清華施漢昌講座-廢水生物處理的數(shù)值模擬研究課件

施漢昌環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系廢水生物處理的數(shù)值模擬研究施漢昌廢水生物處理的1

主要內(nèi)容中國(guó)水污染的現(xiàn)狀廢水生物處理的優(yōu)勢(shì)廢水生物處理的數(shù)學(xué)模型與工具生物處理反應(yīng)器模擬的示例主要內(nèi)容2中國(guó)水污染的現(xiàn)狀中國(guó)水污染的現(xiàn)狀3我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來嚴(yán)重環(huán)境問題污染問題在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)多種污染同時(shí)并存一、二十年內(nèi)集中爆發(fā)大氣、水污染的經(jīng)濟(jì)損失占GDP5-7%制約社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

復(fù)合污染我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來嚴(yán)重環(huán)境問題復(fù)合污染4河流的污染

在411條被監(jiān)測(cè)的河流中:40%達(dá)到I—III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)33%達(dá)到IV、V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)27%低于V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)100個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面:36%達(dá)到I—III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)40%達(dá)到IV、V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)24%低于V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)河流的污染在411條被監(jiān)測(cè)的河流中:5湖泊的污染我國(guó)絕大部分水域面臨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的問題。太湖:67%劣V類滇池:63%劣V類巢湖：43%劣V類滇池小江小江太湖湖泊的污染我國(guó)絕大部分水域面臨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的問題。滇池小江6城市污水處理廠的發(fā)展城市污水處理廠的發(fā)展7城市污水處理的發(fā)展：近10年來，我國(guó)已經(jīng)建成了大中型城市污水處理廠1000余座；投入資金數(shù)千億元。城市污水處理的需求：需要達(dá)標(biāo)運(yùn)行、節(jié)能降耗和取得環(huán)境效益；污水處理需要更適合我國(guó)國(guó)情的新技術(shù)。城市污水處理的發(fā)展：8廢水生物處理的優(yōu)勢(shì)廢水生物處理的優(yōu)勢(shì)9廢水處理中的微生物生態(tài)系統(tǒng)腐生性微生物絮凝性微生物硝化細(xì)菌捕食性微生物有害性微生物生態(tài)環(huán)境廢水處理中的微生物生態(tài)系統(tǒng)腐生性微生物絮凝性微生物硝化細(xì)菌捕10巨大的緩沖系統(tǒng)良好的適應(yīng)性原水培養(yǎng)長(zhǎng)期馴化優(yōu)勝劣汰形成不同功能的多種群微生物系統(tǒng)形成對(duì)水質(zhì)水量有巨大緩沖能力的處理系統(tǒng)酶的催化反應(yīng)處理系統(tǒng)的低能耗巨大的緩沖系統(tǒng)良好的適應(yīng)性原水培養(yǎng)形成對(duì)水質(zhì)水量有巨大緩11廣泛的適應(yīng)性+低能耗使生物處理技術(shù)在廢水處理中占主導(dǎo)地位

廣泛的適應(yīng)性+低能耗12廢水生物處理技術(shù)的

問題與改善途徑存在的問題進(jìn)出水與過程的參數(shù)不清運(yùn)行的非穩(wěn)態(tài)問題進(jìn)一步提高處理效率在線自動(dòng)檢測(cè)生物反應(yīng)器工程現(xiàn)代生物技術(shù)生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)工具廢水生物處理技術(shù)的

問題與改善途徑存在的問題在線自動(dòng)檢測(cè)生物13廢水生物處理的

數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用軟件廢水生物處理的

數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用軟件14廢水處理的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

廢水生物處理的動(dòng)力學(xué)主要包括：基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)：基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系；微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)：微生物增長(zhǎng)與基質(zhì)濃度、生物量、增長(zhǎng)常數(shù)等因素的關(guān)系；相互關(guān)系：研究基質(zhì)降解與生物量增長(zhǎng)、基質(zhì)降解與需氧、營(yíng)養(yǎng)條件之間的關(guān)系。

