活性污泥數(shù)學(xué)模型.pdf

活性污泥數(shù)學(xué)模型活性污泥數(shù)學(xué)模型 ASMs簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 提綱 一 仿真 二 模型分類(lèi) 三 傳統(tǒng)活性污泥數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介 四 IAWQ活性污泥數(shù)學(xué)模型發(fā)展的歷史 五 活性污泥1號(hào)模型 ASM1 六 ASM3和ASM2 ASM2d 一 仿真 模擬 1 仿真的定義和分類(lèi) 仿真 Simulation 模擬 當(dāng)問(wèn)題有一定 的復(fù)雜性時(shí) 可以先建立該問(wèn)題的模型 Model 并以模型為基礎(chǔ)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行 分析 這一過(guò)程 稱(chēng)為仿真 仿真分為物理仿真和數(shù)學(xué)仿真 2 仿真和試驗(yàn)的關(guān)系 對(duì)立統(tǒng)一 仿真可以減少試驗(yàn)量 節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用 為試驗(yàn)提供參考數(shù)據(jù) 仿真模型中的參數(shù) 需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定 仿真的結(jié)果需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證 將仿真與試驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起 是研 究復(fù)雜系統(tǒng)的有效方法 二 模型分類(lèi) 數(shù)學(xué)模型分為機(jī)理模型和統(tǒng)計(jì)模型 機(jī)理模型是依據(jù)過(guò)程的質(zhì)量 能量 動(dòng) 量守恒原則 以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等原理來(lái) 建立模型 屬于 白箱 模型 統(tǒng)計(jì)模型是依據(jù)過(guò)程輸入 輸出數(shù)據(jù) 利用一定的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái) 建立模型 屬于 黑箱 模型 即利用過(guò)程機(jī)理又利用測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)建立 的混合模型屬于 灰箱 模型 三 傳統(tǒng)活性污泥數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介 1942年Monod提出了以米 門(mén)公式為基礎(chǔ) 的Monod方程 SK S s max 三 傳統(tǒng)活性污泥數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介 表示有機(jī)物降解的傳統(tǒng)典型模型 Eckenfelder 1955年 Mckinny 1961年 和 Lawrence McCarty 1970年 活性污泥法模 型 以上三個(gè)模型都是靜態(tài)模型 僅考慮了 污水中含碳有機(jī)污染物的去除 無(wú)論是 參數(shù)的求解還是計(jì)算過(guò)程都相對(duì)簡(jiǎn)單 四 四 IAWQ活性污泥數(shù)學(xué)模型發(fā)展的歷史活性污泥數(shù)學(xué)模型發(fā)展的歷史 1986年推出活性污泥年推出活性污泥1號(hào)模型 號(hào)模型 ASM1 包 包 括去除污水中有機(jī)碳以及硝化和反硝化等過(guò)括去除污水中有機(jī)碳以及硝化和反硝化等過(guò) 程 程 1995年推出活性污泥年推出活性污泥2號(hào)模型 號(hào)模型 ASM2 包 包 含了脫氮和生物除磷處理過(guò)程 含了脫氮和生物除磷處理過(guò)程 1999年年ASM2被拓展為被拓展為ASM2d 將反硝化聚 將反硝化聚 磷菌包含在內(nèi) 磷菌包含在內(nèi) 1998年推出了活性污泥年推出了活性污泥3號(hào)模型 號(hào)模型 ASM3 所包含的主要反應(yīng)過(guò)程和所包含的主要反應(yīng)過(guò)程和ASM1相同 是對(duì)相同 是對(duì) ASM1的改進(jìn) 更適合于實(shí)際應(yīng)用 的改進(jìn) 更適合于實(shí)際應(yīng)用 五 活性污泥五 活性污泥1號(hào)模型 號(hào)模型 ASM1 模型建立的方法模型建立的方法 模型表述模型表述 模型的組分模型的組分 模型中的反應(yīng)過(guò)程模型中的反應(yīng)過(guò)程 模型的參數(shù)模型的參數(shù) 模型實(shí)際使用中的約束條件模型實(shí)際使用中的約束條件 一 模型建立的方法 1 矩陣格式 2 統(tǒng)一單位 3 基本符號(hào) 4 質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用 5 連續(xù)性檢查連續(xù)性檢查 6 設(shè)置模型假定 7 活性污泥1號(hào)模型的表述 1 矩陣格式矩陣格式 建立矩陣的第一個(gè)步驟是確定模型中相關(guān)的建立矩陣的第一個(gè)步驟是確定模型中相關(guān)的組分組分 列于 列于 表頭 表底列出它們對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)和單位 表頭 表底列出它們對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)和單位 第二個(gè)步驟是定義發(fā)生在系統(tǒng)中的第二個(gè)步驟是定義發(fā)生在系統(tǒng)中的生物過(guò)程生物過(guò)程 即影響列 即影響列 表中組分轉(zhuǎn)化和變化表中組分轉(zhuǎn)化和變化 的過(guò)程 列于矩陣最左列 的過(guò)程 列于矩陣最左列 在矩陣對(duì)應(yīng)行的最右列列出了每個(gè)過(guò)程的在矩陣對(duì)應(yīng)行的最右列列出了每個(gè)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式動(dòng)力學(xué)表達(dá)式 或速率方程式或速率方程式 表的右下角定義了速率方程中的動(dòng)力 表的右下角定義了速率方程中的動(dòng)力 學(xué)參數(shù) 學(xué)參數(shù) 矩陣內(nèi)的元素是矩陣內(nèi)的元素是化學(xué)計(jì)量系數(shù)化學(xué)計(jì)量系數(shù)vij 描述了單個(gè)過(guò)程中各 描述了單個(gè)過(guò)程中各 組分之間的數(shù)量關(guān)系組分之間的數(shù)量關(guān)系 矩陣中約定的符號(hào)為 負(fù)號(hào)表 矩陣中約定的符號(hào)為 負(fù)號(hào)表 示消耗 正號(hào)表示產(chǎn)生 表的左下角列出了定義的全部示消耗 正號(hào)表示產(chǎn)生 表的左下角列出了定義的全部 化學(xué)計(jì)量系數(shù) 化學(xué)計(jì)量系數(shù) Peterson matrix presentation 異養(yǎng)微生物好氧生長(zhǎng)的過(guò)程動(dòng)力學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)異養(yǎng)微生物好氧生長(zhǎng)的過(guò)程動(dòng)力學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué) 