曝氣生物濾池生物膜數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、曝氣生物濾池(Biological Aerated Filters，BAF)被廣泛應(yīng)用于污水的二級(jí)處理及深度治理中，該工藝的核心是附著在介質(zhì)上的生物膜，對(duì)生物膜生長(zhǎng)、物質(zhì)傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等進(jìn)行研究是了解和掌握BAF運(yùn)行機(jī)理和處理效果的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)模型作為科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段，具有投資小、見(jiàn)效快、易于定量化、可操作等優(yōu)點(diǎn)。本論文在結(jié)合對(duì)BAF生物膜理論分析的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，并使用模型進(jìn)行了預(yù)測(cè)，對(duì)模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性作了分析。

2、
　　 取用重慶市某污水處理廠活性污泥在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)馴化，富集得到好氧菌。實(shí)驗(yàn)室搭建BAF處理系統(tǒng)平臺(tái)，將好氧菌掛膜到反應(yīng)器中的陶粒介質(zhì)上，掛膜成功后，連續(xù)進(jìn)出水，同步測(cè)定并記錄兩組實(shí)驗(yàn)出水COD和氨氮濃度數(shù)據(jù)，繪制出水濃度曲線圖。
　　 采用Monod（莫氏）方程對(duì)生物膜的生長(zhǎng)進(jìn)行了研究和表征，采用Fick（菲克）定律結(jié)合物料守恒方程對(duì)生物膜的傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行了分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到生物膜中基質(zhì)消耗和基質(zhì)濃度分布以及傳質(zhì)通量

3、的函數(shù)表達(dá)式，確定了反應(yīng)器中的邊界條件。
　　 以ASM2為基礎(chǔ)，結(jié)合反應(yīng)器相關(guān)參數(shù)，簡(jiǎn)化并建立了適合本實(shí)驗(yàn)的涉及13種組分11個(gè)子過(guò)程的生物膜數(shù)學(xué)模型。ASM2是研究生物膜反應(yīng)的一款經(jīng)典模型，其中對(duì)除磷和脫氮（主要為硝化反硝化）等過(guò)程考慮較充分，本研究不涉及磷的去除，對(duì)模型進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化。強(qiáng)化了模型關(guān)于硝化和反硝化過(guò)程的討論，對(duì)脫氮涉及的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了修正。同時(shí)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，給出了模型運(yùn)算需要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和部分系數(shù)

4、的典型取值。
　　 采用計(jì)算機(jī)編程對(duì)BAF反應(yīng)器進(jìn)行了模擬，并使用SPSS對(duì)模擬值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行了比對(duì)、相關(guān)性以及誤差分析，COD和氨氮的總體模擬效果較好，可信度較高。模擬值曲線同實(shí)測(cè)值曲線基本吻合;模擬出水濃度同實(shí)測(cè)出水濃度和實(shí)測(cè)進(jìn)水濃度之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性;實(shí)測(cè)出水濃度-模擬出水濃度散點(diǎn)圖基本分布在y=x周?chē)?模擬值同實(shí)測(cè)值的平均誤差約為10％。同時(shí)，對(duì)模型改進(jìn)方面作了討論。
　　 本論文，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，對(duì)生物膜基