活性污泥过程建模课件.pptx

1、无论采取何种方法，模拟是污水处理系统设计和研究中的重要步骤。无论采取何种方法，模拟是污水处理系统设计和研究中的重要步骤。计算机提供了把大量水质参数和很多反应过程结合起来的工具，开发计算机提供了把大量水质参数和很多反应过程结合起来的工具，开发出模拟各种活性污泥法过程的软件。可以方便地模拟进水水质、工艺出模拟各种活性污泥法过程的软件。可以方便地模拟进水水质、工艺设计参数对过程的影响，预测出水水质，指导活性污泥法的设计和运设计参数对过程的影响，预测出水水质，指导活性污泥法的设计和运行。行。对活性污泥法过程中的各种反应，需要列出很长一串复杂的方程式。对活性污泥法过程中的各种反应，需要列出很长一串复杂的

2、方程式。活性污泥法的过程还包括很多组分，例如有机基质（溶解的和颗粒活性污泥法的过程还包括很多组分，例如有机基质（溶解的和颗粒的）、无机基质（氨、硝酸盐、磷）、溶解氧和各种异氧菌和自氧菌，的）、无机基质（氨、硝酸盐、磷）、溶解氧和各种异氧菌和自氧菌，一个普遍的方法就是采用矩阵模型格式，将各个反应和组分联系起来。一个普遍的方法就是采用矩阵模型格式，将各个反应和组分联系起来。活性污泥法活性污泥法的数学模型的数学模型ASM1模型包括有机物降解和硝化过程模型包括有机物降解和硝化过程ASM2模型是在模型是在ASM1的基础上发展了包的基础上发展了包括聚磷菌及其相应的厌氧、缺氧和好氧括聚磷菌及其相应的厌氧、缺

3、氧和好氧过程的反应过程的反应ASM2D模型包括了反硝化聚磷菌反应过模型包括了反硝化聚磷菌反应过程程ASM3模型是在进一步深入了解活性污泥模型是在进一步深入了解活性污泥法机理的基础上发展而来的法机理的基础上发展而来的模型的研究还在不断发展过程中。现在很多软件程序可应用于不同形式模型的研究还在不断发展过程中。现在很多软件程序可应用于不同形式的反应器，很方便根据不同目标获得模型程序并加以利用。的反应器，很方便根据不同目标获得模型程序并加以利用。模型中采用了模型中采用了Monod比生长速率动力学比生长速率动力学来解释来解释自养菌或异养菌的生长自养菌或异养菌的生长，与生长速率有关的单个过程中与生长速率有

4、关的单个过程中各组分之间的数量关系各组分之间的数量关系用用化学计量系数化学计量系数描描述。为了简化单位的换算，模型对全部有机组分和生物体统一采用述。为了简化单位的换算，模型对全部有机组分和生物体统一采用COD当量来表示，从而存在基质利用、生物体生长和氧消耗的当量来表示，从而存在基质利用、生物体生长和氧消耗的COD平衡平衡。异氧菌的生长率：0,0()()SBHHBHSSOHSSRXKSKS式中：RB，H异氧菌的生长率，g/（m3d）；SS易生物降解的基质浓度，gCOD/m3；最大比生长速率，gVSS/（gVSSd）；KS易生物降解基质的半速率系数，gCOD/m3；SO溶解氧浓度，g/m3；KO，

5、H溶解氧浓度的半速率系数，g/m3；XB，H异氧菌浓度，g/m3；H,1()SSB HHRRXY 数学模型的主要作用：数学模型的主要作用：用于污水处理工艺模型的建立或直接用于污水处理厂的设计；用于污水处理工艺模型的建立或直接用于污水处理厂的设计；作为研究的工具以评价生物过程，并深入了解影响某种工艺运行的作为研究的工具以评价生物过程，并深入了解影响某种工艺运行的重要参数，进一步指明污水处理系统的研究方向；重要参数，进一步指明污水处理系统的研究方向；用以评价给定设施的处理容量，帮助污水处理厂操作管理人员获得用以评价给定设施的处理容量，帮助污水处理厂操作管理人员获得更有效信息，提高运行操作和管理水平

