。而h反應(yīng)了缺氧條件下水解反應(yīng)的延滯程度，與g類似，這個(gè)校正因子也是經(jīng)驗(yàn)性的。Activated Sludge Model No.1 (ASM1)被吸著緩慢降解有機(jī)氮的水解速率與被吸著緩慢降解有機(jī)碳的水解速率成正比。3.8被吸著緩慢降解有機(jī)氮的水解)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdSASM1的8個(gè)基本速率方程1異養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,12異養(yǎng)菌缺氧生長 的基本速率方程bhgo

18、hoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,23自養(yǎng)菌好氧生長 的基本速率方程baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,34異養(yǎng)菌衰減5自養(yǎng)菌衰減bhhbhXbdtdX4baabaXbdtdX56可溶有機(jī)氮氨化的基本速率方程bhndanhXSKdtdS67被吸著緩慢降解有機(jī)碳的水解bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/78被吸著緩慢降解有機(jī)氮的水解)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdS4相關(guān)速率方程Activated Slu

19、dge Model No.1 (ASM1)4.1異養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程在8個(gè)子過程基本速率方程的基礎(chǔ)上，參各子過程的其他組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可經(jīng)過系數(shù)調(diào)整依次建立。異養(yǎng)好氧生長異養(yǎng)菌Xbh易降解有機(jī)碳Ss氨態(tài)氮Snh溶解氧So堿度SalkbhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhohoossshhhoXSKSSKSYYdtdS,11bhohoossshxbnhXSKSSKSidtdS,1bhohoossshxbalkXSKSSKSidtdS,1141-1/Yh-(1-Yh)/Yh-ixb-ixb/144相關(guān)速率方程Activ

20、ated Sludge Model No.1 (ASM1)4.1異養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程(2)生長系數(shù)Yh的單位為g(生成細(xì)胞COD)/g(氧化COD);說明(1)該反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的構(gòu)建是以COD守恒為基礎(chǔ)，而不是以反應(yīng)物的質(zhì)量守恒為基礎(chǔ)。需要注意的是，任何反應(yīng)物或產(chǎn)物，若其中的元素在生化氧化或還原中不改變氧化狀態(tài)，那么它們的COD變化為零。如CO2、碳酸鹽和重碳酸鹽等。(3)因Ss是消耗，因此系數(shù)需加負(fù)號(hào)，即-1/Yh；j=1XbhSsSoSnhSalkjbhohoossshXSKSSKS,14相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.1異養(yǎng)菌好氧

21、生長相關(guān)速率方程(4)易降解有機(jī)碳被溶解氧生化氧化時(shí)，會(huì)發(fā)生電子得失，有機(jī)碳失COD，溶解氧與細(xì)胞得COD。有機(jī)碳失去的COD等于溶解氧與細(xì)胞各自所得COD之和。設(shè)溶解氧的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為K，根據(jù)COD守恒可得，CODsCODoCODbhdtdSdtdSdtdXCODbhhCODbhCODbhdtdXYdtdXKdtdX1hhYYK1因溶解氧是消耗，故乘以-1的系數(shù)(5)氨態(tài)氮是微生物生長生長中比較容易被利用的一種形式。根據(jù)異養(yǎng)菌生長時(shí)的需氮量確定一個(gè)系數(shù)ixb。異養(yǎng)菌好氧生長的需氮量約為其干重的12，即1g異養(yǎng)菌(干重)含0.12gN。因1g細(xì)胞相當(dāng)于1.42 gCOD，故1g細(xì)胞COD 含氮

22、量為0.12/1.42=0.085，即ixb=0.085.(6)對(duì)于堿度，用HCO3-表示，單位為mol/L。由下式可知，每消耗1mol氨氮，同時(shí)消耗1mol HCO3-，由此可知堿度的消耗等于氨氮的消耗(單位為mol/L)，單位換算系數(shù)為1/14.OHfCOfNOHCfHCOfNHfOfNOHCesssse2227534231910201009550920501205012045014相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.1異養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程4相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.2異養(yǎng)菌缺氧

23、生長相關(guān)速率方程j=2XbhSsSnoSnhSalkjbhgohoohnononossshXSKKSKSSKS,2說明(1)設(shè)硝態(tài)氮的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為K，根據(jù)COD守恒可得，CODsCODnoCODbhdtdSdtdSdtdXCODbhhCODbhCODbhdtdXYdtdXKdtdX1hhYYK14相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.2異養(yǎng)菌缺氧生長相關(guān)速率方程因計(jì)算時(shí)以硝態(tài)氮輸入，單位為mg/L。因此必須將COD轉(zhuǎn)換成硝態(tài)氮。根據(jù)氧化還原反應(yīng)式，在獲得1mol電子時(shí)，需要1/5molNO3-，或1/4O2。22354151OON14/532/4