2 統(tǒng)一單位 統(tǒng)一單位 對(duì)于含碳有機(jī)物 其濃度用對(duì)于含碳有機(jī)物 其濃度用COD mg L 表示 表示 對(duì)于溶解氧 是負(fù)的對(duì)于溶解氧 是負(fù)的COD值值 其濃度用 其濃度用 COD mg L 表示 表示 對(duì)于微生物 其濃度用對(duì)于微生物 其濃度用COD mg L 表示 表示 對(duì)于氨氮 對(duì)于氨氮 NH3 N 用 用N mg L 表示 根據(jù)反應(yīng) 表示 根據(jù)反應(yīng) NH3 2O2HNO3 H2O 1g NH3 N相當(dāng)于相當(dāng)于4 57g COD 對(duì)于對(duì)于NO3 N 用 用N mg L 表示 根據(jù)氧化還原反應(yīng) 表示 根據(jù)氧化還原反應(yīng) 在獲得在獲得1mol電子時(shí) 需電子時(shí) 需1 5mol NO3 或或1 4mol O2 因此 因此 1g NO3 N相當(dāng)于相當(dāng)于2 86 g O2 即 即 2 86 g COD 對(duì)于堿度 用對(duì)于堿度 用HCO3 mol L 表示 由于堿度本身不 表示 由于堿度本身不 參與其它組分的反應(yīng) 其單位不同對(duì)于速率方程無(wú)影參與其它組分的反應(yīng) 其單位不同對(duì)于速率方程無(wú)影 響 響 3 基本符號(hào)基本符號(hào) X 不可溶組分或顆粒性組分不可溶組分或顆粒性組分 S 可溶性組分可溶性組分 B 微生物 下標(biāo) 微生物 下標(biāo) S 易降解有機(jī)底物 下標(biāo) 易降解有機(jī)底物 下標(biāo) I 惰性有機(jī)物質(zhì) 下標(biāo) 惰性有機(jī)物質(zhì) 下標(biāo) O 氧氣氧氣 下標(biāo) 下標(biāo) NH 氨氮 下標(biāo) 氨氮 下標(biāo) NO 硝態(tài)氮 包括硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮 硝態(tài)氮 包括硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮 下標(biāo) 下標(biāo) ND 可生物降解有機(jī)氮 下標(biāo) 可生物降解有機(jī)氮 下標(biāo) ALK 堿度 下標(biāo) 堿度 下標(biāo) 4 質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用 輸入量 輸出量 反應(yīng)量 累積量 組分i的反應(yīng)速率 j jiji r 例 系統(tǒng)內(nèi)某一點(diǎn)微生物例 系統(tǒng)內(nèi)某一點(diǎn)微生物XB 溶解性底 溶解性底 物物SS 溶解氧 溶解氧SO的反應(yīng)速率的反應(yīng)速率 例 系統(tǒng)內(nèi)某一點(diǎn)微生物例 系統(tǒng)內(nèi)某一點(diǎn)微生物XB 溶解 溶解 性底物性底物SS 溶解氧 溶解氧SO的反應(yīng)速率的反應(yīng)速率 BB SS S X bXX SK S r B B SS S S X SK S Y r S 1 BB SS S bXX SK S Y Y r O S 1 5 連續(xù)性檢查連續(xù)性檢查 單個(gè)反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)計(jì)量系數(shù)的總和為 零 6 模型假定 模型假定 系統(tǒng)運(yùn)行溫度恒定 系統(tǒng)運(yùn)行溫度恒定 pH值恒定而且接近中性 值恒定而且接近中性 微生物所需營(yíng)養(yǎng)充足 微生物所需營(yíng)養(yǎng)充足 進(jìn)水污染物濃度可變 但組成和性質(zhì)不變 進(jìn)水污染物濃度可變 但組成和性質(zhì)不變 微生物的種群和濃度處于正常狀態(tài) 微生物的種群和濃度處于正常狀態(tài) 假設(shè)微生物對(duì)顆粒有機(jī)物的捕捉是瞬時(shí)進(jìn)行的假設(shè)微生物對(duì)顆粒有機(jī)物的捕捉是瞬時(shí)進(jìn)行的 有機(jī)物和有機(jī)氮的水解同時(shí)進(jìn)行 且速率相等 有機(jī)物和有機(jī)氮的水解同時(shí)進(jìn)行 且速率相等 系統(tǒng)中電子受體的存在類(lèi)型不影響由衰減引起系統(tǒng)中電子受體的存在類(lèi)型不影響由衰減引起 的活性污泥生物量損失 的活性污泥生物量損失 二沉池內(nèi)無(wú)生化反應(yīng) 僅為一個(gè)固液分離裝置二沉池內(nèi)無(wú)生化反應(yīng) 僅為一個(gè)固液分離裝置 二 二 活性污泥活性污泥1號(hào)模型的表述號(hào)模型的表述 表 2 2 碳氧化 硝化及反硝化的過(guò)程動(dòng)力學(xué)與化學(xué)計(jì)量 組分 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 j 工藝過(guò)程 SI SS X1 XS XB H XB A XP SO SNO SNH SND XND SALK 工藝過(guò)程速率 j ML 3T 1 1 異養(yǎng)菌的 好氧生長(zhǎng) 1 iXB 2 異養(yǎng)菌的 缺氧生長(zhǎng) 1 iXB 3 自養(yǎng)菌的 好氧生長(zhǎng) 1 4 異養(yǎng)菌的衰減 1 fP 1 fP iXB fPiXP bHXB H 5 自養(yǎng)菌的衰減 1 fP 1 fP iXB fPiXP bAXB A 6 可溶性有機(jī) 氮的氨化 1 1 kSSNDXB H 7 網(wǎng)捕性有機(jī) 物的水解 1 1 8 網(wǎng)捕性有機(jī) 的水解 1 1 j XND XB 觀察到的轉(zhuǎn)換速率 ML 3T 1 化學(xué)計(jì)量參數(shù) 異養(yǎng)菌產(chǎn)率 YH 自養(yǎng)菌產(chǎn)率 YA 顆粒性衰減產(chǎn)物的比 例 fP N在生物量COD中的 比值 iXB N在惰性懸浮COD中 的比例 iXP 可溶性惰性有機(jī)物質(zhì) M COD L 3 易生物降解基質(zhì) M COD L 3 顆粒性惰性有機(jī)物質(zhì) M COD L 3 慢速可生物降解基質(zhì) M COD L 3 異養(yǎng)性活性生物量 M COD L 3 自養(yǎng)性活性生物量 M COD L 3 由生物量衰減而產(chǎn)生的顆粒性產(chǎn)物 M COD L 3 氧 負(fù) COD M COD L 3 硝酸鹽與亞硝酸鹽氮 M N L 3 NH4 NH3氮 M N L 3 溶解性可生物降解有機(jī)氮 M N L 3 顆粒性可生物降解有機(jī)氮 M N L 3 堿度 摩爾單位 動(dòng)力學(xué)參數(shù) 異養(yǎng)生長(zhǎng)與衰減 H KS KO H bH 自養(yǎng)生長(zhǎng)與衰減 A KNH KO A bA 異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)的校正因數(shù) g 氨化 kS 水解 kh KX 缺氧水解的校正因數(shù) h H Y 1 H Y 1 H H Y Y 1 14 Xh i BH OHO O SS S H X SK S SK S AB OAO O NHNH NH A X SK S SK S 14 86 2 14 1 XH H H i