ASM1耦合曝气模型对污水处理厂的模拟研究

为了更好地模拟污水处理厂实际的曝气方式及溶解氧浓度,采用更加精确的曝气模型对某污水处理厂进行了模拟研究.该模型考虑了污泥浓度、堵塞及温度等因素对氧传质的影响,并将该曝气模型与ASM1相耦合.首先,通过灵敏度分析确定了对该污水处理厂出水指标影响较大的参数,分别为异养菌产率系数YH、异养菌最大比增长速率μH、自养菌最大比增长速率μA及自养菌氧利用半饱和系数KOA.然后,测定部分灵敏度较高的参数并使用测量结果对模型进行校正,校正结果使用希尔系数表征.最后,使用另一批数据对校正参数进行验证.模拟的COD、氨氮、总氮和好氧池末端溶解氧的希尔不等系数分别是0.13、0.23、0.20和0.15,而通过控制溶解氧浓度或理论氧转移效率模型模拟则出现氨氮、溶解氧、总氮及COD的希尔不等系数不同程度上升的结果.校验后的ASM1/曝气耦合模型参数可以很好地应用于污水处理厂的模拟当中,对于优化污水厂曝气控制具有重要意义.     

基于呼吸计量法的异养菌动力学参数优化估计

利用双水解模型对活性污泥数学模型(ASM)进行改进,并通过呼吸计量试验和非线性最优化算法建立了异养菌动力学参数的优化估计方案.该方案在上海2个污水处理厂的测定结果表明,经优化求解后,ASM改进模型能够准确模拟批式试验的耗氧速率曲线.26℃下,曲阳厂和白龙港厂活性污泥的异养菌衰减系数分别为0.58,0.55d-1,异养菌最大比增长速率常数(均约为4d-1)和半饱和常数(2.00,2.36mg/L)较为接近.白龙港厂进水中慢速可生物降解有机物的水解速率明显高于曲阳厂,这是由于长距离管道输送显著降低水解组分的粒径所致.     

ASM1模型动力学参数敏感度分析

文章对ASM1动力学参数的敏感度进行了研究。在COST模拟基准条件下,结果表明敏感度较大的动力学参数有自养菌最大比生长率uA、异养菌衰减系数bH、最大比水解速率kh、水解饱和常数KX和缺氧区缺氧水解修正因子ηh。敏感度分析结果为ASM1实际应用中校核参数的选择提供了依据。     

菌株qy37的异养硝化/好氧反硝化机制比较及氨氮加速降解特性研究

筛选出1株耐盐异养硝化-好氧反硝化菌qy37,通过形态观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析,确定其为假单胞菌属(Pseudomonas).研究了异养硝化-好氧反硝化菌qy37的脱氮特性.在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内,该菌32 h内使NH 4+-N由138.52 mg/L降至7.88 mg/L,COD由2 408.39 mg/L降至1 177.49 mg/L,NH2 OH最大积累量为9.42 mg/L,NO 2--N最大积累量仅为0.02 mg/L,推测该菌将NH2OH直接转化为N2O和N2从系统中脱除.在以NaNO2为氮源的好氧反硝化系统内,该菌24 h内使NO 2--N由109.25 mg/L降至2.59 mg/L,NH2OH最大积累量为3.28 mg/L.好氧反硝化系统与异养硝化系统相比菌体生长量高,TN去除率低,COD消耗量低,NH2OH积累量低,并且检测到NO 3--N的积累.认为好氧反硝化在菌体生长和能量利用方面比异养硝化更有效率.在异养硝化-好氧反硝化混合系统内,16 h NH 4+-N去除速率比异养硝化系统提高了37.31%.混合系统的NH2 OH积累量低于异养硝化系统和好氧反硝化系统,但N2 O产出量高于二者.     