對(duì)廢水生物處理動(dòng)力學(xué)模型的研究起始于20世紀(jì)50年代。美國(guó)、英國(guó)和南非等國(guó)的科學(xué)家對(duì)此都有深入的研究。廢水處理的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)廢水生物處理的動(dòng)力學(xué)主要包括15

ASM模型是國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)（IAWQ）于1983年成立課題組開展研究。1987年ASM1模型：碳氧化、硝化、反硝化的三個(gè)過程1994年ASM2模型：增加了磷的生物和化學(xué)去除過程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問題。目前，活性污泥模型的研究和應(yīng)用重點(diǎn)在這三個(gè)模型上。ASM系列活性污泥法模型ASM模型是國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)（IAWQ）16ASM1(13組分、8過程)ASM1(13組分、8過程)17IAWQ活性污泥法模型的過程動(dòng)力學(xué)和化學(xué)計(jì)算表IAWQ活性污泥法模型的過程動(dòng)力學(xué)和化學(xué)計(jì)算表18ASM模型的比較比較項(xiàng)目ASM1ASM2ASM2DASM3模型組分13191913反應(yīng)過程8192112關(guān)鍵過程碳氧化過程/硝化過程/反硝化過程碳氧化/硝化/反硝化/生物、化學(xué)除磷碳氧化/硝化/反硝化/生物、化學(xué)除磷碳氧化過程/硝化過程/反硝化過程模型科學(xué)性早期的模型結(jié)構(gòu)，對(duì)組成分配尚不清晰，采用死亡－再生理論模型化了除磷過程，并開始對(duì)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了一些細(xì)致描述增加了對(duì)聚磷菌反硝化過程的描述將硝化菌和異養(yǎng)菌的過程清晰區(qū)分，并采用內(nèi)源呼吸理論使用情況經(jīng)過10多年的大量使用事例，從模擬、設(shè)計(jì)到控制都較成熟逐漸開始廣泛應(yīng)用，ASM2D出現(xiàn)后的一段時(shí)間應(yīng)用逐漸逐漸取代了ASM2的應(yīng)用還沒有大量的驗(yàn)證和使用基本評(píng)價(jià)大量成熟和穩(wěn)定的應(yīng)用模型非常復(fù)雜，但包含了重要的厭氧和除磷過程模型非常復(fù)雜，但包含了重要的厭氧和除磷過程模型描述的先進(jìn)性，在大量成熟應(yīng)用后，可逐漸取代ASM1。ASM模型的比較比較項(xiàng)目ASM1ASM2ASM2DASM3模19ASM模型的求解：（1）活性污泥法的分類

完全混合式推流式活性污泥法活性污泥法單級(jí)完全混合式活性污泥法

AB工藝A/O工藝ASM模型的求解和應(yīng)用ASM模型的求解：ASM模型的求解和應(yīng)用20采用多個(gè)CSTR反應(yīng)器串連可以模擬各種活性污泥工藝流程A/A/O活性污泥法CSTRCSTRCSTRCSTRCSTRAAOSS采用多個(gè)CSTR反應(yīng)器串連可以A/A/O活性污泥法CSTRC21缺氧－好氧工藝(AO)：A2OOO二沉池厭氧－缺氧－好氧工藝(A2O)：A1A2OO二沉池氧化溝工藝(交替缺氧、好氧)：A2A2OO二沉池SBR工藝(在一個(gè)周期內(nèi)，時(shí)間上的推流、空間上的完全混合):T5沉淀T1T2T3T4缺氧－好氧工藝(AO)：A2OOO二沉池厭氧－缺氧－好氧22WWTP模擬軟件軟件名稱基礎(chǔ)模型模擬工藝SIMBA4.0ASM,消化模型,污染負(fù)荷模型活性污泥,SBR,氧化溝EFORASM1,ASM2D,3種水力模型活性污泥,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，模擬系統(tǒng)與專家系統(tǒng)其他軟件：SASSPro,AQUASIM,AQUASYSTEM,ARASIM,EWSIMWWTP模擬軟件軟件名稱基礎(chǔ)模型模擬工藝SIMBA4.0A23計(jì)算流體力學(xué)