Y Y A XB Y i 7 1 14 H H Y Y 86 2 1 A A Y Y 57 4 H Y 1 A XB Y i 1 14 1 HBg NONO NH OHO HO SS S A X SK S SK K SK S HB NONO ND OHO HO h OHO O HBSS HBS h X SK S SK K SK S XXK XX k ji r 三 模型的組分 三 模型的組分 1 可溶性惰性有機(jī)物可溶性惰性有機(jī)物SI 2 易生物降解有機(jī)底物易生物降解有機(jī)底物SS 3 顆粒性惰性有機(jī)物顆粒性惰性有機(jī)物XI 4 慢速可生物降解有機(jī)底物慢速可生物降解有機(jī)底物XS 5 活性異養(yǎng)菌生物量活性異養(yǎng)菌生物量XB H 6 活性自養(yǎng)菌生物量活性自養(yǎng)菌生物量XB A 7 微生物衰減產(chǎn)生的顆粒性產(chǎn)物微生物衰減產(chǎn)生的顆粒性產(chǎn)物XP 8 溶解氧溶解氧SO 9 硝態(tài)氮硝態(tài)氮SNO 10 氨氮氨氮SNH 11 溶解性可生物降解有機(jī)氮溶解性可生物降解有機(jī)氮SND 12 顆粒性可生物降解有機(jī)氮顆粒性可生物降解有機(jī)氮XND 13 堿度堿度Salk 1 模型組分分類(lèi) 有機(jī)組分 微生物 含氮組分 堿度 1 有機(jī)組分 惰性物質(zhì) 廢水中有機(jī)物質(zhì)的劃分是以其生物降解性為基廢水中有機(jī)物質(zhì)的劃分是以其生物降解性為基 礎(chǔ) 礎(chǔ) 不可生物降解物質(zhì)是生物惰性的不可生物降解物質(zhì)是生物惰性的 用下標(biāo)用下標(biāo)I表表 示示 經(jīng)過(guò)活性污泥系統(tǒng)處理后沒(méi)有形態(tài)上的 經(jīng)過(guò)活性污泥系統(tǒng)處理后沒(méi)有形態(tài)上的 變化 變化 不可生物降解物質(zhì)可分為兩部分 可溶的 不可生物降解物質(zhì)可分為兩部分 可溶的 S 和顆粒性的 和顆粒性的 X 惰性溶解性有機(jī)物 惰性溶解性有機(jī)物 SI 的進(jìn)出水濃度相同 的進(jìn)出水濃度相同 惰性懸浮性 顆粒性 有機(jī)物 惰性懸浮性 顆粒性 有機(jī)物 XI 被活性污 被活性污 泥捕捉 并隨剩余污泥排出系統(tǒng) 泥捕捉 并隨剩余污泥排出系統(tǒng) 2 有機(jī)組分 可生物降解物質(zhì) 可生物降解物質(zhì)可生物降解物質(zhì) 用下標(biāo)用下標(biāo)S表示表示 分為兩部分 易生物降分為兩部分 易生物降 解物質(zhì)和慢速生物降解物質(zhì) 解物質(zhì)和慢速生物降解物質(zhì) 易生物降解物質(zhì) 易生物降解物質(zhì) SS 被當(dāng)作可溶物來(lái)處理 而慢速 被當(dāng)作可溶物來(lái)處理 而慢速 生物降解物質(zhì) 生物降解物質(zhì) XS 被當(dāng)作顆粒物處理 被當(dāng)作顆粒物處理 易生物降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單易生物降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一般較簡(jiǎn)單 它們可以直它們可以直 接被異養(yǎng)微生物吸收并用于新微生物的生長(zhǎng)接被異養(yǎng)微生物吸收并用于新微生物的生長(zhǎng) 這些分這些分 子的一部分能量子的一部分能量 COD 被結(jié)合到了微生物中被結(jié)合到了微生物中 2 3 同時(shí)一部分能量被消耗來(lái)提供細(xì)胞合成所需的能量同時(shí)一部分能量被消耗來(lái)提供細(xì)胞合成所需的能量 1 3 這部分的電子轉(zhuǎn)移到外部的電子受體這部分的電子轉(zhuǎn)移到外部的電子受體 氧或硝氧或硝 酸鹽酸鹽 慢速降解物質(zhì)一般具有較復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)慢速降解物質(zhì)一般具有較復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu) 在其被利在其被利 用之前用之前 必須經(jīng)胞外水解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì)必須經(jīng)胞外水解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì) 假設(shè)慢速生物降解物轉(zhuǎn)化為易生物降解形式過(guò)程沒(méi)有假設(shè)慢速生物降解物轉(zhuǎn)化為易生物降解形式過(guò)程沒(méi)有 能量的利用能量的利用 這樣也沒(méi)有與它們相關(guān)的電子受體的利這樣也沒(méi)有與它們相關(guān)的電子受體的利 用用 3 異養(yǎng)微生物 異養(yǎng)微生物 XB H 異養(yǎng)微生物的繁殖是通過(guò)在好氧或缺氧條件下異養(yǎng)微生物的繁殖是通過(guò)在好氧或缺氧條件下 利用易生物降解物質(zhì)生長(zhǎng) 而假定其在厭氧條利用易生物降解物質(zhì)生長(zhǎng) 而假定其在厭氧條 件下停止生長(zhǎng) 件下停止生長(zhǎng) 微生物因?yàn)樗p而損失 假定衰減的結(jié)果是生微生物因?yàn)樗p而損失 假定衰減的結(jié)果是生 物體轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物物體轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物XS和顆粒物和顆粒物Xp 由衰減生成的慢速生物降解物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為用于由衰減生成的慢速生物降解物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為用于 新細(xì)胞生長(zhǎng)的物質(zhì) 新細(xì)胞生長(zhǎng)的物質(zhì) Xp對(duì)進(jìn)一步的生物作用呈惰性 對(duì)進(jìn)一步的生物作用呈惰性 4 自養(yǎng)微生物 自養(yǎng)微生物 XB A 自養(yǎng)微生物 硝化菌 的繁殖是通過(guò)在自養(yǎng)微生物 硝化菌 的繁殖是通過(guò)在 好氧條件下利用氨氮為能源 所需碳源好氧條件下利用氨氮為能源 所需碳源 為無(wú)機(jī)碳化合物 為無(wú)機(jī)碳化合物 自養(yǎng)微生物因?yàn)樗p而損失 假定衰減自養(yǎng)微生物因?yàn)樗p而損失 假定衰減 的結(jié)果是生物體轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物的結(jié)果是生物體轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物 XS和顆粒物和顆粒物Xp Xp對(duì)進(jìn)一步的生物作用對(duì)進(jìn)一步的生物作用 呈惰性 呈惰性 5 生物衰減生成的顆粒產(chǎn)物 生物衰減生成的顆粒產(chǎn)物XP XP由異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌的衰減形成 由異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌的衰減形成 XP是生物惰性的 實(shí)際上 這部分生是生物惰性的 實(shí)際上 這部分生 物體也許并不完全對(duì)生物處理呈惰性 物體也許并不完全對(duì)生物處理呈惰性 