6、。更有效信息，提高运行操作和管理水平。为评估现有污水厂的能力，利用污水特性表征和污水厂运行数据对为评估现有污水厂的能力，利用污水特性表征和污水厂运行数据对模型进行校正。掌握的数据愈多，校正后的模型愈贴近实际情况。模型进行校正。掌握的数据愈多，校正后的模型愈贴近实际情况。模型参数的典型取值见书模型参数的典型取值见书P173表表12-9。第1章 仿真(simulation)1.1 模型的建立(modeling)1.1.2 简单系统建模1.1.1 模型的分类影响反应进程的因素多，且没有全部搞清楚；机理模型的建模原则：“一进一出一反应”。1.1.3 复杂系统建模模型的参数具有空间的分布，即过程参数随空

7、间位置会有所变化；合理的过程假定抓主要矛盾空间分割在子系统内建模，然后综合例1.8 活性污泥过程数学模型进水出水空气剩余污泥回流污泥1982年，国际水污染研究与控制协会(International Association on Water Pollution Research and Control,IAWPRC)成立活性污泥法设计和运行数学模型课题组。最早研究活性污泥法数学模拟的是南非开普敦大学(Univ.of Cape Town)Gerrit v.R.Marais教授领导的课题组。例1.8 活性污泥过程数学模型Activated Sludge Models(ASMs)ASM1,1986年发

8、表，1987年出版。具有除碳、脱氮功能ASM2,1995年出版。具有除碳、脱氮、生物除磷功能ASM2D,1999年发表。具有除碳、脱氮、生物除磷(包括了反硝化聚磷菌)功能ASM3,1999年发表。对胞内反应过程(贮存)进行了更为详细的描述，并可根据环境条件对衰减过程进行优化调节。ASM1的性质首先要明确ASM1所描述的，是活性污泥过程内有关组分的反应动力学，不是整个活性污泥过程的数学模型。一个过程的机理模型，一般可根据所谓“一进一出一反应”的守恒原理来建立。对于活性污泥过程而言，组分的“进”、“出”可根据流体的流动来确定，比较简单，但组分的“反应”部分比较复杂，因为涉及的组分比较多，如异养菌、

9、自养菌、溶解氧、氨氮等；涉及的子过程也比较多，如异养菌好氧生长，异养菌衰减、有机氮氨化等。如何正确反映活性污泥过程有关组分的反应动力学，是建立活性污泥过程机理模型的关键之一。ASM1要解决的，就是活性污泥过程内的反应动力学。在微生物生长速率方面，ASM1利用描述微生物生长速率的Monod方程；在微生物衰减速率方面，ASM1利用一级速率方程；在环境因素对反应速率的影响方面，ASM1利用一系列开关函数；在不确定性因素对反应速率的影响方面，ASM1利用校正系数。例1.8 活性污泥过程数学模型Activated Sludge Model No.1(ASM1)1模型假定活性污泥过程当前运行正常二沉池内无

10、生化反应曝气池内处于正常pH及温度下；曝气池内微生物的种群和浓度处于正常状态；曝气池内污染物浓度可变，但成分及组成不变；曝气池内微生物的营养充分；Activated Sludge Model No.1(ASM1)2系统分割8个子过程13个组分好氧生长异养菌缺氧生长衰减自养菌好氧生长衰减污染物有机碳有机氮缓慢降解有机氮水解可溶有机氮氨化缓慢降解有机碳水解Activated Sludge Model No.1(ASM1)2系统分割8个子过程13个组分(1)异养菌Xbh(2)自养菌Xba(3)微生物衰减产物Xp(5)缓慢降解有机碳Xs(4)易降解有机碳Ss(7)颗粒惰性有机碳Xi(6)可溶惰性有机碳

11、Si(8)可溶性可降解有机氮Snd(9)颗粒状可降解有机氮Xnd(10)氨态氮Snh(11)硝态氮Sno微生物有机碳氮化合物其他(12)溶解氧So(13)碱度Salk3基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)在ASM1的8个子过程中，对于参与某一子过程反应的某一组分，可以写出一个反应动力学方程。而每一个子过程则由一个或多个组分的反应动力学方程构成。易降解有机碳Ss氨态氮Snh异养菌好氧生长异养菌Xbh溶解氧So碱度Salk 在构成每一个子过程的一个或多个动力学方程时，以参与该子过程的某一组分的生长或衰减的反应动力学方程为基本方程，其他组分的反应动力学方程以

