活性污泥和生物膜复合模型的建立与模拟

针对近年来出现的城市污水处理厂活性污泥和生物膜复合工艺,首先建立了能同时描述碳氧化、脱氮和除磷的修正ASM1（Activated Sludge Model No.1）,以及与ASM1中微生物生长过程速率方程结构形式相同、物理意义明确的生物膜模型。然后将该生物膜模型与修正的ASM1相结合,形成了活性污泥和生物膜复合模型,利用VB6.0编写了相应的模拟软件。以西安市第五污水处理厂复合工艺为对象,对其碳、氮和磷的去除进行模拟,结果表明该模型可以较好地反映出水各污染指标的变化规律。通过对进水流量、填料区的位置及填料区填料的投加率进行模拟,为填料区的优化和系统运行提出了建议。     

连续微滤系统膜垢生长过程的模型与模拟

应用分形理论中DLA模型,建立了膜垢分形生长模型。通过改变边界条件和随机粒子产生的几率,得到不同条件下膜垢形成与生长过程的模拟图像;采用显微粒子图像技术,通过量子点荧光示踪剂对不同条件下连续微滤系统膜垢的形态和流场进行同时观测与分析。结果表明,模拟与实验所获得的分形维数相近,该模型能够较好地模拟膜垢形成与生长过程;运用该模型数值模拟分析了流场和悬浮物浓度对膜垢生长过程的影响及其动态变化规律。     

变权组合模型在景观水体水质模拟中的应用

针对景观水体的水质模拟与预测问题,在BP神经网络和支持向量机模型的基础上,建立了权重随输入量变化的变权组合模型。该模型既能充分利用各个单一模型的优点,又能避免固定权重分配的弊端。经实例验证,与单一的BP神经网络和支持向量机模型相比,变权组合模型拟合精度更高,预测结果更为准确。     

入口速度对静电monolith过滤器通道过滤性能的影响

采用单通道理论模型分析了表面带有静电的monolith过滤器通道的过滤性能。重点研究了气流入口速度大小和方向对通道捕获效率的影响,为设计和制造高效率低能耗的monolith过滤器提供理论指导。结果表明:对于直径1 μm以下粒子气流入口速度大小u0的增加会降低通道的捕获效率,当u0>3 m/s时,通道的捕获效率接近于零,对于直径1 μm以上粒子随着气流入口速度u0的增加,通道的捕获效率先减小后增大,出现一个极小值;在保证过滤器流量下,气流入口角度的增大会增加通道对直径1 μm以上粒子的捕获效率,而对直径1 μm以下粒子的捕获效率几乎没有影响。     

改性陶粒对水中卡马西平去除的动态吸附实验及模型

用CTMAB(十六烷三甲基溴化铵)对陶粒进行改性,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,研究了吸附去除饮用水中CBZ的性能并探讨了其应用的可行性。通过滤料吸附去除CBZ的动态实验,发现改性陶粒的去除效果优于陶粒。进水CBZ浓度为2 μg·L-1时,改性陶粒对CBZ的去除率最高为50%,陶粒最高的去除率为40%。研究了滤料再生对吸附性能的影响,发现陶粒和改性陶粒对CBZ的去除均随再生次数的增加而降低,改性陶粒的去除效果仍优于陶粒,改性陶粒的使用期限更长久。讨论了修正前后的Thomas模型,推导得到能更准确描述穿透曲线的Thomas模型取值范围。滤料穿透曲线用原始Thomas模型能很好地计算的速率常数kTh和平衡吸附量q0。利用原始Thomas模型也能较为准确地预测滤柱的穿透时间。     