然而 它的降解速率太低 在活性污泥然而 它的降解速率太低 在活性污泥 系統(tǒng)的系統(tǒng)的SRT內(nèi) 它可看作是惰性的 內(nèi) 它可看作是惰性的 在模型中加入這個(gè)組分 是為了解釋這在模型中加入這個(gè)組分 是為了解釋這 樣一種現(xiàn)象 在活性污泥系統(tǒng)中并不是樣一種現(xiàn)象 在活性污泥系統(tǒng)中并不是 所有的微生物都是活性的 所有的微生物都是活性的 6 含氮組分 含氮組分 含氮組分分為不可生物降解和可生物降含氮組分分為不可生物降解和可生物降 解物質(zhì)解物質(zhì) 不可生物降解的含氮組分是和不可生物不可生物降解的含氮組分是和不可生物 降解顆粒狀降解顆粒狀COD XI 相聯(lián)系的 相聯(lián)系的 可溶不可生物降解的含氮組分少到可忽可溶不可生物降解的含氮組分少到可忽 略不計(jì) 略不計(jì) 可生物降解含氮物質(zhì)劃分為 氨氮可生物降解含氮物質(zhì)劃分為 氨氮SNH 可溶性有機(jī)氮可溶性有機(jī)氮SND和顆粒性有機(jī)氮和顆粒性有機(jī)氮XND 含氮組分的轉(zhuǎn)化 水解 顆粒性有機(jī)氮溶解性有機(jī)氮 氨化細(xì)菌 異養(yǎng)菌自養(yǎng)菌 氮?dú)庀跛猁}氮氨氮 缺氧反硝化好氧硝化 自養(yǎng)菌或異養(yǎng)菌的細(xì)胞衰減均能導(dǎo)致顆粒性有機(jī)氮的釋放 這部 分被釋放的有機(jī)氮能重新回到系統(tǒng)的循環(huán)中 7 總堿度 總堿度SALK 所有包含質(zhì)子增減的反應(yīng)都能引起堿度的變化所有包含質(zhì)子增減的反應(yīng)都能引起堿度的變化 異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌合成過(guò)程中氨氮向氨基酸的轉(zhuǎn)化 異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌合成過(guò)程中氨氮向氨基酸的轉(zhuǎn)化 有機(jī)氮的氨化過(guò)程 有機(jī)氮的氨化過(guò)程 硝化過(guò)程 硝化過(guò)程 反硝化過(guò)程反硝化過(guò)程 堿度可以提供預(yù)測(cè)堿度可以提供預(yù)測(cè)pH的變化信息的變化信息 判斷反應(yīng) 判斷反應(yīng) 的正常與異常情況 的正常與異常情況 總堿度低于總堿度低于50g m3 碳酸鹽當(dāng)量碳酸鹽當(dāng)量 1mol總堿度總堿度 m3 pH值將變得不值將變得不 穩(wěn)定且將降到穩(wěn)定且將降到6以下 以下 ASM1的組分總結(jié)的組分總結(jié) 四四 模型中的反應(yīng)過(guò)程 模型中的反應(yīng)過(guò)程 1 異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng) 2 異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng) 3 自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng) 4 異養(yǎng)菌的衰減異養(yǎng)菌的衰減 5 自養(yǎng)菌的衰減自養(yǎng)菌的衰減 6 可溶性有機(jī)氮的氨化可溶性有機(jī)氮的氨化 7 絮集性有機(jī)物的水解絮集性有機(jī)物的水解 8 絮集性有機(jī)氮的水解絮集性有機(jī)氮的水解 1 異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng) 異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng) 異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)是以溶解性易降解物質(zhì)異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)是以溶解性易降解物質(zhì) 為底物 同時(shí)有氧的利用 為底物 同時(shí)有氧的利用 氨氮主要作為營(yíng)養(yǎng)物從溶液中去除并結(jié)氨氮主要作為營(yíng)養(yǎng)物從溶液中去除并結(jié) 合到細(xì)胞中 合到細(xì)胞中 異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)受雙重營(yíng)養(yǎng)物限異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)受雙重營(yíng)養(yǎng)物限 制 易生物降解底物制 易生物降解底物SS和和DO SO 是速 是速 率的決定因素 率的決定因素 異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)過(guò)程以異養(yǎng)菌異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)過(guò)程以異養(yǎng)菌 的好氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)的好氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) BH OHO O SS S H BH X SK S SK S dt dX 1 2 異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng) 異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng) 異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)依賴(lài)于易生物降解底物 硝異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)依賴(lài)于易生物降解底物 硝 態(tài)氮作為電子受體態(tài)氮作為電子受體 根據(jù)根據(jù)COD物料恒算物料恒算 硝態(tài)氮的去除量和易生物硝態(tài)氮的去除量和易生物 降解物質(zhì)去除量與細(xì)胞生成量之差成比例 降解物質(zhì)去除量與細(xì)胞生成量之差成比例 氨氮作為營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化為微生物中的有機(jī)氮 氨氮作為營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)化為微生物中的有機(jī)氮 缺氧條件下底物去除的最大速率比好氧條件下缺氧條件下底物去除的最大速率比好氧條件下 要小 考慮這一影響所采用的方法是在速率表要小 考慮這一影響所采用的方法是在速率表 達(dá)式中加入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)達(dá)式中加入一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù) g g 1 0 缺氧反硝化過(guò)程 3222753233 68 1 47 0 06 0 24 0 08 1 HCOOHNNOHCCOHOHCHNO 在生物反硝化過(guò)程中 不僅可以使硝態(tài)氮化合物被還 原 而且還可使有機(jī)碳底物得到氧化分解 因此 反 硝化作用可同時(shí)起到去碳和脫氮的效果 從上式可以 計(jì)算出 每還原1gNO3 N需消耗2 47g甲醇 約合3 7g COD 可產(chǎn)生0 45g 新細(xì)胞和3 57gCaCO3堿度 NON 3 CaCO3 