ASMs模型中异养菌减衰系数之间的关系及其测定

国际水协(IAWQ)推出的ASM1、ASM2、ASM2D号模型中描述微生物的衰亡过程采用了死亡-再生模式,而ASM3号模型中描述微生物的衰亡则采用了传统减衰模式,文章从两种减衰模式的机理出发,指出了两者之间的区别与联系,并详细推导了两种减衰模式中各参数之间的关系,以此得出了异养菌传统减衰系数bH'和死亡-再生减衰系数bH的测定计算方法。文中在20℃条件下,对以印染废水为主的实际污水处理厂活性污泥的异养菌减衰系数bH'和bH进行了测定,所得结果分别为0.20和0.50。     

不同颗粒龄的好氧颗粒污泥性能的研究

在SBR反应器中,分别以絮状活性污泥培养的好氧颗粒污泥和直接接种的已稳定运行1 a的好氧颗粒污泥为对象,对2种颗粒龄不同的颗粒污泥的形态、理化特性、对有机物降解能力以及微生物活性进行了比较研究.结果表明,小颗粒龄好氧颗粒的平均湿密度、污泥的比重和表示物理强度的完整系数(IC)分别为1.066 g.cm-3、1.013 g.cm-3和98.7%,各指标均高于大颗粒龄好氧颗粒的1.026 g.cm-3、1.010 g.cm-3和98.4%,两者的平均粒径分别为1.9 mm和2.2 mm.小颗粒龄好氧颗粒和大颗粒龄好氧颗粒的沉降速度分别为0.005～0.032 m.s-1和0.003～0.028 m.s-1,前者的SVI较低,且两体系中好氧颗粒的沉降速度均随粒径的增大而增大.两者对COD、NH4+-N的去除率都保持在90%以上和85%左右,从出水COD浓度、NH4+-N浓度和周期试验来看,小颗粒龄好氧颗粒对COD、NH4+-N的去除效果更好,两者对TP的去除率分别维持在40%～90%和32%～85%,但两者对TN的去除效果相差不大,去除率都在80%左右.同时,小颗粒龄好氧颗粒的异养菌比耗氧速率(SOURH)、亚硝酸菌比耗氧速率(SOURNH4)、硝酸菌比耗氧速率(SOURNO2)分别为26.4、14.8和11.2 mg.(h.g)-1,均大于大颗粒龄好氧颗粒的25.2、14.4和8.4 mg.(h.g)-1.综上所述,好氧颗粒污泥由于颗粒龄的不同会具有明显不同的理化性质,颗粒龄小的好氧颗粒具有更好的有机物降解能力、更高的微生物活性和更好的稳定性.     

微量NO2下完全自营养脱氮动力学及运行优化

采用间歇试验研究了微量NO2氛围下,好氧、厌氧氨氧化复合颗粒污泥动力学特性.结果表明,微量NO2能提高O2反应活性,强化好氧氨氧化过程.反应动力学可用Andrews方程描述,NO2半饱和系数和抑制系数分别为1.32,7.11μmol/L.NO2强化厌氧氨氧化过程动力学模型中最大强化系数为43.5,NO2半饱和系数和抑制系数分别为16.9,0.348μmol/L,基础速率系数为0.024.建立了NO2强化完全自营养脱氮动力学模型,并对EGSB反应器中脱氮过程进行了模拟,当DO为0.6mg/L,NO2为3.0μmol/L时,总氮去除率达最大值.根据模拟结果优化反应器运行条件,总氮去除率由26.86%~31.65%提高到58.83%~63.08%,总氮平均去除速率由0.113 kg/(m3·d)提高到0.234kg/(m3·d).     

高氨氮渗滤液处理的ANAMMOX A2/O工艺研究

通过好氧出水回流到厌氧流化床可以实现厌氧氨氧化过程.对于高浓度氨氮渗滤液,ANAMMOX反应可使ANAMMOX A2/O工艺比普通A2/O工艺的TN去除率提高15%～20%,达32%以上;好氧出水NO-2-N浓度有较大幅度地降低,改善了出水水质.ANAMMOX反应总反应级数为3级,对NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的反应级数均为1级,反应速率常数为-3.43E-5 L2@(mmol2@h)-1.     

模拟池塘生态系统中单甲脒对微生物种群和存活的影响

研究了单甲脒（Ｎ－２,４－二甲苯基－Ｎ’－甲基甲脒,简称ＤＭＡ）对模拟池塘生态系统中微生物种群的影响,试验结果表明,投加单甲脒盐酸盐（ＤＭＡＨ）对底泥微生物种群无明显影响,而对水生微生物的最主要种群－－好氧异养菌总量则有明显促进的影响,微生物生长和存活试验表明,只有高于５０ｍｇ／Ｌ的ＤＭＡＨ对水中好氧异养菌的生长存活才有抑制作用,底泥中的好氧异养菌和未受污染的底泥酵母菌的ＤＭＡＨ抑制浓度也是５０ｍ     