12、该基本动力学方程为基础经过系数调整而得。3基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)异养好氧生长异养菌Xbh易降解有机碳Ss氨态氮Snh溶解氧So碱度SalkbhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhohoossshhhoXSKSSKSYYdtdS,11bhohoossshxbnhXSKSSKSidtdS,1bhohoossshxbalkXSKSSKSidtdS,1143基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)3.1异养菌好氧生长 的基本速率方程bhoho

13、ossshbhXSKSSKSdtdX,13.2异养菌缺氧生长 的基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2当存在溶解氧时，异养菌首先利用溶解氧和基质生长，当溶解氧很低又存在硝酸盐时，异养菌利用硝酸盐作为电子受体进行生长。因此方程中包含溶解氧和硝态氮的开关函数。注意：由于异养菌处于同一个系统内，因此方程1和方程2中溶解氧的开关函数是互补的，当一个为1时，另一个就为0。3基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)3.1异养菌好氧生长 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,13.2异养菌缺氧生长 的

14、基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2对于利用多种营养物的异养菌，其好氧生长和缺氧生长的唯一区别在于最终电子受体的性质及其对细胞产生ATP数量的影响。对符合这种条件的基质，两种条件下的生长动力学参数非常接近。但是，由于缺氧条件下生成的ATP较少，缺氧生长比率比较低，因此引进一个小于1的校正系数g。方程1和2采用相同的uh,Ks3基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)3.1异养菌好氧生长 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,13.2异养菌缺氧生长 的基本速率方程bhgohoohnono

15、nossshbhXSKKSKSSKSdtdX,23.3自养菌好氧生长 的基本速率方程baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,33.4异养菌衰减bhhbhXbdtdX43.5自养菌衰减baabaXbdtdX53基本速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)3.6可溶有机氮氨化 的基本速率方程bhndanhXSKdtdS6氨化是在异养型微生物消耗溶解性含氮有机物时，可溶有机氮转化为氨氮的过程。大多数研究者假定，氨化将所有可溶有机氮以氨的形式释放到介质中。Ka是氨化速率系数，单位为L/(mg细胞CODh)(实际上，简单的化合物如氨基酸可以直接被微生物利用

16、。)Activated Sludge Model No.1(ASM1)Kh，水解动力学常数(h-1);Kx，水解反应半饱和系数(mg缓慢降解COD/mg活性生物量COD)；h，缺氧水解校正因子。3.7被吸着缓慢降解有机碳的水解bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/7(3)当好氧和缺氧系统只是短时间处于厌氧状态时，由于专性厌氧菌需要一定的适应期，显然不会发生厌氧水解反应。(1)水解反应速率受(Xs/Xbh)的控制，而不只受Xs的控制。因为水解反应被认为是受细胞界面调节的，依赖于胞外酶，而胞外酶的数量于细胞浓度成比例。(2)水解反应包

17、括好氧和缺氧条件下两部分。而h反应了缺氧条件下水解反应的延滞程度，与g类似，这个校正因子也是经验性的。Activated Sludge Model No.1(ASM1)被吸着缓慢降解有机氮的水解速率与被吸着缓慢降解有机碳的水解速率成正比。3.8被吸着缓慢降解有机氮的水解)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdSASM1的8个基本速率方程1异养菌好氧生长 的基本速率方程bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,12异养菌缺氧生长 的基本速率方程bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,23

18、自养菌好氧生长 的基本速率方程baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,34异养菌衰减5自养菌衰减bhhbhXbdtdX4baabaXbdtdX56可溶有机氮氨化的基本速率方程bhndanhXSKdtdS67被吸着缓慢降解有机碳的水解bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/78被吸着缓慢降解有机氮的水解)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdS4相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.1异养菌好氧生长相关速

19、率方程在8个子过程基本速率方程的基础上，参各子过程的其他组分的反应动力学方程可经过系数调整依次建立。异养好氧生长异养菌Xbh易降解有机碳Ss氨态氮Snh溶解氧So碱度SalkbhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhohoossshhhoXSKSSKSYYdtdS,11bhohoossshxbnhXSKSSKSidtdS,1bhohoossshxbalkXSKSSKSidtdS,1141-1/Yh-(1-Yh)/Yh-ixb-ixb/144相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.1异养菌