異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)以異養(yǎng)菌的缺異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)以異養(yǎng)菌的缺 氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) HBg NONO NO OHO HO SS S A BH X SK S SK K SK S dt dX 2 3 自養(yǎng)微生物的好氧生長(zhǎng) 硝化過(guò)程 3232275324 88 1 98 0 04 1 0024 0 018 0 98 1 86 1 COHNOOHNOHCHCOONH 上式表明 1克氨氮 以N計(jì) 完成硝化需氧4 57克 需 堿度7 14克 以CaCO3計(jì) 可使亞硝酸菌和硝酸菌分別 增殖0 146克和0 019克 共0 165克 自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)以自養(yǎng)菌的好 氧生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) AB OAO O NHNH NH A BA X SK S SK S dt dX 3 4 異養(yǎng)菌的衰減 異養(yǎng)菌的衰減 采用了死亡再生理論 采用了死亡再生理論 衰減的作用是將微生物轉(zhuǎn)化為顆粒物和慢速生物降解衰減的作用是將微生物轉(zhuǎn)化為顆粒物和慢速生物降解 底物 生成的慢速生物降解物質(zhì)隨后水解 釋放等量底物 生成的慢速生物降解物質(zhì)隨后水解 釋放等量 的易生物降解的易生物降解COD 因此每一單位細(xì)胞 因此每一單位細(xì)胞COD的消耗將的消耗將 最終導(dǎo)致一單位最終導(dǎo)致一單位COD的形成 即易生物降解底物與生的形成 即易生物降解底物與生 成的惰性顆粒產(chǎn)物成的惰性顆粒產(chǎn)物COD之和 之和 在這過(guò)程中沒(méi)有在這過(guò)程中沒(méi)有COD損失 也不利用電子受體 損失 也不利用電子受體 在好氧條件或缺氧條件下 水解生成的易生物降解底在好氧條件或缺氧條件下 水解生成的易生物降解底 物將被用來(lái)合成新細(xì)胞 物將被用來(lái)合成新細(xì)胞 如果既沒(méi)有氧又沒(méi)有硝態(tài)氮可利用 將不會(huì)發(fā)生任何如果既沒(méi)有氧又沒(méi)有硝態(tài)氮可利用 將不會(huì)發(fā)生任何 轉(zhuǎn)化 慢速生物降解底物將產(chǎn)生積累 轉(zhuǎn)化 慢速生物降解底物將產(chǎn)生積累 無(wú)論環(huán)境條件如何 衰減總是以恒定的速率進(jìn)行 即無(wú)論環(huán)境條件如何 衰減總是以恒定的速率進(jìn)行 即 bH不是電子受體或其濃度的函數(shù) 不是電子受體或其濃度的函數(shù) ASM1中微生物的生長(zhǎng)與衰減中微生物的生長(zhǎng)與衰減 SOSNH SNO XP XS SSXBH SO 硝化菌 異養(yǎng)菌 水解 生長(zhǎng) 衰減 衰減 生長(zhǎng) XBA 異養(yǎng)菌的衰減以異養(yǎng)菌的衰減異養(yǎng)菌的衰減以異養(yǎng)菌的衰減 動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) BHH BH Xb dt dX 4 5 自養(yǎng)菌的衰減自養(yǎng)菌的衰減 和異養(yǎng)菌的衰減完全相似和異養(yǎng)菌的衰減完全相似 自養(yǎng)菌的衰減速率常數(shù)可能比異養(yǎng)菌的自養(yǎng)菌的衰減速率常數(shù)可能比異養(yǎng)菌的 小小 自養(yǎng)菌的衰減以自養(yǎng)菌的衰減自養(yǎng)菌的衰減以自養(yǎng)菌的衰減 動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) BAA BA Xb dt dX 5 6 可溶性有機(jī)氮的氨化 可溶性有機(jī)氮的氨化 有機(jī)氮在氨化細(xì)菌的作用下 可以轉(zhuǎn)化有機(jī)氮在氨化細(xì)菌的作用下 可以轉(zhuǎn)化 為氨氮 為氨氮 微生物轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物質(zhì)繼而至微生物轉(zhuǎn)化為慢速生物降解物質(zhì)繼而至 易生物降解物質(zhì)的同時(shí) 也伴隨著有機(jī)易生物降解物質(zhì)的同時(shí) 也伴隨著有機(jī) 氮向氨氮的轉(zhuǎn)化 氮向氨氮的轉(zhuǎn)化 可溶性有機(jī)氮的氨化以氨氮增可溶性有機(jī)氮的氨化以氨氮增 長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) BHNHa NH XSK dt dS 6 7 絮集性有機(jī)物的水解 絮集性有機(jī)物的水解 絮集性有機(jī)物的水解速率與存在的異養(yǎng) 菌濃度成一級(jí)反應(yīng)關(guān)系 當(dāng)被網(wǎng)捕絮集的慢速可降解有機(jī)底物量 相對(duì)于微生物量來(lái)說(shuō)已很大時(shí) 水解速 率將接近于飽和 因?yàn)樾枰傅暮铣?速率必然與存在的 電子受體的濃度有關(guān) 因此假定在氧氣 和硝酸鹽都不存在的情況下水解速率趨 向零 絮集性有機(jī)物的水解以易降解有絮集性有機(jī)物的水解以易降解有 機(jī)物機(jī)物SS的增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)的增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) HB NONO NO OHO HO h OHO O HBSS HBS h S X SK S SK K SK S XXK XX k dt dS 7 8 絮集性有機(jī)氮的水解 假設(shè)有機(jī)氮被均勻地分散在慢速生物降假設(shè)有機(jī)氮被均勻地分散在慢速生物降 解有機(jī)底物中解有機(jī)底物中 這樣被絮集有機(jī)氮的水這樣被絮集有機(jī)氮的水 解速率與慢速生物降解有機(jī)物質(zhì)的水解解速率與慢速生物降解有機(jī)物質(zhì)的水解 速率成正比速率成正比 絮集性有機(jī)氮的水解以易降解有機(jī)氮絮集性有機(jī)氮的水解以易降解有機(jī)氮 SND的增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)的增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ) 78 dt dS X X dt dS S S NDND 五 過(guò)程動(dòng)力學(xué)方程 五 過(guò)程動(dòng)力學(xué)方程 相對(duì)參與某一子過(guò)程反應(yīng)的某一組分 可寫(xiě)出相對(duì)參與某一子過(guò)程反應(yīng)的某一組分 可寫(xiě)出 一個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 來(lái)表示該組分的濃度在一個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 來(lái)表示該組分的濃度在 該子過(guò)程反應(yīng)中隨時(shí)間的變化情況 該子過(guò)程反應(yīng)中隨時(shí)間的變化情況 對(duì)于某一子過(guò)程 可寫(xiě)出一個(gè)或幾個(gè)組分的動(dòng)對(duì)于某一子過(guò)程 