及其應(yīng)用軟件計(jì)算流體力學(xué)

及24計(jì)算流體力學(xué)及其應(yīng)用軟件CFD（ComputationalFluidDynamics）即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，是20世紀(jì)60年代起伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速崛起的學(xué)科。由于計(jì)算機(jī)、算法以及各種軟件的出現(xiàn)使CFD成為非常有用的工程工具。CFD廣泛應(yīng)用于熱能動(dòng)力、航空航天、機(jī)械、土木、水力、環(huán)境、化工等諸多領(lǐng)域。飛機(jī)周圍的壓力場(chǎng)

汽車外流場(chǎng)的模擬

化學(xué)工業(yè)中的攪拌器計(jì)算流體力學(xué)及其應(yīng)用軟件CFD（Computational25隨著CFD應(yīng)用的日益廣泛，出現(xiàn)了許多商業(yè)軟件，如FLUENT,CFX,STAR-CD,ANSYIS等等，其中，F(xiàn)LUENT是最具有競(jìng)爭(zhēng)性的軟件。FLUENT是用于模擬流體復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動(dòng)、傳熱等現(xiàn)象的技術(shù)，它提供了多樣的網(wǎng)格，不同的模型，方便的輸入輸出，能給出穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的解，處理層流、湍流、單相、多相，有反應(yīng)和沒反應(yīng)等多種情況。

隨著CFD應(yīng)用的日益廣泛，出現(xiàn)了許多商業(yè)軟件，如FLUENT26FLUENT計(jì)算步驟預(yù)處理求解后處理建立模型，求解檢查結(jié)果，修訂模型確定模擬目標(biāo)、建立模擬結(jié)構(gòu)，生成網(wǎng)格FLUENT計(jì)算步驟預(yù)處理求解后處理建立模型，檢查結(jié)27生物處理反應(yīng)器的模擬示例生物流化床反應(yīng)器的流態(tài)模擬研究氧化溝反應(yīng)器動(dòng)態(tài)運(yùn)行的模擬研究沉淀池中反硝化污泥上浮的模擬研究生物處理反應(yīng)器的模擬示例生物流化床反應(yīng)器的流態(tài)模擬研究28生物流化床反應(yīng)器的流態(tài)模擬研究在內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的研究基礎(chǔ)發(fā)展出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣浮分離生物流化反應(yīng)器。缺氧－好氧分區(qū)運(yùn)行

輕質(zhì)高強(qiáng)度生物填料

結(jié)合高效固液分離方式的新型復(fù)合反應(yīng)器

反應(yīng)器大型化的蜂窩斷面結(jié)構(gòu)

迷宮式生物載體分離器

1.反應(yīng)器大型化的蜂窩斷面結(jié)構(gòu);2.以氣浮為高效分離單元的好氧生物流化復(fù)合反應(yīng)器；3.缺氧－好氧一體式高效分離生物流化復(fù)合反應(yīng)器；4.新型輕質(zhì)高強(qiáng)度生物填料；5.迷宮式生物載體分離器；

生物流化床反應(yīng)器的流態(tài)模擬研究在內(nèi)循環(huán)三相生物流化床29清華施漢昌講座-廢水生物處理的數(shù)值模擬研究課件30生物流化床的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)生物流化床的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)31反應(yīng)器模擬-靜壓力分布

升、降流區(qū)底部升流區(qū)和降流區(qū)的壓差最大，而接近反應(yīng)器頂部，這種差別逐漸減小。就壓力的絕對(duì)值而言，升、降流區(qū)底部壓力的絕對(duì)值大于頂部。

＋－橫斷面縱斷面縱斷面反應(yīng)器模擬-靜壓力分布升、降流區(qū)底部升流區(qū)和降流區(qū)的壓差最32反應(yīng)器模擬-循環(huán)液速