20、好氧生长相关速率方程(2)生长系数Yh的单位为g(生成细胞COD)/g(氧化COD);说明(1)该反应动力学方程的构建是以COD守恒为基础，而不是以反应物的质量守恒为基础。需要注意的是，任何反应物或产物，若其中的元素在生化氧化或还原中不改变氧化状态，那么它们的COD变化为零。如CO2、碳酸盐和重碳酸盐等。(3)因Ss是消耗，因此系数需加负号，即-1/Yh；j=1XbhSsSoSnhSalkjbhohoossshXSKSSKS,14相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.1异养菌好氧生长相关速率方程(4)易降解有机碳被溶解氧生化氧化时，会发生电子得失，有

21、机碳失COD，溶解氧与细胞得COD。有机碳失去的COD等于溶解氧与细胞各自所得COD之和。设溶解氧的化学计量系数为K，根据COD守恒可得，CODsCODoCODbhdtdSdtdSdtdXCODbhhCODbhCODbhdtdXYdtdXKdtdX1hhYYK1因溶解氧是消耗，故乘以-1的系数(5)氨态氮是微生物生长生长中比较容易被利用的一种形式。根据异养菌生长时的需氮量确定一个系数ixb。异养菌好氧生长的需氮量约为其干重的12，即1g异养菌(干重)含0.12gN。因1g细胞相当于1.42 gCOD，故1g细胞COD 含氮量为0.12/1.42=0.085，即ixb=0.085.(6)对于碱度

22、，用HCO3-表示，单位为mol/L。由下式可知，每消耗1mol氨氮，同时消耗1mol HCO3-，由此可知碱度的消耗等于氨氮的消耗(单位为mol/L)，单位换算系数为1/14.OHfCOfNOHCfHCOfNHfOfNOHCesssse2227534231910201009550920501205012045014相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.1异养菌好氧生长相关速率方程4相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.2异养菌缺氧生长相关速率方程j=2XbhSsSnoSnhSalkjbhgohoohnon

23、onossshXSKKSKSSKS,2说明(1)设硝态氮的化学计量系数为K，根据COD守恒可得，CODsCODnoCODbhdtdSdtdSdtdXCODbhhCODbhCODbhdtdXYdtdXKdtdX1hhYYK14相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.2异养菌缺氧生长相关速率方程因计算时以硝态氮输入，单位为mg/L。因此必须将COD转换成硝态氮。根据氧化还原反应式，在获得1mol电子时，需要1/5molNO3-，或1/4O2。22354151OON14/532/41x因此，1g硝态氮相当于2.86gCODhhYYK86.21X=(32/4)

24、/(14/5)=40/14=2.864相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.2异养菌缺氧生长相关速率方程(2)异养菌对有机碳缺氧氧化的以摩尔为单位的半反应方程为：eHNHHCOCOOHNOHC43222752012015120920120205209204322275efHfNHfHCOfCOfOHfNOHCfssssssseHNHHCOCOOHNOHC432231910501501509259501(i)细胞合成反应(Rc)：(iii)有机碳还原反应(Rd)：eHNOOHN5651531013225655310322efHfNOfOHfNfeeee

25、e(ii)硝酸盐氧化反应(Ra)：4相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.2异养菌缺氧生长相关速率方程(2)从上式可以看出，异养菌缺氧生长消耗的碱度(摩尔HCO3-)的摩尔数等于消耗的氨氮的摩尔数，即ixb/14；同时，反应还消耗了与硝态氮相同摩尔数的H+。OHfCOfNfNOHCfHCOfHfNHfNOfNOHCesessese22227534331910203100955091020501205501205501我们知道，1摩尔H+能消耗1摩尔HCO3-碱度，因此，异养菌缺氧生长过程亦即产生了或节省了与消耗的硝态氮相同摩尔数的HCO3-碱度。而消