竹园污水厂闭式双泥龄工艺活性污泥数学模型的参数研究

竹园第二污水厂采用一种闭式双泥龄新型工艺。以活性污泥1号模型(ASM1)为基础,测定污水厂的进水水质特性参数、异养菌产率系数(YH)和异养菌衰减系数(bH),为后续工艺模型的建立和校正提供基础数据。结果表明:竹园第二污水厂进水易生物降解有机物(Ss)、慢速生物降解有机物(Xs)、溶解态惰性有机物(SI)、异养菌(XBH)、颗粒态惰性有机物(XI)占总COD的平均比值分别为20.0%、32.1%、17.4%、9.6%、20.9%。进水氨氮(SNH)、溶解态可生物降解有机氮(SND)、颗粒态可生物降解有机氮(XND)占TN的平均比值分别为71.5%、10.0%、18.5%。闭式双泥龄工艺平行组合中的传统活性污泥池和A/O池分支的异养菌产率系数(YH)分别为0.68和0.78,异养菌衰减系数(bH)分别为0.501 d-1和0.621 d-1。     

Ozone sensitivity analysis with the MM5-CMAQ modeling system for Shanghai

Ozone has become one of the most important air pollution issues around the world. This article applied both O3/(NOy-NOx) and H2O2/HNO3 indicators to analyze the ozone sensitivity in urban and rural areas of Shanghai, with implementation of the MM5-CMAQ modeling system in July, 2007. The meteorological parameters were obtained by using the MM5 model. A regional emission inventory with spatial and temporal allocation based on the statistical data has been developed to provide input emission data to the MM5-CMAQ modeling system. Results showed that the ozone concentrations in Shanghai show clear regional differences. The ozone concentration in rural areas was much higher than that in the urban area. Two indicators showed that ozone was more sensitive to VOCs in urban areas, while it tended to be NOx sensitive in rural areas of Shanghai.     

Predicting heavy metals’ adsorption edges and adsorption isotherms on MnO2 with the parameters determined from Langmuir kinetics

Although surface complexation models have been widely used to describe the adsorption of heavy metals, few studies have verified the feasibility of modeling the adsorption kinetics,edge, and isotherm data with one p H-independent parameter. A close inspection of the derivation process of Langmuir isotherm revealed that the equilibrium constant derived from the Langmuir kinetic model, K S-kinetic, is theoretically equivalent to the adsorption constant in Langmuir isotherm, K S-Langmuir. The modified Langmuir kinetic model(MLK model) and modified Langmuir isotherm model(MLI model) incorporating p H factor were developed. The MLK model was employed to simulate the adsorption kinetics of Cu(II), Co(II), Cd(II), Zn(II) and Ni(II) on Mn O2 at p H 3.2 or 3.3 to get the values of K S-kinetic. The adsorption edges of heavy metals could be modeled with the modified metal partitioning model(MMP model), and the values of K S-Langmuir were obtained. The values of K S-kinetic and K S-Langmuir are very close to each other, validating that the constants obtained by these two methods are basically the same. The MMP model with K S-kinetic constants could predict the adsorption edges of heavy metals on Mn O2 very well at different adsorbent/adsorbate concentrations. Moreover, the adsorption isotherms of heavy metals on Mn O2 at various p H levels could be predicted reasonably well by the MLI model with the K S-kinetic constants.     

Bayesian calibration of the nitrous oxide emission module of an agro-ecosystem model