可寫(xiě)出一個(gè)或幾個(gè)組分的動(dòng) 力學(xué)方程 力學(xué)方程 一般以某一組分生長(zhǎng)或衰減的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程一般以某一組分生長(zhǎng)或衰減的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 作為基本方程 其他組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程以作為基本方程 其他組分的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程以 該基本方程為基礎(chǔ) 通過(guò)化學(xué)計(jì)量系數(shù)調(diào)整來(lái)該基本方程為基礎(chǔ) 通過(guò)化學(xué)計(jì)量系數(shù)調(diào)整來(lái) 獲得 獲得 例 異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)過(guò)程的 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 涉及的組分 異養(yǎng)菌涉及的組分 異養(yǎng)菌XBH 可溶性 可溶性 易降解有機(jī)物易降解有機(jī)物SS 溶解氧 溶解氧SO 氨氮 氨氮 SNH 堿度 堿度SALK 基本速率方程 異養(yǎng)菌的好氧生基本速率方程 異養(yǎng)菌的好氧生 長(zhǎng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程長(zhǎng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 BH OHO O SS S H BH X SK S SK S dt dX 1 相關(guān)速率方程 11 1 dt dX Ydt dS BH H S 11 1 dt dX Y Y dt dS BH H HO 11 dt dX i dt dS BH XB NH 11 14 dt dXi dt dS BHxbALK 六 組分的總動(dòng)力學(xué)方程式 六 組分的總動(dòng)力學(xué)方程式 j jiji r 例 易生物降解基質(zhì)例 易生物降解基質(zhì)Ss的轉(zhuǎn)化過(guò)程的轉(zhuǎn)化過(guò)程 在異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)過(guò)程 在異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)過(guò)程 1 中消耗中消耗 在異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)過(guò)程 在異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)過(guò)程 2 中消耗中消耗 在被絮集吸附的慢速有機(jī)物水解過(guò)程 在被絮集吸附的慢速有機(jī)物水解過(guò)程 7 中生成中生成 易生物降解基質(zhì)易生物降解基質(zhì)Ss的總反應(yīng)動(dòng)的總反應(yīng)動(dòng) 力學(xué)方程力學(xué)方程 BH NONO NO OOH OH h OOH O BHSX BHS h BHg OOH OH NONO NO SS S H H BH OOH O SS S H H SSS T S X SK S SK K SK S XXK XX k X SK K SK S SK S Y X SK S SK S Y dt dS dt dS dt dS dt dS 1 1 721 六 模型的參數(shù) 六 模型的參數(shù) 1 化學(xué)計(jì)量參數(shù) 化學(xué)計(jì)量參數(shù) 5個(gè) 個(gè) 符號(hào)符號(hào)名名稱(chēng)稱(chēng)單單位位 Y A 自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù) 生成細(xì)胞生成細(xì)胞 gCOD 氧化氧化 g N YH異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù) 生成細(xì)胞生成細(xì)胞 gCOD 氧化氧化 g COD fP生物體中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)生物體中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn) 物的比例物的比例 無(wú)量綱無(wú)量綱 iXB生物體生物體COD中的含氮比例中的含氮比例 g N g COD 生物量 生物量 iXP生物體產(chǎn)物生物體產(chǎn)物COD中的含氮比中的含氮比 例例 g N g COD 內(nèi)源代謝內(nèi)源代謝 產(chǎn)物產(chǎn)物 六 模型的參數(shù) 六 模型的參數(shù) 2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 14個(gè) 個(gè) 符號(hào)符號(hào)名名稱(chēng)稱(chēng)單單位位 異養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率異養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率d 1 KS異養(yǎng)菌半飽和系數(shù)異養(yǎng)菌半飽和系數(shù)g COD m3 KO H異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)g O2 m3 KNO反硝化菌的硝酸鹽半飽和系數(shù)反硝化菌的硝酸鹽半飽和系數(shù)g NO3 N m3 bH異養(yǎng)菌的衰減系數(shù)異養(yǎng)菌的衰減系數(shù)d 1 缺氧條件下缺氧條件下 H的校正因子的校正因子無(wú)量綱無(wú)量綱 缺氧條件下水解校正因子缺氧條件下水解校正因子無(wú)量綱無(wú)量綱 Kh最大比水解速率最大比水解速率 g 慢速可生物降解慢速可生物降解COD g 細(xì)胞細(xì)胞COD d KX 慢速可生物降解底物水解的半飽和系數(shù)慢速可生物降解底物水解的半飽和系數(shù)g 慢速可生物降解慢速可生物降解COD g 細(xì)胞細(xì)胞COD 自養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率自養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率d 1 KNH自養(yǎng)菌的氨半飽和系數(shù)自養(yǎng)菌的氨半飽和系數(shù)g NH3 N m3 KO A自養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)自養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)g O2 m3 ba自養(yǎng)菌衰減系數(shù)自養(yǎng)菌衰減系數(shù)d 1 ka氨化速率氨化速率m3 COD g d H h g A 七 七 模型中化學(xué)計(jì)量系數(shù)剖析模型中化學(xué)計(jì)量系數(shù)剖析 假定如下反應(yīng)發(fā)生 C18H19O9N O2 H C5H7O2N CO2 H2O 我們可以寫(xiě)成 a C18H19O9N b O2 c H d C5H7O2N e CO2 f H2O