26、耗的硝态氮的摩尔数为(iv)总反应为：R=Rd-feRa-fsRcOHfCOfNOHCfHCOfNHfOfNOHCesssse222753423191020100955092050120501204501OHfCOfNfNOHCfHCOfHfNHfNOfNOHCesessese2222753433191020310095509102050120550120550122354151OON异养菌好氧生长异养菌缺氧生长1g硝态氮相当于2.86gCODhhYYK86.21hhYYK14相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.3自养菌好氧生长相关速率方程j=3X

27、baSoSnoSnhSalkjbaoaoonhnhnhaXSKSSKS,3说明OHHNOONH232321mol氨氮与2摩尔氧气作用完全，即14g氨氮相当于64g氧气(COD)，因此，1g氨氮相当于4.57gCOD4相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.3自养菌好氧生长相关速率方程(1)设溶解氧的化学计量系数为K，根据COD守恒可得，CODnhCODoCODbadtdSdtdSdtdXaaYYK57.4因溶解氧是消耗，故乘以1(2)Snh的化学计量系数为-ixb-1/Ya，其中1/Ya部分用于产能，供细胞合成，此部分氨氮变为硝态氮，故硝态氮的系数为1

28、/Ya。CODbaaCODbaCODbadtdXYdtdXKdtdX157.4Ya，自养菌产率系数，g细胞COD产生/gN消耗4相关速率方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)4.3自养菌好氧生长相关速率方程(3)根据硝化反应，1mol的NH4+(电荷)转变为NO3-需要2mol HCO3-(电荷)，即消耗2mol的碱度。在消耗的氨氮中，有1/14Yamol转变为硝态氮，此部分消耗的碱度为2*1/14Ya=1/7Ya，而直接转移到细胞中的氨氮消耗的碱度为ixb/14。因此，自养菌好氧生长消耗的碱度的系数为(-ixb/14)-(1/7Ya)ASM1反应动力学及化学计

29、量 i j 1 Si 2 Ss 3 Xi 4 Xs 5 Xbh 6 Xba 7 Xp 8 So 9 Sno 10 Snh 11 Snd 12 Xnd 13 Salk i 异养菌好氧生长 hY1 1 hhYY1 xbi 14xbi 1 异养菌缺氧生长 hY1 1 hhYY86.21 xbi 1486.2141xbhhiYY 2 自养菌好氧生长 1 aaYY57.4 aY1 axbYi1 axbYi7114 3 异养菌的衰减 pf1-1 pf xppxbifi 4 自养菌的衰减 pf1 -1 pf xppxbifi 5 可溶有机氮的氨化 1-1 141 6 缓慢降解有机碳水解 1 -1 7 缓慢降

30、解有机氮水解 1-1 8 i j 1 Si 2 Ss 3 Xi 4 Xs 5 Xbh 6 Xba 7 Xp 8 So 9 Sno 10 Snh 11 Snd 12 Xnd 13 Salk i 异养菌好氧生长 hY1 1 hhYY1 xbi 14xbi 1 异养菌缺氧生长 hY1 1 hhYY86.21 xbi 1486.2141xbhhiYY 2 自养菌好氧生长 1 aaYY57.4 aY1 axbYi1 axbYi7114 3 异养菌的衰减 pf1-1 pf xppxbifi 4 自养菌的衰减 pf1 -1 pf xppxbifi 5 可溶有机氮的氨化 1-1 141 6 缓慢降解有机碳水解

31、 1 -1 7 缓慢降解有机氮水解 1-1 8 ASM1矩阵bhohoossshbhXSKSSKSdtdX,1bhgohoohnononossshbhXSKKSKSSKSdtdX,2baoaoonhnhnhabaXSKSSKSdtdX,3bhhbhXbdtdX4baabaXbdtdX5bhndanhXSKdtdS6bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKKSKSXXKXXKdtdS)/(/7)/(/8bhnononooohohhoohobhsxbhshsndndXSKSSKKSKSXXKXXKXXdtdSp1=p2=p3=p4=p5=p6=p7=p8=5组分总动力学方

