编辑推荐
适读人群 :本书可作为污水处理厂、污水处理站的管理人员与技术人员及环保公司的工程设计、调试人员的参考用书,也可作为环境科学与工程、市政工程等专业师生的教学参考书。 1.本书是《水处理工艺与设备丛书》中的一个分册,丛书共三个分册。
2.详细介绍了生物法水处理工艺过程、设备选型方法。
3.对每种方法的介绍,不仅有相关理论,还有实际例子,方便读者理解。
4.文中收集了大量实用的数据,参考性强。
内容简介
本书是《水处理过程与设备》丛书中的一个分册,系统介绍了生物法水处理工艺及相关设备,根据采取的技术措施的不同,生物法水处理工艺分为好氧和厌氧两类处理工艺,这两类处理工艺又各自包括活性污泥法、生物膜法等工艺。本书分别对好氧活性污泥法、好氧生物膜法、厌氧活性污泥法、厌氧生物膜法等各种生物处理方法的工艺过程及相关设备的设计与选型进行了介绍。
本书可作为污水处理厂、污水处理站的管理人员与技术人员及环保公司的工程设计、调试人员的参考用书,也可作为环境科学与工程、市政工程等专业师生的教学参考书。
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目录
第1章绪论
1.1中国的水资源现状001
1.1.1水资源的分布001
1.1.2水资源量004
1.2水的循环005
1.2.1水的自然循环005
1.2.2水的社会循环006
1.3废水的水质006
1.3.1生活污水和城市污水的水质及计算007
1.3.2工业废水的水质008
1.4水污染物排放标准的分类与制定原则009
1.5废水处理工艺015
1.5.1废水处理程度的分级015
1.5.2工业废水的处理方式016
1.6废水的生物处理方法016
1.6.1有机物的生物降解017
1.6.2微生物的代谢018
1.6.3生物降解的环境条件018
1.6.4生物处理技术的分类019
第2章有机废水的好氧生物处理
2.1废水好氧生物处理的基本生物过程021
2.1.1好氧生物处理的生化反应021
2.1.2好氧生物处理过程中的代谢过程022
2.1.3有机物好氧生物降解过程022
2.1.4好氧生物处理中合成代谢与分解代谢的关系023
2.1.5废水好氧生物处理途径023
2.2废水好氧生物处理的基本方法与分类023
2.2.1好氧活性污泥法023
2.2.2好氧生物膜法026
2.2.3氧化塘法027
2.2.4氮和磷的生物去除工艺028
2.3好氧生物处理的影响因素与条件028
2.4好氧生物技术处理高浓度难降解有机废水的研究方向029
参考文献030
第3章好氧活性污泥法处理工艺
3.1好氧活性污泥法的基本原理031
3.1.1好氧活性污泥处理系统的基本流程031
3.1.2活性污泥的形态与组成032
3.1.3活性污泥净化反应过程032
3.2活性污泥法的工艺过程及其运行方式033
3.2.1活性污泥法的工艺流程034
3.2.2活性污泥的性质与性能指标035
3.2.3活性污泥法的基本工艺参数及影响因素038
3.2.4活性污泥法的主要运行方式040
3.2.5氧气曝气043
3.3曝气池044
3.3.1曝气池的类型与构造044
3.3.2曝气的原理与理论基础047
3.3.3氧转移速率的影响因素049
3.3.4氧转移速率与供气量的计算051
3.4活性污泥系统的工艺计算与设计051
3.4.1设计的基础资料与工艺流程的选定052
3.4.2普通曝气池的计算与设计052
3.4.3二次沉淀池的计算与设计055
3.4.4污泥回流系统的计算与设计056
3.5曝气设备057
3.5.1鼓风曝气装置057
3.5.2机械曝气装置064
3.5.3曝气装置传氧速率的计算068
3.6活性污泥工艺的控制与运行070
3.6.1活性污泥的培养与驯化070
3.6.2正常运行工艺控制071
3.6.3活性污泥系统的问题及解决对策072
参考文献074
第4章新型好氧活性污泥法处理工艺
4.1氧化沟工艺075
4.1.1氧化沟的构造075
4.1.2氧化沟的工作原理076
4.1.3氧化沟的基本特征076