24、1x因此，1g硝態(tài)氮相當(dāng)于2.86gCODhhYYK86. 21X=(32/4)/(14/5)=40/14=2.864相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.2異養(yǎng)菌缺氧生長相關(guān)速率方程(2)異養(yǎng)菌對(duì)有機(jī)碳缺氧氧化的以摩爾為單位的半反應(yīng)方程為：eHNHHCOCOOHNOHC43222752012015120920120205209204322275efHfNHfHCOfCOfOHfNOHCfssssssseHNHHCOCOOHNOHC432231910501501509259501(i) 細(xì)胞合成反應(yīng)(Rc)：(iii) 有機(jī)碳還原反應(yīng)(Rd)：eH

25、NOOHN5651531013225655310322efHfNOfOHfNfeeeee(ii) 硝酸鹽氧化反應(yīng)(Ra)：4相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.2異養(yǎng)菌缺氧生長相關(guān)速率方程(2)從上式可以看出，異養(yǎng)菌缺氧生長消耗的堿度(摩爾HCO3-)的摩爾數(shù)等于消耗的氨氮的摩爾數(shù)，即ixb/14；同時(shí)，反應(yīng)還消耗了與硝態(tài)氮相同摩爾數(shù)的H+。OHfCOfNfNOHCfHCOfHfNHfNOfNOHCesessese22227534331910203100955091020501205501205501我們知道，1摩爾H+能消耗1摩爾HCO3-堿度

26、，因此，異養(yǎng)菌缺氧生長過程亦即產(chǎn)生了或節(jié)省了與消耗的硝態(tài)氮相同摩爾數(shù)的HCO3-堿度。而消耗的硝態(tài)氮的摩爾數(shù)為(iv)總反應(yīng)為：R=Rd - feRa - fsRcOHfCOfNOHCfHCOfNHfOfNOHCesssse222753423191020100955092050120501204501OHfCOfNfNOHCfHCOfHfNHfNOfNOHCesessese2222753433191020310095509102050120550120550122354151OON異養(yǎng)菌好氧生長異養(yǎng)菌缺氧生長1g硝態(tài)氮相當(dāng)于2.86gCODhhYYK86. 21hhYYK14相關(guān)速率方程Act

27、ivated Sludge Model No.1 (ASM1)4.3自養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程j=3XbaSoSnoSnhSalkjbaoaoonhnhnhaXSKSSKS,3說明OHHNOONH232321mol氨氮與2摩爾氧氣作用完全，即14g氨氮相當(dāng)于64g氧氣(COD)，因此，1g氨氮相當(dāng)于4.57gCOD4相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.3自養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程(1)設(shè)溶解氧的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為K，根據(jù)COD守恒可得，CODnhCODoCODbadtdSdtdSdtdXaaYYK57. 4因溶解氧是消耗，故乘以1(2)Snh的化學(xué)計(jì)

28、量系數(shù)為-ixb-1/Ya，其中1/Ya部分用于產(chǎn)能，供細(xì)胞合成，此部分氨氮變?yōu)橄鯌B(tài)氮，故硝態(tài)氮的系數(shù)為1/Ya。CODbaaCODbaCODbadtdXYdtdXKdtdX157. 4Ya，自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)，g細(xì)胞COD產(chǎn)生/gN消耗4相關(guān)速率方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)4.3自養(yǎng)菌好氧生長相關(guān)速率方程(3)根據(jù)硝化反應(yīng)，1mol的NH4+(電荷)轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-需要2mol HCO3-(電荷)，即消耗2mol的堿度。在消耗的氨氮中，有1/14Yamol轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，此部分消耗的堿度為2*1/14Ya=1/7Ya，而直接轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中的氨氮消耗的堿度為i

29、xb/14。因此，自養(yǎng)菌好氧生長消耗的堿度的系數(shù)為(-ixb/14)-(1/7Ya)ASM1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及化學(xué)計(jì)量ASM1矩陣bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,3bhhbhXbdtdX4baabaXbdtdX5bhndanhXSKdtdS6bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/7)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdS

30、p1=p2=p3=p4=p5=p6=p7=p8=5組分總動(dòng)力學(xué)方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)5.1易降解有機(jī)碳Ss的總反應(yīng)速率在ASM1中，除了惰性組分Si、Xi外，其余11個(gè)組分中，每一個(gè)組分至少在一個(gè)子過程中參與了反應(yīng)。該組分在其所參與的所有子過程中的總的反應(yīng)速率，為其在各子過程中反應(yīng)速率之和。Ss共參與了三個(gè)子過程的反應(yīng)：(1)異養(yǎng)菌好氧生長中的消耗(2)異養(yǎng)菌缺氧生長中的消耗(7)被吸著緩慢降解有機(jī)碳 的水解中生成bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhgohoohnononossshhsXSKKSKSSKSYdtdS,21b

