厌氧生物滤池处理城市污水模型与仿真研究

【摘要】：随着我国工农业的迅速发展和城市人口的逐年增加,水资源的严重不足和水体污染已经引起了人们的高度关注。随着对出水水质和处理效率要求的提高以及处理费用和能耗的限制,根据传统经验和规范来设计和管理污水处理厂的旧模式已经无法适应我国快速发展的污水处理事业。采用厌氧生物滤池处理城市污水,具有流程简单,污泥产量少,能耗低且在较低温度下仍能维持较高的有机物去除率,而且没有噪音等特点。因此,近年来受到了各国水处理专家的重视。对厌氧生物滤池工艺建模以及开发相应的模拟系统,必然会提高废水处理系统的设计质量和运行效率。 本论文基于对影响上向流厌氧生物滤池处理城市污水运行的主要因素的分析,建立了一个既能反映反应器内微生物降解基质,又能描述生物滤池逐渐堵塞的数学动力学模型,该模型包含了流量、进水的有机物及悬浮固体浓度、填料粒径、表面积、空隙率等影响因素,分别从生物膜特性、生物滤池的过滤特性及滤池的流体力学三方面考虑建立。 本论文对于所建立的非线性偏微分代数方程(PDAE)模型运用牛顿迭代法,通过MATLAB软件编程求解。并对模型中的主要参数进行了参数分析。模型中的最大比生长速率 、有效扩散系数 、生物膜厚度 和过滤系数 对滤池的性能起积极的作用,而饱和常数 则相反。 将模型应用于实验上向流厌氧生物滤池。通过试验结果与计算机的仿真结果的对比:证明模型能有效仿真上向流生物滤池在不同负荷和运行条件下的性能。并通过模型对理想滤池的性能进行了预测。使模型能有效的决定生物滤池的运行管理和将来生物滤池的优化设计,同时为自动控制工作者制定控制策略提供基础。 【关键词】：上向流厌氧生物滤池 生物膜模型 深床过滤 动力学模型与仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-8
• 1 前 言8-22
• 1.1 城市污水处理厂自控技术的现状9-12
• 1.2 厌氧生物滤池工艺发展概况12-13
• 1.2.1 厌氧生物滤池工艺的发展及应用12
• 1.2.2 厌氧生物滤池工艺在城市污水处理中的应用12-13
• 1.3 污水生物处理的数学模型的发展概况13-18
• 1.3.1 活性污泥法动力学模型的研究进展13-16
• 1.3.2 生物膜法动力学模型的研究进展16-18
• 1.4 研究的目的18-19
• 1.5 课题的提出与研究内容19-22
• 1.5.1 从生化反应的角度建立模型的分析19-20
• 1.5.2 从生物滤池过滤的角度建立模型的分析20-21
• 1.5.3 研究内容21-22
• 2 厌氧/缺氧生物滤池的工艺概述及影响因素22-29
• 2.1 工艺概述22-23
• 2.2 影响生物滤池运行性能的主要因素23-29
• 2.2.1 填料对滤池运行的影响24
• 2.2.2 进水有机物浓度对滤池运行的影响24-25
• 2.2.3 营养物质对滤池运行的影响25
• 2.2.4 水力停留时间与负荷率对滤池运行的影响25-26
• 2.3.5 上向流及其流速对滤池运行的影响26
• 2.3.6 温度对滤池运行的影响26-27
• 2.3.7 pH值对滤池运行的影响27-29
• 3 生物滤池数学模型的建立29-43
• 3.1 基本假设29
• 3.2 模拟生化反应29-34
• 3.2.1 生物膜内基质去除的动力学29-33
• 3.2.2 主体液相中的基质去除动力学33-34
• 3.3 滤池过滤作用的模拟34
• 3.4 生物滤池的流体力学34-36
• 3.5 生物滤池的数学模型36
• 3.6 模型参数分析36-41
• 3.7 模型的有效性41-43
• 4 数学模型的求解及仿真实例43-58
• 4.1 数学模型的求解方法43-45
• 4.2 编程的环境45-46
• 4.3 仿真试验46-49
• 4.3.1 试验场地,流程和装置46-47
• 4.3.2 试验污水水质47-48
• 4.3.3 试验内容及安排48-49
• 4.4 仿真结果讨论49-52
• 4.4.1 不同流量下出水COD浓度沿高度方向上的仿真49-50
• 4.4.2 不同流量下出水SS浓度沿高度方向上的仿真50-52
• 4.5 对理想的上向流生物滤池性能的模型预测52-58
• 4.5.1 不同进水基质浓度条件下,滤池填料层高度对滤池性能的影响53-54
• 4.5.2 进水基质浓度对于滤池性能的影响54
• 4.5.3 进水流量和总水力负荷(THL)对滤池性能的影响54-55
• 4.5.4 横截面积和相关的总水力负荷55-58
• 5 结论与建议58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 建议59-60
• 致 谢60-61
• 参考文献61-66

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