a b c d e fare called yieldor stoichiometric coefficients Note that one of the coefficients can be chosen equal to 1 統(tǒng)一單位的必要性 對(duì)活性污泥過(guò)程的13個(gè)組分可建立13個(gè) 方程 某一組分可能出現(xiàn)在不止一個(gè)方 程中 因此必須對(duì)13個(gè)方程聯(lián)立求解 才能得出13個(gè)組分的濃度 在計(jì)算過(guò)程中統(tǒng)一各組分的濃度單位 是求解方程得必要條件 ASM1中各組分的單位 對(duì)于含碳有機(jī)物 其濃度用對(duì)于含碳有機(jī)物 其濃度用COD mg L 表示 表示 對(duì)于溶解氧 是負(fù)的對(duì)于溶解氧 是負(fù)的COD值值 其濃度用 其濃度用 COD mg L 表示 表示 對(duì)于微生物 其濃度用對(duì)于微生物 其濃度用COD mg L 表示 表示 1g微生物微生物 相當(dāng)于相當(dāng)于1 42g COD 對(duì)于氨氮 對(duì)于氨氮 NH3 N 用 用N mg L 表示 表示 1g NH3 N 相當(dāng)于相當(dāng)于4 57g COD 對(duì)于對(duì)于NO3 N 用 用N mg L 表示 表示 1g NO3 N相當(dāng)于相當(dāng)于 2 86 g O2 即 即 2 86 g COD 對(duì)于堿度 用對(duì)于堿度 用HCO3 mol L 表示 由于堿度本身不 表示 由于堿度本身不 參與其它組分的反應(yīng) 其單位不同對(duì)于速率方程無(wú)影參與其它組分的反應(yīng) 其單位不同對(duì)于速率方程無(wú)影 響 響 氨氮單位的換算氨氮單位的換算 NH3 2O2HNO3 H2O 14g 64g 1g 4 57g 硝酸鹽氮單位的換算 NO3 6H 5e 1 2N2 3H2O O2 4H 4e 2H2O 在獲得1mol電子時(shí) 需1 5mol NO3 或1 4mol O2 因此1g N 4 43gNO3 相當(dāng)于2 86 g O2 微生物的單位換算 C5H7O2N 5O2CO2 H2O NH3 113g 160g 1g 1 42g 矩陣中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)vij 矩陣內(nèi)化學(xué)計(jì)量系數(shù)矩陣內(nèi)化學(xué)計(jì)量系數(shù)vij 描述了單個(gè)過(guò) 描述了單個(gè)過(guò) 程中各組分之間的數(shù)量關(guān)系 程中各組分之間的數(shù)量關(guān)系 例如 每消耗可溶性底物例如 每消耗可溶性底物 1 YH 微生 微生 物增長(zhǎng) 物增長(zhǎng) 1 代謝過(guò)程中氧被利用 代謝過(guò)程中氧被利用 1 YH YH 系數(shù)系數(shù)vij對(duì)有機(jī)物 含氮物質(zhì) 堿度分別對(duì)有機(jī)物 含氮物質(zhì) 堿度分別 取一致的單位 并分別符合連續(xù)性原則 取一致的單位 并分別符合連續(xù)性原則 ASM1 Petersen Matrix Stoichiometry SI SS XI XS XH XA XP SO SNO SNH SND XND SALK g m3 COD COD COD COD COD COD COD O2 N N N N mole m3 Aerobic growth H 1 Y 1 H H 1 Y Y iXB 14 XB i Anoxic growth H 1 Y 1 H H 1 Y 2 86Y iXB H H XB 1 Y 14 2 86Y i 14 Nitrificat 1 1 A 4 57 Y A 1 Y A 1 Y XB i XB A i1 7Y14 XH decay 1 fP 1 fP iXB fPiXP XA decay 1 fP 1 fP iXB fPiXP Ammonif 1 1 1 14 Hydro XS 1 1 Hydro XND 1 1 化學(xué)計(jì)量系數(shù)化學(xué)計(jì)量系數(shù)v9 2 根據(jù)連續(xù)性原則根據(jù)連續(xù)性原則 V9 2 1 YH YH 組分組分SNO的單位為的單位為mg COD L 1 YH 2 86YH 組分 組分SNO的單位為的單位為mg N L 化學(xué)計(jì)量系數(shù)v8 3 57 4 LmgCODdS LmgCODdX LmgNdS LmgCODdX Y NH BA NH BA A 1 Y A 組分SNH的單位為mg N L 4 57 Y A 組分SNH的單位為mg COD L 根據(jù)連續(xù)性原則 V8 3 1 1 Y A 組分SNH的單位為mg N L 1 4 57 Y A 組分SNH的單位為mg COD L 4 57 Y A YA 組分SNH的單位為mg COD L 化學(xué)計(jì)量系數(shù)v13 2 硝酸鹽氮還原產(chǎn)生堿度硝酸鹽氮還原產(chǎn)生堿度 氨氮氧化氨氮氧化 用于用于異異異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)1個(gè)個(gè) 單位質(zhì)量濃度單位質(zhì)量濃度 還原的硝酸鹽質(zhì)量濃度為 還原的硝酸鹽質(zhì)量濃度為 養(yǎng)養(yǎng)菌生長(zhǎng)菌生長(zhǎng) 消耗消耗堿度堿度 H H Y Y 86 2 1 摩爾濃度為 摩爾濃度為 H H Y Y 86 2 14 1 氨氮參與異養(yǎng)菌生長(zhǎng)的質(zhì)量濃度為氨氮參與異養(yǎng)菌生長(zhǎng)的質(zhì)量濃度為iXB 摩爾濃度為摩爾濃度為iXB 14 因此異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)因此異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)1個(gè)單位質(zhì)量濃度個(gè)單位質(zhì)量濃度 堿度的變化值為 堿度的變化值為 1486 2 14 1 XB H H i Y Y 三 模型參數(shù)的估計(jì)三 模型參數(shù)的估計(jì) 1 可以假設(shè)的參數(shù)值可以假設(shè)的參數(shù)值 符符 號(hào)號(hào)名名 稱(chēng)稱(chēng) YA自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)自養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù) bA自養(yǎng)菌衰減系數(shù)自養(yǎng)菌衰減系數(shù) fP生物體中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)物的比例生物體中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)物的比例 iXB生物體生物體COD中的含氮比例中的含氮比例 iXP生物體產(chǎn)物生物體產(chǎn)物COD中的含氮比例中的含氮比例 KO H異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù) KNO反硝化菌的硝酸鹽半飽和系數(shù)反硝化菌的硝酸鹽半飽和系數(shù) KO A自養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)自養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù) 2 