4.1.4氧化沟的形式077
4.1.5氧化沟的充氧设备082
4.1.6氧化沟的设计计算与技术参数083
4.1.7氧化沟的优缺点及其应用085
4.2吸附�采�物降解工艺086
4.2.1工艺流程及其特征086
4.2.2A�睟法的应用087
4.3序批式间歇反应器工艺088
4.3.1SBR活性污泥法的工艺流程及其特征088
4.3.2SBR的运行过程090
4.3.3SBR过程的动力学分析092
4.3.4SBR活性污泥法的设计093
4.3.5滗水器095
4.4SBR工艺的发展097
4.4.1间歇循环延时曝气系统(ICEAS)097
4.4.2CASS工艺099
4.4.3CAST工艺102
4.4.4DAT�睮AT工艺103
4.4.5一体化活性污泥系统106
4.4.6射流式SBR工艺110
4.4.7改良型间歇活性污泥过程111
4.4.8SBR工艺对高浓度难降解有机废水的适应性113
参考文献113
第5章好氧生物膜法处理技术
5.1好氧生物膜法的基本原理114
5.1.1生物膜的形成过程114
5.1.2生物膜的结构115
5.1.3生物膜处理法的主要特征115
5.2好氧生物滤池工艺116
5.2.1好氧生物滤池的基本原理116
5.2.2普通生物滤池的构造117
5.2.3普通生物滤池的设计与计算119
5.2.4高负荷生物滤池122
5.2.5塔式生物滤池127
5.2.6淹没式生物滤池130
5.2.7影响生物滤池功能的主要因素135
5.2.8前处理——Actiflo工艺136
5.3好氧生物转盘工艺137
5.3.1好氧生物转盘的构造137
5.3.2好氧生物转盘的工艺特征138
5.3.3好氧生物转盘的工艺流程与组合138
5.3.4好氧生物转盘的设计计算139
5.4生物接触氧化法处理工艺142
5.4.1生物接触氧化池的构造与形式143
5.4.2生物接触氧化法处理工艺145
5.4.3生物接触氧化法的特征146
5.4.4生物接触氧化池的设计计算146
5.5好氧生物流化床工艺148
5.5.1载体颗粒流化原理148
5.5.2生物流化床的构造149
5.5.3生物流化床的工艺类型150
5.5.4生物流化床的优点及问题151
5.6生物膜法的运行管理152
5.6.1生物膜的培养与驯化152
5.6.2日常管理152
5.7膜生物反应器153
5.7.1膜生物反应器的基本原理与特点153
5.7.2膜生物反应器的形式154
5.7.3膜的技术性能及参数157
5.7.4膜生物反应器的控制条件158
5.7.5膜生物反应器的应用159
参考文献159
第6章有机废水的厌氧生物处理
6.1有机废水厌氧生物处理的基本过程160
6.1.1厌氧生物处理的生物化学过程160
6.1.2厌氧生物处理过程中的主要微生物163
6.1.3厌氧细菌种群之间的关系及动态平衡164
6.2厌氧生物处理过程的影响因素165
6.2.1工艺条件165
6.2.2环境因素170
6.3厌氧生物处理工艺的发展172
6.3.1厌氧活性污泥法172
6.3.2厌氧生物膜法174
6.3.3两相厌氧消化工艺175
6.4厌氧生物处理技术的主要特征176
6.4.1厌氧生物处理技术的优点176
6.4.2厌氧生物处理技术的缺点177
6.5厌氧生物处理过程的动力学178
6.5.1稳态的完全混合反应器178
6.5.2有回流的完全混合反应器179
6.5.3厌氧生物膜反应器181
6.5.4厌氧生物处理过程动力学参数的测定182
参考文献183
第7章厌氧活性污泥法处理工艺
7.1厌氧水解酸化184
7.1.1水解酸化的过程控制184
7.1.2水解酸化池的设计185
7.1.3水解酸化池的应用186
7.2普通厌氧消化池187
7.2.1普通厌氧消化池的工作原理187
7.2.2普通厌氧消化池的构造189
7.2.3普通厌氧消化池的设计计算190
7.2.4普通厌氧消化池的应用191
7.3厌氧生物接触工艺191
7.3.1厌氧生物接触工艺流程191