在每個(gè)降流區(qū)和升流區(qū)的橫斷面上，液體流速有所區(qū)別。降流區(qū)液體流速在斷面上比較平均，只有周邊流速較小。而升流區(qū)由于受曝氣頭的影響，局部區(qū)域流速明顯高于四周，并且差別較大，但是流速較高的區(qū)域不一定在升流區(qū)的中心。反應(yīng)器模擬-循環(huán)液速在每個(gè)降流區(qū)和升流區(qū)的橫斷面上，液體流33反應(yīng)器模擬-底隙高度影響氣含率隨著底隙高度的增加，升流區(qū)氣含率降低，降流區(qū)氣含率增加。在底隙高度B為600mm時(shí)，液體循環(huán)速度最大，B減小和增大時(shí)液體循環(huán)速度都減小。循環(huán)液速流化床底部的流速分布反應(yīng)器模擬-底隙高度影響氣含率隨著底隙高度的增加，升流區(qū)氣含34載體分離器參數(shù)對(duì)分離效果的影響不同h分離區(qū)上部固含率比較不同a/b分離區(qū)上部固含率比較載體分離器參數(shù)對(duì)分離效果的影響不同h分離區(qū)上部固含率比較不35COD的去除效果常州麗華污水處理站的運(yùn)行效果進(jìn)水COD負(fù)荷：5.28kg/m3.dCOD去除率：81%COD的去除效果常州麗華污水處理站的運(yùn)行效果進(jìn)水COD負(fù)荷36TP的去除效果NH4-N的去除效果氨氮去除率>80%出水濃度<10mg/LTP去除率>60%出水TP濃度<2.5mg/L化學(xué)強(qiáng)化除磷：出水TP濃度<0.5mg/LTP的去除效果NH4-N的去除效果氨氮去除率>80%TP去37與“95”生物流化床的比較高20m，最大直徑5m高10m,最大直徑3.1m以單臺(tái)日處理廢水1000m3為例：新型反應(yīng)器

水泵揚(yáng)程：降低50%風(fēng)機(jī)壓力：降低40%啟動(dòng)能耗：降低30%基礎(chǔ)承壓：降低30%容積效率：提高27%材料消耗：降低15%具有除碳和脫氮除磷的多種功能實(shí)現(xiàn)了高效和低能耗與“95”生物流化床的比較高20m，最大直徑5m38氧化溝反應(yīng)器動(dòng)態(tài)運(yùn)行的模擬研究不同條件下氧化溝中的流態(tài)分布不同條件下氧化溝中的濃度分布氧化溝中微元的生物反應(yīng)過程不同條件下氧化溝中適宜的缺氧區(qū)和好氧區(qū)分布曝氣機(jī)與水下推流器的合理布置提出氧化溝同步硝化反硝化的優(yōu)化運(yùn)行模式氧化溝反應(yīng)器動(dòng)態(tài)運(yùn)行的模擬研究不同條件下氧化溝中的流態(tài)分布提39進(jìn)水在溝內(nèi)要循環(huán)多次（10次以上）才流出氧化溝，溝內(nèi)的一個(gè)確氧區(qū)就相當(dāng)于多個(gè)缺氧好氧活性污泥池的串聯(lián)。缺氧區(qū)進(jìn)水在溝內(nèi)要循環(huán)多次（10次以上）才流出氧化溝，溝內(nèi)的一個(gè)確40氧化溝中的流態(tài)研究小試模型測(cè)試CFD模擬氧化溝流態(tài)模型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試模型驗(yàn)證流態(tài)分布-推流器設(shè)置氧化溝中的流態(tài)研究小試模型測(cè)試CFD模擬氧化溝流態(tài)模型現(xiàn)場(chǎng)測(cè)41氧化溝生化反應(yīng)過程的分析+優(yōu)化運(yùn)行條件氧化溝單元化分區(qū)進(jìn)水負(fù)荷的變化不同負(fù)荷下各分區(qū)的DO濃度不同負(fù)荷下整溝的AO容積氧化溝生化反應(yīng)過程的分析+優(yōu)化運(yùn)行條件氧化溝單元化分區(qū)進(jìn)水負(fù)42入水水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析入水水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析43水質(zhì)參數(shù)COD（mg/L）TN（mg/L）NH3（mg/L）NO（mg/L）P（mg/L）平均值16.1817.0816.290.20.172o'clock13.4916.171.8813.880.195o'clock10.7711.151.019.750.1310o'clock13.4422.321.220.410.9112o'clock50.7623.5520.930.010.8614o'clock36.8919.8118.020.021.0317o'clock90.8822.8918.330.010.7219o'clock14.8617.0416.150.291.4922o'clock17.9015.2514.560.170.64氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析水質(zhì)參數(shù)CODTNNH3NOP平均值16.1817.0844不同時(shí)刻截面溶解氧平均值隨位置變化（工況1）