Nitrous oxide (N₂O) is the main biogenic greenhouse gas contributing to the global warming potential (GWP) of agro-ecosystems. Evaluating the impact of agriculture on climate therefore requires a capacity to predict N₂O emissions in relation to environmental conditions and crop management. Biophysical models simulating the dynamics of carbon and nitrogen in agro-ecosystems have a unique potential to explore these relationships, but are fraught with high uncertainties in their parameters due to their variations over time and space. Here, we used a Bayesian approach to calibrate the parameters of the N₂O submodel of the agro-ecosystem model CERES-EGC. The submodel simulates N₂O emissions from the nitrification and denitrification processes, which are modelled as the product of a potential rate with three dimensionless factors related to soil water content, nitrogen content and temperature. These equations involve a total set of 15 parameters, four of which are site-specific and should be measured on site, while the other 11 are considered global, i.e. invariant over time and space. We first gathered prior information on the model parameters based on the literature review, and assigned them uniform probability distributions. A Bayesian method based on the Metropolis–Hastings algorithm was subsequently developed to update the parameter distributions against a database of seven different field-sites in France. Three parallel Markov chains were run to ensure a convergence of the algorithm. This site-specific calibration significantly reduced the spread in parameter distribution, and the uncertainty in the N₂O simulations. The model’s root mean square error (RMSE) was also abated by 73% across the field sites compared to the prior parameterization. The Bayesian calibration was subsequently applied simultaneously to all data sets, to obtain better global estimates for the parameters initially deemed universal. This made it possible to reduce the RMSE by 33% on average, compared to the uncalibrated model. These global parameter values may be used to obtain more realistic estimates of N₂O emissions from arable soils at regional or continental scales.     

我国东部地区硫沉降模拟研究──模式开发和性能分析

为满足管理和决策的需要,研究了一个可用于模拟硫化物远距离输送和沉降的二维欧拉统计箱模式。分析结果表明：湿沉降模式计算值和监测值之间具有较好的对应关系,两者的相关系数大于0.7;尽管SO₂、SO²₄－浓度和沉降量对一些参数的变化较为敏感,但模式的主要输出结果硫沉降对参数的变化不敏感,只要参数在适宜的范围内取值,计算结果是合理的。对气象场的年际变化影响分析表明,采用多年统计平均气象场代替单气象场切实可行。     

Optimization of parameters on photocatalytic degradation of chloramphenicol using TiO2 as photocatalyist by response surface methodology

The experimental design methodology was applied for modeling and optimizing the operation parameters on photocatalytic degradation of chloramphenicol (CAP) using TiO2 as photocatalyst in a photoreactor. Three experimental parameters (including pH, TiO2 concentration and CAP initial concentration) were adopted to obtain the preliminary information. The multivariate experimental design was employed to establish a quadratic model as a functional relationship between the degradation rate of CAP and three experimental parameters. The interaction e ects and optimal parameters were obtained by using Design Expert software. The optimal values of the operation parameters under the related constraint conditions were found at pH 6.4, TiO2 concentration of 0.94 g/L and CAP initial concentration of 19.97 mg/L, respectively. The degradation rate of CAP approached 85.97% under optimal conditions. The regression analysis with R2 value of 0.9519 had a good agreement between the experimental results and the predictive values. In addition, pH and TiO2 concentration had a significant influence on the degradation rate of CAP.     

规范变换与误差修正结合的环境系统的前向网络和投影寻踪预测模型

为了建立适用于环境系统的结构简洁、形式统一、程序规范、应用普适的神经网络和投影寻踪回归预测模型,针对传统的神经网络和投影寻踪回归用于多因子、大样本预测建模,存在模型结构复杂、学习效率低的局限,提出设置环境系统预测量及其影响因子参照值和规范变换式的原则和方法,使规范变换后的影响因子皆"等效"于同一个规范影响因子,从而将多因子的的预测建模简化为等效规范因子的预测建模,使模型结构得到极大地简化,提高了学习效率;此外,为了提高预测模型的预测精度,还提出了对预测样本的模型输出值的误差修正公式.在对环境系统的预测量及其影响因子进行规范变换的基础上,将m个规范影响因子的每个建模样本组成m个"等效"训练样本,应用免疫进化算法优化模型参数,分别建立适用于环境系统的2个或3个规范影响因子的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型;并依据误差理论,对误差修正公式修正后的模型预测精度的提高进行了严格的数学论证.将基于规范变换与相似样本误差修正相结合的两类预测模型,用于某市5个点位的SO_2浓度预测,并与6种传统预测模型和方法的预测结果进行了比较.结果表明:对同一个预测样本,同类模型的两种不同结构的的预测值及其相对误差都几乎完全相同或彼此相差甚小;此外,两种不同结构的两类预测模型用于5个样本预测,其相对误差绝对值的平均值分别为2.59%、2.67%;2.18%、2.62%,均远小于传统BP神经网络模型的25.72%、传统PPR模型的14.20%、传统SVR模型的22.13%、模糊识别模型的21.57%、组合算子模型的18.36%和多元回归模型的25.31%;而两类模型预测的最大的相对误差绝对值分别为4.11%和3.57%,更加远远小于传统的6种预测模型的37.18%、56.07%、27.40%、32.14%、38.38%和60.26%.实例分析结果证实了误差修正公式对提高模型预测精度具有切实可行性.基于规范变换与误差修正相结合的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型不仅避免了"维数灾难",提高了学习效率和模型的预测精确度,而且具有简洁、普适、规范、统一和稳定的特点,对其他预测建模也有借鉴作用.     