7.3.2厌氧生物接触过程的控制192
7.3.3厌氧生物接触工艺的设计194
7.3.4厌氧生物接触工艺的应用195
7.4升流式厌氧污泥床反应器197
7.4.1升流式厌氧污泥床反应器的构造197
7.4.2升流式厌氧污泥床反应器的工作原理199
7.4.3升流式厌氧污泥床反应器的工艺特征201
7.4.4升流式厌氧污泥床反应器的过程控制201
7.4.5升流式厌氧污泥床反应器的设计204
7.4.6升流式厌氧污泥床反应器的应用209
7.5内循环厌氧生物反应器210
7.5.1内循环厌氧生物反应器的构造及工作原理211
7.5.2内循环厌氧生物反应器的特点211
7.5.3内循环厌氧生物反应器的过程控制212
7.5.4内循环厌氧生物反应器的应用213
7.6厌氧膨胀颗粒污泥床反应器213
7.6.1厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的结构与工作原理214
7.6.2厌氧膨胀颗粒污泥床反应器的研究与应用214
7.7厌氧折流板反应器215
7.7.1厌氧折流板反应器的结构与工作原理215
7.7.2厌氧折流板反应器的主要性能215
7.7.3厌氧折流板反应器的工艺设计216
7.7.4复合型厌氧折流板反应器217
7.7.5分阶段多相厌氧反应器218
7.7.6厌氧折流板反应器的研究现状和应用219
参考文献220
第8章厌氧生物膜法处理工艺
8.1厌氧生物滤池221
8.1.1厌氧生物滤池的构造221
8.1.2厌氧生物滤池的工作原理222
8.1.3厌氧生物滤池的污泥与微生物分布223
8.1.4厌氧生物滤池的特点224
8.1.5厌氧生物滤池的工艺设计225
8.1.6厌氧生物滤池的应用225
8.2厌氧附着膜膨胀床和厌氧附着膜流化床反应器226
8.2.1厌氧附着膜流化床的工作原理与特性227
8.2.2厌氧附着膜流化床载体的特性和要求228
8.2.3厌氧附着膜流化床反应器的设计228
8.2.4厌氧附着膜流化床反应器的过程控制229
8.2.5厌氧附着膜流化床的研究与应用230
8.2.6厌氧附着膜膨胀床的研究与应用231
8.3厌氧生物转盘232
8.3.1厌氧生物转盘的构造及特征232
8.3.2厌氧生物转盘的设计计算233
8.4两相厌氧处理系统235
8.4.1两相厌氧消化原理235
8.4.2两相厌氧处理系统的相分离236
8.4.3两相厌氧处理系统的特点237
8.4.4两相厌氧处理过程及反应器237
8.4.5两相厌氧处理工艺的应用范围238
8.4.6两相厌氧处理工艺的工程应用239
8.5厌氧复合床反应器240
8.5.1无三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器241
8.5.2带三相分离器的升流式厌氧污泥床过滤器241
8.5.3厌氧复合床反应器的研究与应用242
参考文献244
第9章厌氧生物处理系统的设计及其运行管理
9.1厌氧产气量的计算245
9.1.1理论产气量的计算245
9.1.2实际产气率分析246
9.2厌氧生物反应器的设计计算247
9.2.1工艺设备的选型247
9.2.2反应器容积的计算248
9.2.3消化池的加热与保温249
9.2.4消化池的运行管理251
9.3沼气的收集与储存252
9.3.1沼气的收集252
9.3.2沼气的储存252
9.3.3附属设施及仪表253
9.3.4沼气的利用系统253
9.4厌氧设备的运行管理257
9.4.1厌氧设备的启动257
9.4.2日常管理258
9.4.3运行异常问题的分析与排除259
9.4.4分析测量与记录261
参考文献262
第10章有机废水生物脱氮除磷技术
10.1营养元素的危害和氮磷的去除方法263
10.1.1营养元素的危害263
10.1.2脱氮除磷的物化法264
10.2生物脱氮的原理264
10.2.1氮在废水中存在的形式与转化264
10.2.2氨氧化265
10.2.3硝化265
10.2.4反硝化266