不同時(shí)刻截面溶解氧平均值隨位置變化（工況2）氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析不同時(shí)刻截面溶解氧平均值隨位置變化（工況1）不同時(shí)刻截面溶45氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析入水動(dòng)態(tài)變化對(duì)出水以及氧化溝內(nèi)溶解氧分布影響顯著氧化溝動(dòng)力學(xué)模擬分析入水動(dòng)態(tài)變化對(duì)出水以及氧化溝內(nèi)溶解氧分布46動(dòng)力學(xué)模擬分析不同控制條件下運(yùn)行效果得出優(yōu)化運(yùn)行控制方法入水動(dòng)態(tài)變化出水水質(zhì)不穩(wěn)定氮、磷去除效果溶解氧濃度空間和時(shí)間變化不合理個(gè)別區(qū)域流速不能滿足運(yùn)行要求系統(tǒng)運(yùn)行污泥濃度調(diào)節(jié)曝氣機(jī)運(yùn)行對(duì)DO分布的影響單元化分析氧化溝內(nèi)部環(huán)境變化氧化溝優(yōu)化運(yùn)行分析動(dòng)力學(xué)模擬分析不同控得出優(yōu)化運(yùn)行控制方法入水動(dòng)態(tài)變化出水水質(zhì)47清華施漢昌講座-廢水生物處理的數(shù)值模擬研究課件48清華施漢昌講座-廢水生物處理的數(shù)值模擬研究課件49化學(xué)強(qiáng)化除磷化學(xué)強(qiáng)化除磷50基于進(jìn)水負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)運(yùn)行模式前饋+反饋的運(yùn)行控制方法同步硝化反硝化與化學(xué)強(qiáng)化除磷的優(yōu)化運(yùn)行基于進(jìn)水負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)運(yùn)行模式前饋+反饋的運(yùn)行控制方法同步硝51沉淀池中反硝化污泥上浮的模擬研究

反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究；反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立；反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用；沉淀池中反硝化污泥上浮的模擬研究反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研52研究思路與方法研究思路

CFD模擬二沉池中流態(tài)及固相行為和分布反硝化污泥上浮過程重要參數(shù)二沉池反硝化過程及影響因素反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)生物動(dòng)力學(xué)模擬反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型反硝化污泥上浮實(shí)例研究反硝化污泥上浮過程影響因素反硝化污泥上浮問題控制策略研究思路與方法研究思路CFD模擬二沉池中流態(tài)及固相行為和分53研究思路與方法研究方法——二沉池中流場(chǎng)及固相行為和分布模擬研究采用基于CFD原理的FLUENT軟件進(jìn)行研究；建立適用于FLUENT計(jì)算的二沉池概化模型；采用歐拉－拉格朗日方法模擬研究二沉池中固相顆粒的行為；采用歐拉－歐拉方法模擬研究二沉池中固相濃度分布；研究思路與方法研究方法——二沉池中流場(chǎng)及固相行為和分布模擬研54二沉池簡(jiǎn)化算例