32、程Activated Sludge Model No.1(ASM1)5.1易降解有机碳Ss的总反应速率在ASM1中，除了惰性组分Si、Xi外，其余11个组分中，每一个组分至少在一个子过程中参与了反应。该组分在其所参与的所有子过程中的总的反应速率，为其在各子过程中反应速率之和。Ss共参与了三个子过程的反应：(1)异养菌好氧生长中的消耗(2)异养菌缺氧生长中的消耗(7)被吸着缓慢降解有机碳 的水解中生成bhohoossshhsXSKSSKSYdtdS,11bhgohoohnononossshhsXSKKSKSSKSYdtdS,21bhnononooohohhoohobhsxbhshsXSKSSKK

33、SKSXXKXXKdtdS)/(/75组分总动力学方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)5.1易降解有机碳Ss的总反应速率在ASM1中，除了惰性组分Si、Xi外，其余11个组分中，每一个组分至少在一个子过程中参与了反应。该组分在其所参与的所有子过程中的总的反应速率，为其在各子过程中反应速率之和。bhnononooohohhoohobhsxbhshbhgohoohnononossshhbhohoossshhsssRsXSKSSKKSKSXXKXXKXSKKSKSSKSYXSKSSKSYdtdSdtdSdtdSdtdS)/(/11,7215组分总动力学方程Activ

34、ated Sludge Model No.1(ASM1)5.2溶解氧So的总反应速率baoaoonhnhnhaaabhohoossshhhooRoXSKSSKSYYXSKSSKSYYdtdSdtdSdtdS,3157.41其他组分的总动力学方程，同样可以根据组分所在子过程的基本动力学方程、动力学系数以及总动力学方程的构成一一列出。方法如下：5.1易降解有机碳Ss的总反应速率5组分总动力学方程Activated Sludge Model No.1(ASM1)5.3其他组分的总反应速率ri的计算ASM1中，序号为i的组分(i=113)的总反应速率(或表观转化率)ri可由下式计算：jjijir81式

35、中，ij 表中i列j行的化学计量系数；j 表中j行的反应过程速率。5.2溶解氧So的总反应速率5.1易降解有机碳Ss的总反应速率6统一单位Activated Sludge Model No.1(ASM1)ASM1共有13种组分，分别建立反应动力学方程后，即可对13个方程联立求解，可求得同时满足13个方程的13个组分浓度。由于13个组分涉及有机碳、有机氮、微生物等不同物质，计量单位各不相同，给方程求解带来困难。因此，在计算过程中统一各组分的浓度单位，是对方程联立求解的必要条件。ASM1组成成分及单位一览表成分序号 成分符号成分定义单位1Si溶解性不可生物降解有机碳mgCOD/L2Ss溶解性快速可

36、生物降解有机碳mgCOD/L3Xi颗粒性不可生物降解有机物mgCOD/L4Xs慢速可生物降解有机物mgCOD/L5Xbh活性异养菌生物固体mgCOD/L6Xba活性自养菌生物固体mgCOD/L7Xp生物固体衰减产生的惰性物质mgCOD/L8So溶解氧(负COD)-mgCOD/L9SnoNO3-N和NO2-NmgN/L10SnhNH4-N和NH3-NmgN/L11Snd溶解性可生物降解有机氮mgN/L12Xnd颗粒性可生物降解有机氮mgN/L13Salk碱度mol/L7确定参数Activated Sludge Model No.1(ASM1)序号名称符号单位典型取值1异养菌产率系数Yhg细胞CO

37、D产生/gCOD消耗0.6662自养菌产率系数Yag细胞COD产生/gN消耗0.243生物固体的惰性组分分数fp0.084生物固体的含氮量ixbgN/g活性生物体细胞COD0.0865生物固体惰性组分的含氮量ixpgN/g内源残留物COD0.06ASM1的19个参数5个化学计量系数14反应动力学参数生活污水在pH中性和20时化学计量系数取值生活污水在pH中性和20时动力学参数取值序号 动力学参数 符号 单位 典型取值 异养菌的生长和衰减 1 最大比生长速率 h d-1 6.0 2 生长与基质利用半饱和常数 Ks gCOD/m3 20 3 比衰减(死亡)速率 bh d-1 0.62 4 氧呼吸半

