活性污泥模型研究及其工艺软件的发展

本文综述了活性污泥模型从基于Monod方程的稳态模型到以ASM1、ASM2、ASM3为代表的动态模型的发展过程 ,介绍了各代表性模型的特点并对当前典型的活性污泥工艺软件作了评述 ,提出其研究方向及发展趋势     

基于电絮凝法处理矿区高浓度含氟地下水动力学分析

采用铝电极电絮凝体系对矿区高含氟地下水进行处理,研究了高氟浓度下电絮凝除氟过程,分别考察了电流密度、极板间距、进水氟质量浓度及pH对除氟效果和动力学常数的影响,并建立了电絮凝除氟动力学方程模型。结果表明：最佳除氟参数为电流密度为450 A·m⁻³,极间距为5 mm,pH为6.0~7.0;当进水氟质量浓度为12.1 mg·L⁻¹时,经60 min电絮凝除氟后可使进水氟质量浓度由12.1 mg·L⁻¹降为0.6 mg·L⁻¹以下,整个除氟过程遵循一级反应动力学模型且除氟动力学常数取决于电流密度、极板间距和进水氟质量浓度。絮体结构与成分分析表明,在pH=6.0~7.0条件下,电絮凝体系中主要形成的无定型羟基铝化合物使除氟效果达到最好,较高的进水氟质量浓度有助于提高铝离子利用效率。     

“无废城市”建设下的“无废校园”固废产量预测模型——以内蒙古工业大学为例

开展“无废城市”建设是我国建设生态文明、实现美丽中国目标的重要工作内容,是推动实现绿色低碳高质量发展的有力抓手,而“无废校园”建设则是“无废城市”建设的必要补充,旨在全面实现校园固废资源化与无害化,打造低碳、环保、节能、友好的校园环境。本研究以内蒙古工业大学为例,通过文献调研、实地走访调查和预测模型构建相结合的方式,系统研究了内蒙古工业大学校园固废产生规律及固废产量预测模型。结果表明,校园固废具有产生数量大、产生空间集中、产生时间具有阶段性等特点,其中教学楼、操场、住宿楼日固废产生均值分别为(6.08±0.77)、(4.50±0.82)、(23.58±5.41) kg,且不同区域之间固废产量呈现季节性差异;校园固废种类较社会面单一,易于分类管理,其中88.10%的学生非上课时间集中活动在教学科研区与宿舍区,并产生了约92.53%的固废量;基于实际数据及GM(1,1)灰色预测模型构建发现系统对夏季和冬季校园固废拟合精度分别为好和合格,预测结果可靠。本研究结果可为“无废城市”建设下的“无废校园”建设提供参考。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

基于因子分析法优选河流水体中氮浓度预测方法的研究

定量的河流水体中氮浓度预测方法有很多种,如何优选出预测精度较高的方法一直是学术界多年来致力于研究的重点。本研究采用因子分析法对预测方法的精度评价指标进行分析,并建立了预测方法精度的评价模型,对回归分析法、神经网络法、灰色系统法和增长率统计法4种水体氮浓度预测方法进行综合评估,优选出精度较高的河流水体氮浓度预测模型——BP神经网络预测模型。结果表明,此评估模型对类似研究具有一定的参考价值,能为选择出合适的河流水体氮浓度预测方法提供依据。     

O3/BAF工艺系统中有机物生物降解数学模型

研究臭氧预氧化/曝气生物滤池（O₃/BAF）联合工艺深度处理实际城市污水二级出水过程中,后续BAF系统中有机物的生物降解数学模型。以有机底物浓度、填料层高度两个基本变量为控制条件,研究BAF的总体运行常数和填料特性常数,得出BAF有机物生物降解动力学方程为S_e/S₀=exp(－Kh/qSⁿ₀)。出水与进水COD浓度比值（S_e/S₀）的对数与反应器填料高度（h）之间可表达成一次函数关系。在不同的进水浓度（S₀）下,根据ln（S_e/S₀）~h和关系式m=K/qSⁿ₀,得到方程ln(q_m)=－nln(S₀)+lnK。BAF总体运行常数K和填料特性常数n分别为1.708和0.5063。该模型对BAF工艺有如下指导意义：可以根据设计流量、进水有机物浓度和出水浓度,初步确定BAF的尺寸（如横截面积、高度等）。     