二沉池簡(jiǎn)化算例55網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分56邊界條件

速度入口Velocity_inlet一般出流Outflow一般出流Outflow密度(kg/m3)動(dòng)力粘度(kg/m*s)速度(m/s)等效直徑(

m)體積分?jǐn)?shù)液相(水)10000.0010.1————固相(污泥)11001.8×10-51000.0018(2000mg/L)邊界條件速度入口Velocity_inlet一般出流Out57反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立泥層位置的確定通過FLUENT模擬得到二沉池中的固相分布：泥層位置判斷條件一：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立泥層位置的確定通過FLUENT模58反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立泥層位置的確定通過FLUENT模擬得到二沉池中的水流流速分布：泥層位置判斷條件二：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立泥層位置的確定通過FLUENT模59研究思路與方法研究方法——二沉池中反硝化過程模擬研究采用基于ASM模型的WEST軟件進(jìn)行研究；建立適用于WEST模擬的二沉池概化模型；有機(jī)氮氨化硝化反硝化研究思路與方法研究方法——二沉池中反硝化過程模擬研究采用基60反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究試驗(yàn)結(jié)果

反硝化污泥上浮過程可分為三個(gè)階段：第一階段：產(chǎn)氣階段第二階段：帶氣顆粒上浮階段第三階段：泥層上浮階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究試驗(yàn)結(jié)果反硝化污泥上浮過61研究思路與方法研究方法——反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)試驗(yàn)裝置——?jiǎng)討B(tài)數(shù)碼攝像系統(tǒng)研究思路與方法研究方法——反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)試驗(yàn)裝置——62研究思路與方法研究方法——反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)試驗(yàn)裝置——?jiǎng)討B(tài)數(shù)碼攝像系統(tǒng)光源電源光源及樣品池圖像采集系統(tǒng)圖像分析系統(tǒng)研究思路與方法研究方法——反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)試驗(yàn)裝置——63反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第一階段——產(chǎn)氣階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第一階段——產(chǎn)氣階段64反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第二階段——帶氣顆粒上浮階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第二階段——帶氣顆粒上浮階段65反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第二階段——帶氣顆粒上浮階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第二階段——帶氣顆粒上浮階段66反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第三階段——泥層上浮階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第三階段——泥層上浮階段67反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第三階段——泥層上浮階段反硝化污泥上浮小試試驗(yàn)的研究第三階段——泥層上浮階段68氮?dú)怙柡碗A段氮?dú)鈿馀莩珊穗A段氮?dú)鈿馀萆L(zhǎng)階段帶氣顆粒上浮階段泥層上浮階段反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立模型結(jié)構(gòu)反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型將整個(gè)過程分為五個(gè)階段：t0t1t2t3t4tc研究周期起始時(shí)刻氮?dú)鉂舛冗_(dá)到飽和時(shí)刻第一個(gè)氮?dú)鈿馀莓a(chǎn)生時(shí)刻第一個(gè)帶氣顆粒上浮時(shí)刻泥層發(fā)生上浮時(shí)刻研究周期結(jié)束時(shí)刻氮?dú)怙柕獨(dú)鈿馀莸獨(dú)鈿馀輲忸w粒泥層上反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的69反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第一階段——氮?dú)怙柡碗A段(t0-t1)

考察泥層中的氮?dú)鉂舛菴，在這一階段里，經(jīng)歷了如下過程：t0：C處于飽和狀態(tài)進(jìn)水的稀釋作用t1：C重新達(dá)到飽和狀態(tài)反硝化產(chǎn)生氮?dú)夥聪趸勰嗌细?shù)學(xué)模型的建立第一階段——氮?dú)怙柡碗A段(t0-70反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第一階段——氮?dú)怙柡碗A段(t0-t1)

將泥層視作連續(xù)進(jìn)出水完全混合式活性污泥反應(yīng)器，通過WEST模擬得到氮?dú)鉂舛茸兓€：t1Cs反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第一階段——氮?dú)怙柡碗A段(t0-71t1Cs反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第二階段——氮?dú)鈿馀莩珊穗A段(t1-t2)

在t1之后，氮?dú)鉂舛瘸暑愃凭€形增長(zhǎng)，氮?dú)庠谒械倪^飽和度S(t)也不斷增加：t1Cs反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第二階段——氮?dú)鈿馀莩珊?2反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第二階段——氮?dú)鈿馀莩珊穗A段(t1-t2)