38、饱和常数 Koh gO2/m3 0.1 5 硝态氮呼吸半饱和常数 Kno gNO3-N/m3 0.1 6 缺氧状态生长修正系数 g 无量纲 0.8 污泥所絮集的颗粒性 COD 的水解 7 絮集 COD 的水解速率 Kh gCOD/(g 细胞 CODd)2.2 8 絮集 COD 水解半饱和常数 Kx gCOD/(g 细胞 COD)0.15 9 缺氧条件下水解修正系数 h 无量纲 0.4 自养菌的生长和衰减 10 自养菌比生长速率 a d-1 0.6 11 自养菌生长半饱和常数 Knh gNH3-N/m3 1.0 12 自养菌比衰减(死亡)速率 ba d-1 0.15 13 自养菌氧呼吸半饱和常数

39、 Koa gO2/m3 1.0 14 溶解性有机氮的氨化速率 Ka m3/(g 细胞 CODd)0.08 8活性污泥过程数学模型的生成Activated Sludge Model No.1(ASM1)机理模型的建模原则：“一进一出一反应”。ASM1是机理模型典型活性污泥过程数学模型的生成进水出水空气剩余污泥回流污泥Activated Sludge Model No.1(ASM1)典型活性污泥过程的建模3Xs 3Xbh3Xba 3Xnd 3Xp进水qi出水qo剩余污泥qw回流污泥qr曝气池Ss Snh Snd SnoXs Xnd Xbh Xba Xp二沉池Ssi XsiSndi XndiSnoi

40、 SnhiSs SnoSnh Snd3Xs 3Xbh3Xba 3Xnd 3XpFig.1.11 典型活性污泥过程物流图Activated Sludge Model No.1(ASM1)典型活性污泥过程的ASM1生成(1)由于惰性物质Si和Xi不参与反应，图中未列出。碱度Salk，在反应中为消耗物质，在碱度适当时对其他成分的反应没有影响，没有列入进水的成分中。说明(2)曝气池内溶解氧浓度假定保持恒定，因而没有列入变量系列中。(3)经过二沉池，颗粒物完全沉淀，各组分沉淀物的浓度假定为悬浮时的3倍，即二沉池污泥浓缩(concentration)比为3。(4)二沉池出水流量近似等于曝气池进水流量，即q

41、o=qiActivated Sludge Model No.1(ASM1)基于ASM1的典型活性污泥过程数学模型的生成建模范围为图中虚线框所示。假定曝气池体积为V，反应物j的浓度为j，反应物j的速率方程以(d j/dt)R表示，流量用q表示，脚标“i”表示进水，“o”表示出水，“r”表示回流，“R”表示反应，“w”表示废弃，则模型的通式可表示为：RRjjwjwjojojijijdtdVqqqdtdV,可溶性组分位于该式“”右侧的1、2、4项或2、4项，颗粒组分位于“”右侧的1、3、4项或3、4项，视物流情况而定。对于Ss，方程为：RRssoisisdtdSVSqSqdtdSV,Activate

42、d Sludge Model No.1(ASM1)RRssoisisdtdSVSqSqdtdSV,RRssoisisdtdSSVqSVqdtdS,t1 为废水水力停留时间，即HRT，单位dbhnononooohohhoohobhsxbhshbhgohoohnononossshhbhohoossshhsssRsXSKSSKKSKSXXKXXKXSKKSKSSKSYXSKSSKSYdtdSdtdSdtdSdtdS)/(/11,721RRssissdtdSStStdtdS1,111基于ASM1的典型活性污泥过程数学模型的生成Activated Sludge Model No.1(ASM1)RRsso

43、isisdtdSVSqSqdtdSV0,RRsswisisdtdXVXqXqdtdXV03,RRbhbhwbhdtdXVXqdtdXV030RRbabawbadtdXVXqdtdXV030RRppwpdtdXVXqdtdXV030RRnhnhoinhinhdtdSVSqSqdtdSV0,RRnonooinoinodtdSVSqSqdtdSV0,RRndndoindinddtdSVSqSqdtdSV0,RRndndwindinddtdXVXqXqdtdXV03,(3)异养菌Xbh(4)自养菌Xba(1)易降解有机碳Ss(8)可溶性可降解有机氮Snd(9)颗粒状可降解有机氮Xnd(6)氨态氮Snh(7)硝态氮Sno(2)缓慢降解有机碳Xs(5)微生物衰减产物Xp基于ASM1的典型活性污泥过程数学模型微分方程组