需估測(cè)的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 需估測(cè)的動(dòng)力學(xué)參數(shù) H A g 符符 號(hào)號(hào)名名 稱(chēng)稱(chēng)前期所需信息前期所需信息 YH異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù) 自養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率自養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率bA KNH自養(yǎng)菌的氨半飽和系數(shù)自養(yǎng)菌的氨半飽和系數(shù) bH異養(yǎng)菌的衰減系數(shù)異養(yǎng)菌的衰減系數(shù)YH fP 缺氧條件下缺氧條件下 H的校正因子的校正因子 缺氧條件下水解校正因子缺氧條件下水解校正因子 異養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率系數(shù)異養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率系數(shù) YH XS1 XI1 SS1 fP KS異養(yǎng)菌半飽和系數(shù)異養(yǎng)菌半飽和系數(shù) YH XS1 XI1 XS1 fP kh最大比水解速率最大比水解速率 KX慢速可生物降解底物水解的半飽慢速可生物降解底物水解的半飽 和系數(shù)和系數(shù) ka氨化速率氨化速率 h 3 生活污水在中性 生活污水在中性pH和和20 時(shí)參時(shí)參 數(shù)的典型數(shù)值數(shù)的典型數(shù)值 g 符符 號(hào)號(hào)單單位位參數(shù)值參數(shù)值 20 數(shù)值范圍數(shù)值范圍 YAg細(xì)胞細(xì)胞COD 氧化氧化g N0 240 07 0 28 YHg細(xì)胞細(xì)胞COD 氧化氧化g COD0 670 46 0 69 fP無(wú)量綱無(wú)量綱0 080 08 iXBg N g 生物量生物量COD0 0860 086 iXPg N g 內(nèi)源代謝產(chǎn)物內(nèi)源代謝產(chǎn)物COD0 060 06 d 16 03 0 13 3 KSg COD m320 010 180 KO Hg O2 m30 200 01 0 15 KNOg NO3 N m30 500 1 0 2 bHd 10 620 09 4 38 無(wú)量綱無(wú)量綱0 80 6 1 0 無(wú)量綱無(wú)量綱0 40 4 khg 慢速可生物降解慢速可生物降解COD g 細(xì)胞細(xì)胞COD d3 03 0 KXg 慢速可生物降解慢速可生物降解COD g 細(xì)胞細(xì)胞COD0 030 03 d 10 800 34 0 65 KNHg NH3 N m31 00 6 3 6 KO Ag O2 m30 40 5 2 0 bAd 10 150 05 0 15 kam3 COD g d0 080 08 h A H 六六 模型實(shí)際使用中的約束條件模型實(shí)際使用中的約束條件 微生物的凈生長(zhǎng)速率和微生物的凈生長(zhǎng)速率和SRT必須在合適的范圍必須在合適的范圍 內(nèi)內(nèi) 以保證微生物絮體的形成以保證微生物絮體的形成 3 30d 污泥的沉降性能受進(jìn)入二沉池中固體質(zhì)量濃度污泥的沉降性能受進(jìn)入二沉池中固體質(zhì)量濃度 的影響的影響 750 7500gCOD m3 反應(yīng)器曝氣死區(qū)比例不應(yīng)大于反應(yīng)器曝氣死區(qū)比例不應(yīng)大于50 否則污泥沉否則污泥沉 降性能將會(huì)惡化降性能將會(huì)惡化 曝氣反應(yīng)器中 混合強(qiáng)度不能太大曝氣反應(yīng)器中 混合強(qiáng)度不能太大 ASM2 d 19個(gè)組分 21個(gè)反應(yīng)過(guò)程 22個(gè)化學(xué)計(jì)量學(xué)參數(shù) 45個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 19個(gè)組分個(gè)組分 DenitrifByXPAO Anoxic growth of phosphate accumulating organisms on cell internal organic storage material Correction for ASM2d 21個(gè)反應(yīng)過(guò)程個(gè)反應(yīng)過(guò)程 ASM3 ASM1 的發(fā)展 ASM1 的缺陷 的缺陷 未考慮氮和堿度的限制對(duì)異養(yǎng)菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響 導(dǎo)致某些環(huán)境出現(xiàn)負(fù)濃度 將溶解性和顆粒性可生物降解有機(jī)氮作為組分 這些 指標(biāo)不易測(cè)定 給ASM1的使用帶來(lái)不必要的復(fù)雜性 氨化動(dòng)力學(xué)不易量化 且該過(guò)程很快 對(duì)模型預(yù)測(cè)幾 乎無(wú)影響 將XI認(rèn)為是進(jìn)水和微生物衰減的產(chǎn)物 但實(shí)際應(yīng)用中 二者難以區(qū)分 水解作用對(duì)預(yù)測(cè)氧的消耗量以及異養(yǎng)菌的反硝化有重 要影響 但實(shí)際這一過(guò)程表現(xiàn)了一些同時(shí)發(fā)生的作用 如有機(jī)體的水解 衰減和底物的貯存 因此該過(guò)程的 動(dòng)力學(xué)參數(shù)難以確定 ASM3 ASM1 的發(fā)展 ASM1 的缺陷 的缺陷 衰減 水解和生長(zhǎng)等過(guò)程常用于描述內(nèi)源呼吸 的系列反應(yīng) 如生物體中化合物的貯存 微生 物的死亡 捕食 衰減等 這一過(guò)程動(dòng)力學(xué)參 數(shù)難于評(píng)估 未反映好氧和缺氧狀態(tài)下胞內(nèi)PHA 脂類(lèi) 糖 原的貯存 未考慮硝化菌在好氧和缺氧狀態(tài)下具有不同的 衰減速率 在高泥齡和缺氧區(qū)容積較大的情況 下 將導(dǎo)致最大硝化速率的預(yù)測(cè)偏差 不能直接預(yù)測(cè)MLSS 在呼吸實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常得到較高的生物產(chǎn)率 ASM3 vs ASM1 Desciribe the same processes COD and N removal Key differences from ASM1 Carbon transformation via storage product Endogenous respiration replacing death regeneration Different decay rates under anoxic and aerobic conditions Organic nitrogen no longer independent variables but fractions of organic carbon this change actually started with ASM2 ASM1中微生物的生長(zhǎng)與衰減中微生物的生長(zhǎng)與衰減 SOSNH SNO XP XS SSXBH SO 硝化菌 異養(yǎng)菌 水解 生長(zhǎng) 衰減 衰減 生長(zhǎng) XBA ASM3中微生物的生長(zhǎng)與衰減中微生物的生長(zhǎng)與衰減 SO SNHXI XSSSX