BioWin 41 的新进展 - EnviroSim.PDF

BioWin 4.1 的新进展 BioWin 4.1 通过增强其核心模型，扩大模型库及改进界面继续扩大它模拟污水处理厂的能力。该版本 的一个重点是扩大和完善其核心的活性污泥-厌氧消化模型（ASDM ），这个达到工业应用水准的模 型包括了基于46 个状态变量的82 个反应过程。除了增加了许多新的过程速率方程，EnviroSim 也对 核心模型进行了改进使得动态模拟的速度更快，特别是对于模拟用于去除营养物质的复杂的污水处理 系统。 新的模型和工艺单元 ASDM 模型中最重要的扩展是新增了三种用于模拟一氧化二氮 （N O ）产生和排放的机制。因此 2 BioWin 4.1 成为可用于评估全污水处理厂范围内的温室气体（GHG ） （一氧化二氮，甲烷和二氧化碳） 排放的强大工具。一氧化二氮模型的基础以及 ASDM 中其它方面的扩展和改进将在下文中做进一步 介 绍 。 为增加建模的灵活性，BioWin 4.1 中增加了一些新的工艺流程单元，如滴滤池、热水解装置 （污泥消 化的预处理）、浸没式曝气滤池和侧流填料生物反应器， 同时也对已有的一些工艺流程单元做了改 进，如初沉池、旋流分离器和厌氧消化池。 1. ASDM 中增加的模型和模型的更新 1.1 新模型：一氧化二氮排放 一氧化二氮的全球变暖潜能值（Global Warming Potential, GWP ）是二氧化碳的300 倍，可能成为污 水处理厂中排放的温室气体（GHG ）的一个主要来源。EnviroSim 对活性污泥工艺中一氧化二氮的产 生和排放进行了广泛的多年研究。通过对公开发表的文献进行全面的研究和评价，EnviroSim 整理了 必威体育精装版的研究成果，理清了发表文献中存在的结论不一致、甚至矛盾的问题。大部分的实验工作证实了 EnviroSim 对一氧化二氮产生机理的理解，其数据为BioWin ASDM 模型中的一氧化二氮模型供了 有力的支持。 EnviroSim 的这些研究工作最终体现为ASDM 模型中的三类产生一氧化二氮的反应机制。其中的两个 过程由氨氧化菌 （AOBs ）主导，另一个由异样菌的反硝化主导，详述如下。 1. 硝化副产物：在氨过量并且没有氧的限制时，氨氧化菌 （AOBs ）处于最大生长速率，一小 部分的氨氧化成N O 。 2 1 2. 氨氧化菌 （AOBs ）反硝化：在氧受限，并且亚硝酸盐存在的条件下，游离亚硝酸（FNA ） 可被用作最终的电子受体 （TEA ），并被转化为N O 。 2 3. 异养菌的反硝化：当在低浓度的溶解氧条件下，并且游离亚硝酸（FNA ）达到一定浓度 （取决于亚硝酸盐的浓度和 pH 值），反硝化作用的最后一步会受到抑制，造成 N O 的积累。 2 2 1.1.1 BioWin 4.1 一氧化二氮模型的示例 下面示例采用瑞士联邦水科技研究院（EAWAG ）的中试数据，论证BioWin 4.1 模拟一氧化二氮的能 力。混合液从好氧区循环到缺氧区进行反硝化，循环比率是进水流量的 150％。二沉池的底流也以进 水流量的250 ％的比率循环到缺氧反应器。该工艺的SRT 维持在 12.5 天。 中试污水处理厂的工艺流程图 以下三个图示分别显示了两天中进水氨氮负荷的变化，第一曝气生物反应器[好氧＃1 池] 中不同种类 氮的浓度变化 （氨氮，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮），以及1 号好氧池出流中一氧化二氮的浓度和逸出气 体中一氧化二氮所占的浓度。当氨氮负荷处于高峰时，1 号好氧池中氨浓度