活性污泥中细微沙浓度的预测模型

悬浮在污泥混合液中的细微沙会导致活性污泥混合液挥发性悬浮固体与混合液悬浮固体比值（ratio of mixed liquor volatile suspended solids to mixed liquor suspended solids,MLVSS/MLSS）降低。通过向生化池进水中连续投加体积平均粒径分别为14、33、50、66和107 μm的石英砂,研究不同粒径细微沙对活性污泥MLVSS/MLSS的影响,探讨不同粒径细微沙的悬浮特性,构建活性污泥中细微沙浓度的预测模型,以为污水厂运行调控提供理论基础。研究结果表明,细微沙粒径越小,悬浮比（悬浮在污泥混合液中的细微沙占生化池进水中细微沙总量的比例）越大,悬浮比与细微沙粒径呈显著的相关关系。通过预测模型得到的细微沙浓度的预测值与实测值差异较小,说明构建的活性污泥中细微沙浓度的预测模型是合理的。污水厂可在维持活性污泥MLVSS稳定的条件下,结合活性污泥中细微沙的浓度,调控污泥MLSS,保证污水处理系统的稳定运行。     

基于物化生化耦合的污水深度脱氮除磷新工艺

为了解决常规污水处理技术无法进行完整的硝化反硝化过程,污水厂出水中氨氮、总氮、总磷偏高以及运行成本较高的问题,以某污水厂排水为研究对象,通过物化与生化耦合,构建化学催化生物耦合床(CCBF)脱氮系统,研究CCBF系统对污水厂排水中氨氮、总氮、总磷和COD的去除效能。结果表明：当DO为5.5~6.0 mg·L⁻¹、RT为8 h、C/N为1.5∶1时,CCBF可将${\rm{NH}}_4^{+} $-N从48.5 mg·L⁻¹降至4.58 mg·L⁻¹、TN从51.2 mg·L⁻¹降至6.5 mg·L⁻¹、TP从6.6 mg·L⁻¹降至0.48 mg·L⁻¹、COD从78.5 mg·L⁻¹降至33 mg·L⁻¹,去除率分别达到89.5%、85.7%、92.5%和57.9%;污水经处理后,氨氮、总氮、总磷、COD均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级A排放标准。利用Eckenfelder方程对系统脱氮过程进行模拟,求得${n_{{\rm{NH}}_4^ +{\text{-}} {\rm{N}}}} $=0.314 76,n_TN=0.282 21,${K_{{\rm{NH}}_4^ +{\text{-}} {\rm{N}}}} $=0.128 02,K_TN=0.218 59,与水力负荷为0.000 8~0.007 m³·(m²·min)⁻¹的常规生物处理相比,系统内部生物量充足、活性高,物化与生物耦合强化效果明显。     

污水管道危害性气体浓度分布模型扩展与验证

污水管道危害气体分布模型的建立对管道的维护管理具有重要意义。以SewerX模型为基础,将硫酸盐还原作为产生CO的主要生化过程,并入污水管道总生化反应体系,扩展SewerX模型,建立了污水管道内CO、H2S、CH4的浓度分布应用模型。将其应用到某市长度为4 100 m污水管道,管道危害气体浓度模拟结果与实测结果比对发现,浓度变化趋势一致,相关系数达到0.99以上,表明扩展模型具有实际应用价值。在一定设计流量下,可选择不同污水管道水力参数,应用扩展模型分析表明,合理选择参数可降低污水管道危害气体浓度。研究为污水管道内危害性气体浓度的预测提供参考。     

基于村庄分散度的农村生活污水治理模式量化分析

随着农村地区生活水平的提升,生活污水所含污染物成分趋于复杂化,未经处理就地排放对生态环境影响不容小觑。目前,农村生活污水治理模式种类多样,但决策方法缺乏科学依据。以内蒙古地区82个村落为研究对象。以自然村落为最小研究单元,利用村落宅基地占比、村落长宽比、周长、极限距离、坡度0°~8°占比和坡度标准差等指标,构建了居住密度决策树 (准确率76%) 以及地势决策树 (准确率88%) 。决策树所得结果通过二分类概率单位回归 (Probit)分析 (准确率87%) ,确定其村落集中或分散情况,进而选择适宜的村落污水治理模式 (集中模式、纳管模式、分散模式、拉运模式、就地利用模式) 。农村生活污水治理模式决策方法的确立决策指标的量化,为促进农村生活污水治理体系的发展、提升污水治理的有效性具有积极意义。     

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。