厌氧氨氧化ASBR中亚硝氮和氨氮降解规律研究

采用生物膜ASBR反应器,研究了厌氧氨氧化反应过程中亚硝氮与氨氮降解速度的变化规律。结果表明,降解过程主要分为2个阶段:速度上升期(0~30 min)和速度下降期(30~150 min)。一阶指数衰减模型的模拟结果表明,20 min以后亚硝氮、氨氮降解速度逐渐减少,亚硝氮降解速度始终高于氨氮降解速度,但是两者差值随时间逐渐减少。     

垃圾填埋场对地下水污染的模拟研究

在对长春市某垃圾填埋场进行野外调查的基础上 ,于室内进行了垃圾淋滤模拟实验。分析了垃圾渗滤液污染组分的自然衰减规律 ,建立了垃圾填埋场地下水污染的数值模型 ,采用FEFLOW软件对其进行模拟和预报 ,并取得了较好的效果 ,最后提出防止和防治垃圾填埋场污染地下水的若干措施。     

膜基活化溶液中活化剂在回收温室气体CO2过程中的作用

将AMP和PZ作为活化剂添加于MDEA溶液中,形成活化溶液,研究了膜基活化溶液回收温室气体CO2性能,着重考察活化剂的活化作用和对膜接触器传质加强的影响,提出一个活化机理来解释活化现象,建立了阻力层方程模型, 并模拟膜基活化溶液回收CO2的传质过程。结果表明,活化剂对膜接触器传质的加强起到重要作用,具有双氨基环状结构的PZ对传质的加强作用高于具有空间位阻结构的AMP;活化溶液的CO2回收率和传质通量明显高于未活化的MDEA溶液,活化性能PZ＞AMP;活化剂的活化效应与分子结构有关;流体力学的改变对传质的影响有限,活化剂的反应动力学对传质的加强起主导作用;阻力层方程模型能较好地模拟膜基活化溶液回收CO2传质过程,传质通量和总传质系数的模型值与实验值符合较好。     

A model for estimating the potential biomagnification of chemicals in a generic food web: Preliminary development

GOAL, SCOPE AND BACKGROUND: Bioaccumulation and biomagnification of organic pollutants have been increasingly assessed and modeled during the last years. Due to the complexity of these processes and the large variability of food webs, setting generic assessments for these parameters is really difficult. Equilibrium models, based on a compound's lipophylicity, are the main tool in regulatory proposals, such as for identifying Persistent, Bioaccumulative and Toxic Substances (PBTs), although a refinement has been claimed by the scientific community. Toxicokinetic studies offer an alternative for these estimations, where biomagnification is modeled as a succession of bioaccumulation processes, each one regulated by toxicokinetic parameters. METHODS: A review of kinetic models covering species belonging to different trophic levels and with different ecological behavior has been conducted. The results were employed for setting a conceptual model for estimating the biomagnification potential in a generic food web, which was mathematically implemented through system dynamic models developed under data sheet software. Crystal Ball was then employed for allowing Monte Carlo based probabilistic calculations. Bioaccumulation laboratory assays have been performed to estimate toxicokinetic parameters in mussels (Mytilus edulis) with two PAHs (chrysene and benzo[a]pyrene). The contamination was delivered via food. The exposure period lasted more than one month followed then by a depuration phase. The contaminant content was determined on an individual basis on five replicates. RESULTS AND DISCUSSION:. The reviewed information suggested the development of a tiered conceptual biomagnification model, starting with a simplified food chain which can be refined to more realistic and complex models in successive levels. CONCLUSIONS: The mathematical implementation of the conceptual model offers tools for estimating the potential for bioaccumulation and biomagnification of chemicals under very different conditions. The versatility of the model can be used for both comparative estimations and for validating the model. RECOMMENDATIONS AND PERSPECTIVES: Since bioaccumulation and biomagnification processes are crucial elements for a proper risk assessment of chemicals, their estimation by mathematical models has been widely tested. However, inregulatory assessments, too simplistic models are still being used quite often. The biomagnification model presented in this study should be amore accurate alternative to these models. In comparison to other previously published biomagnification models, the present one covers the time variation of bioaccumulation using just a few toxicokinetic parameters.