過飽和度S(t)不斷增長(zhǎng)，直到t2時(shí)刻，S(t)滿足氣泡成核條件，泥層中形成了第一個(gè)氮?dú)鈿馀?。泥層中的氣泡成核屬于?jīng)典異相成核，需要滿足條件：故t2可按下式計(jì)算：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第二階段——氮?dú)鈿馀莩珊穗A段(t73反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第三階段——氮?dú)鈿馀萆L(zhǎng)階段(t2-t3)

在這一階段里，由于氮?dú)鈿馀莸脑鲩L(zhǎng)受擴(kuò)散控制，已經(jīng)形成的氣泡粒徑將以恒定的速度G0增長(zhǎng)：

式中，kg為描述氣泡粒徑增長(zhǎng)的常數(shù)，需由試驗(yàn)確定。氣泡的粒徑r(t)可表示為：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第三階段——氮?dú)鈿馀萆L(zhǎng)階段(t74反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t3-t4)

不斷增大的氣泡與活性污泥顆粒粘附在一起，使得帶氣顆粒的密度小于水，從而發(fā)生上浮。帶氣顆粒上浮發(fā)生的條件為：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t75反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t3-t4)

通過小試試驗(yàn)觀察到R與氣泡直徑dg的關(guān)系：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t76反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t3-t4)R隨氣泡直徑dg增大而減小的機(jī)理：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t77反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t3-t4)第一個(gè)帶氣顆粒上浮發(fā)生上浮的時(shí)間t3為：1.43d0反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第四階段——帶氣顆粒上浮階段(t78反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第五階段——泥層上浮階段(t4-t5)

由于泥層中氣泡數(shù)量和體積的不斷增加，泥層的密度不斷降低，在t4時(shí)刻，泥層的密度減至小于水而發(fā)生上浮。發(fā)生上浮的條件為：

在任一時(shí)刻t(t>t2)，已生成的氣泡總體積為：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立第五階段——泥層上浮階段(t4-79反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型將反硝化污泥上浮過程分為氮?dú)怙柡?、氮?dú)鈿馀莩珊恕⒌獨(dú)鈿馀萆L(zhǎng)、帶氣顆粒上浮和泥層上浮五個(gè)階段；氮?dú)膺_(dá)到飽和的時(shí)刻t1，第一個(gè)氮?dú)鈿馀莩珊说臅r(shí)刻t2，第一個(gè)帶氣顆粒上浮的時(shí)刻t3和泥層發(fā)生上浮的時(shí)刻t4是模型的四個(gè)重要時(shí)刻。反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的建立反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型將反硝化80反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用的步驟WEST模擬資料搜集CFD模擬1小試試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算CFD模擬2反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用的步驟WEST模擬資料搜81反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——研究對(duì)象

某城市污水處理廠中心進(jìn)水周邊出水的幅流式二沉池。日進(jìn)水流量40000m3/d，直徑50m，池有效水深4.5m，單池面積1960m2，雙邊三角堰出水，間歇排泥，回流比為0.4。反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——研究對(duì)象82反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬111反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬11183反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用1-1處沿池深方向固相濃度1-1處沿池深方向水流軸向流速4.5反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用1-1處沿池深方向固相濃度1-184反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬14.5m反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬14.85反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——WEST模擬第一階段——氮?dú)怙柡碗A段反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——WEST模擬第一86反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算250第二階段——氮?dú)鈿馀莩珊穗A段反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算250第87反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第三階段——氮?dú)鈿馀萆L(zhǎng)階段反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第三階段88反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第四階段——帶氣顆粒上浮階段1.43反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第四階段89反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第五階段——泥層上浮階段反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——模型計(jì)算第五階段90反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬2上浮的帶氣顆粒對(duì)出水SS的影響：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬2上浮91反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬2上浮帶氣顆粒的去向分布：在t4時(shí)刻上浮的帶氣顆粒對(duì)出水SS的貢獻(xiàn)：反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用模型應(yīng)用實(shí)例——CFD模擬2上浮92反硝化污泥上浮數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用