31、hnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/75組分總動(dòng)力學(xué)方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)5.1易降解有機(jī)碳Ss的總反應(yīng)速率在ASM1中，除了惰性組分Si、Xi外，其余11個(gè)組分中，每一個(gè)組分至少在一個(gè)子過程中參與了反應(yīng)。該組分在其所參與的所有子過程中的總的反應(yīng)速率，為其在各子過程中反應(yīng)速率之和。bhnononooohohhoohobhsxbhshbhgohoohnononossshhbhohoossshhsssRsXSKSSKKSKSXXKXXKXSKKSKSSKSYXSKSSKSYdtdSdt

32、dSdtdSdtdS)/(/11,7215組分總動(dòng)力學(xué)方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)5.2溶解氧So的總反應(yīng)速率baoaoonhnhnhaaabhohoossshhhooRoXSKSSKSYYXSKSSKSYYdtdSdtdSdtdS,3157. 41其他組分的總動(dòng)力學(xué)方程，同樣可以根據(jù)組分所在子過程的基本動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)力學(xué)系數(shù)以及總動(dòng)力學(xué)方程的構(gòu)成一一列出。方法如下：5.1易降解有機(jī)碳Ss的總反應(yīng)速率5組分總動(dòng)力學(xué)方程Activated Sludge Model No.1 (ASM1)5.3其他組分的總反應(yīng)速率ri的計(jì)算ASM1中，序號(hào)為i的組分(i

33、=113)的總反應(yīng)速率(或表觀轉(zhuǎn)化率)ri可由下式計(jì)算：jjijir81式中，ij 表中i列j行的化學(xué)計(jì)量系數(shù)； j 表中j行的反應(yīng)過程速率。5.2溶解氧So的總反應(yīng)速率5.1易降解有機(jī)碳Ss的總反應(yīng)速率6統(tǒng)一單位Activated Sludge Model No.1 (ASM1)ASM1共有13種組分，分別建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程后，即可對(duì)13個(gè)方程聯(lián)立求解，可求得同時(shí)滿足13個(gè)方程的13個(gè)組分濃度。由于13個(gè)組分涉及有機(jī)碳、有機(jī)氮、微生物等不同物質(zhì)，計(jì)量單位各不相同，給方程求解帶來困難。因此，在計(jì)算過程中統(tǒng)一各組分的濃度單位，是對(duì)方程聯(lián)立求解的必要條件。ASM1組成成分及單位一覽表成分序號(hào) 成分

34、符號(hào)成分定義單位1Si溶解性不可生物降解有機(jī)碳mgCOD/L2Ss溶解性快速可生物降解有機(jī)碳mgCOD/L3Xi顆粒性不可生物降解有機(jī)物mgCOD/L4Xs慢速可生物降解有機(jī)物mgCOD/L5Xbh活性異養(yǎng)菌生物固體mgCOD/L6Xba活性自養(yǎng)菌生物固體mgCOD/L7Xp生物固體衰減產(chǎn)生的惰性物質(zhì)mgCOD/L8So溶解氧(負(fù)COD)-mgCOD/L9SnoNO3-N和NO2-NmgN/L10SnhNH4-N和NH3-NmgN/L11Snd溶解性可生物降解有機(jī)氮mgN/L12Xnd顆粒性可生物降解有機(jī)氮mgN/L13Salk堿度mol/L7確定參數(shù)Activated Sludge Mode

35、l No.1 (ASM1)序號(hào)名稱符號(hào)單位典型取值1異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)Yhg細(xì)胞COD產(chǎn)生/gCOD消耗0.6662自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)Yag細(xì)胞COD產(chǎn)生/gN消耗0.243生物固體的惰性組分分?jǐn)?shù)fp0.084生物固體的含氮量ixbgN/g活性生物體細(xì)胞COD0.0865生物固體惰性組分的含氮量ixpgN/g內(nèi)源殘留物COD0.06ASM1的19個(gè)參數(shù)5個(gè)化學(xué)計(jì)量系數(shù)14反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)生活污水在pH中性和20時(shí)化學(xué)計(jì)量系數(shù)取值生活污水在pH中性和20時(shí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)取值8活性污泥過程數(shù)學(xué)模型的生成Activated Sludge Model No.1 (ASM1)機(jī)理模型的建模原則：“一進(jìn)一出一反應(yīng)”。ASM1是機(jī)理模型典型活性污泥過程數(shù)學(xué)模型的生成進(jìn)水出水空氣剩余污泥回流污泥Activated Sludge Model No.1 (ASM1)典型活性污泥過程的建模3Xs 3Xbh3Xba 3Xnd 3Xp進(jìn)水qi出水qo剩余污泥qw回流污泥qr曝氣池Ss Snh Snd SnoXs Xnd Xbh Xba Xp二沉池Ssi XsiSndi XndiSnoi SnhiSs SnoSnh Snd3Xs 3Xbh3Xba 3Xnd 3XpFig. 1.11 典型活性污泥過程物流圖Activate