HAN基ECSP凝胶模型的构建与分子动力学模拟

目的 从微观分子的角度对硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSP)的性能参数进行模拟与计算。方法 利用分子表面静电势(ESP)对HAN分子2种可能的构型进行优化和稳定性分析。通过真空非周期性分子动力学模拟得到聚乙烯醇(PVA)分子稳定构型,并以HAN基ECSP的主要成分按一定比例构建凝胶模型。基于RESP(Restrained Electrostatic Potential)电荷生成更准确的凝胶模型拓扑文件,并进行凝胶模型的分子动力学模拟、模型稳定分析以及模型参数计算。结果 凝胶模型总能量相对平均值的周期性波动不超过7%。由于三维PVA链的包裹,H2O分子的扩散系数被大幅削弱。氢键分析和径向分布函数表明氢键键长主要分布在0.282 6 nm附近,PVA与H2O间的氢键较少,H2O与HAN、H2O与H2O之间的氢键较多。模型密度为1.405 g/cm³,与实验值吻合度高。在283、293、303 K下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量依次降低,剪切模量先增后减。在15 K/600 ps冷却速率下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量和剪切模量均增大。结论 ECSP制备结束后,冷却过程中的环境温度不宜过高,否则容易造成ECSP力学性能的快速下降,快速冷却可以提高ECSP的力学性能。     

微波功率放大组件加速贮存数据处理及寿命评估

目的 以微波功率放大组件为研究对象,开展加速贮存试验退化数据的处理、建模、分析,给出组件的贮存期评估值和激活能等贮存特征参数。方法 在已完成微波功率放大组件加速贮存试验的基础上,借鉴已有的数据建模及处理方法,开展加速贮存数据处理及寿命评估,应用多种退化轨迹拟合寻优、基于性能退化模型参数折算建模、多种寿命分布建模及拟合优度检验等技术,对贮存数据进行分析处理。结果 给出了微波功率放大组件退化轨迹模型、寿命分布模型、加速因子、激活能等贮存特征参数和可靠寿命评估值。结论 描述的加速贮存试验数据处理方法,适应性好,具有较高的优良性,可为类似具有退化数据的电子设备提供借鉴。     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO₂型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率［q_NO2,max=0.144　mg·(mg·h)^-1］、二氧化氮半饱和常数(k_NO2=0.821 μmol·L^-1）和二氧化氮抑制性常数（k_i=1.721 μmol·L^-1）.在微量NO₂气体中添加2% O₂氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2% O₂和50×10^-6 NO₂的条件下,达到0.198 　mg·(mg·h)^-1.在21%　O₂和微量NO₂条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21%　O₂和100×10^-6　NO₂时氨氧化速率达到0.477 　mg·(mg·h)^-1,比无NO₂空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO₂表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O₂和微量NO₂混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%　O₂和微量NO₂条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO₂强化氨氧化的机理.     

基于PEST的HSPF水文模型多目标自动校准研究

参数校准是流域水文模型构建的关键步骤之一。针对HSPF水文模型,系统梳理并形成PEST-HSPF多目标自动校准的输入、输出、交互、迭代和终止等流程,以滇池流域中和子流域为研究对象（数据为1999—2010 年日流量）,与人工校准（HSPEXP）和单目标校准做对比分析。结果表明：①提出的以日流量、月流量和流量频率的偏差最小化为目标函数、各目标初始偏差的倒数为权重的校准思路,可实现相对人工、单目标更好的模拟精度、变化趋势和一致性;②人工校准擅长于把握径流总量和年际变化趋势,但对于日径流过程（精度和变异性）改进效果有限;③多目标自动校准不仅平衡了3 类目标函数的偏差贡献,还能一定程度上继承各目标函数的优势,在捕捉日月总径流量、整体变化趋势、局部变异性、不同保证率特征值上表现出可靠的特征。