10.3生物脱氮工艺与技术268
10.3.1活性污泥脱氮传统工艺268
10.3.2缺氧�埠醚趸钚晕勰嗤训�组合工艺270
10.3.3同步硝化与反硝化工艺275
10.3.4Bardenpho脱氮工艺275
10.3.5生物滤池硝化脱氮工艺276
10.3.6氧化沟硝化脱氮工艺276
10.3.7生物转盘硝化脱氮工艺276
10.3.8改进的A�睟工艺277
10.3.9废水生物脱氮工艺的运行控制277
10.4生物除磷的原理及影响因素278
10.4.1生物除磷的原理278
10.4.2生物除磷的影响因素279
10.5生物除磷工艺280
10.5.1弗斯特利普除磷工艺280
10.5.2厌氧�埠醚趸钚晕勰喑�磷工艺281
10.6同步脱氮除磷工艺284
10.6.1巴顿甫脱氮除磷工艺284
10.6.2Phoredox同步脱氮除磷工艺285
10.6.3An/A/O同步生物脱氮除磷工艺286
10.6.4UCT同步脱氮除磷工艺289
10.6.5VIP组合工艺290
10.6.6氧化沟脱氮除磷工艺290
10.6.7SBR脱氮除磷工艺290
10.6.8废水生物脱氮除磷工艺选择291
参考文献292
第11章废水的自然生物处理系统
11.1稳定塘处理系统293
11.1.1生物稳定塘的特点293
11.1.2稳定塘系统的运行原理294
11.1.3稳定塘的种类及工艺流程295
11.1.4厌氧塘296
11.1.5兼性塘298
11.1.6好氧塘299
11.1.7曝气塘300
11.1.8深度处理塘302
11.1.9稳定塘的塘体设计303
11.2高效新型塘305
11.2.1两级曝气功率的多级串联曝气塘系统305
11.2.2高级组合塘系统306
11.3废水土地处理309
11.3.1废水土地处理系统的组成309
11.3.2废水土地处理的工艺309
11.3.3土地处理法的运行管理311
11.4人工湿地污水处理技术313
11.4.1人工湿地的类型313
11.4.2人工湿地的净化原理314
11.4.3人工湿地的工艺流程317
11.4.4人工湿地系统的工艺设计318
参考文献322
前言/序言
好的,这里是一份关于 《化工过程模拟与优化》 这本书的详细简介,这份简介聚焦于化工、过程工程、模拟技术和优化方法,完全避开了“生物法水处理过程与设备”这一主题。 --- 《化工过程模拟与优化》 深度解析:现代化工生产的数字化孪生与效率革命 书籍定位: 本书是面向化学工程、过程控制、石油化工、精细化工、制药工程等领域的高年级本科生、研究生、工程技术人员和研究人员的专业参考书。它系统地阐述了如何利用先进的计算工具和数学方法,对复杂的化工过程进行精确的模拟、深入的分析和高效的优化,是连接理论知识与实际工程应用的关键桥梁。 核心内容概述: 在现代工业生产中,化工过程的复杂性、高能耗和对产品质量的严苛要求,使得“试错法”的生产管理模式已不再适用。《化工过程模拟与优化》 摒弃了传统的经验主义,转而强调基于第一性原理和先进计算方法的数字化工程实践。全书内容结构清晰,从基础的物性数据和相平衡理论入手,逐步深入到稳态模拟、动态模拟的构建,最终聚焦于过程优化这一核心目标。 第一部分:过程模拟的理论基石与数据准备 本部分为整个模拟工作奠定坚实的理论和数据基础。 1. 化工过程描述与建模基础: 详细介绍了化工过程的本质特征,包括守恒原理(质量、能量、动量)在过程单元中的具体体现。重点阐述了建立过程模型所必需的数学框架,包括代数方程组和微分方程组的构建方法。内容涵盖了化学反应动力学基础,以及如何将反应器视为一个复杂的耦合系统进行数学描述。 2. 物性数据与相平衡计算: 过程模拟的准确性高度依赖于可靠的物性数据。本章深入探讨了热力学回归分析、状态方程(如Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong)的应用和局限性。详细讲解了复杂多相体系的汽液平衡(VLE)、气液固平衡(VLSE)的计算方法,包括闪蒸计算、泡点/露点计算的数值算法,以及处理非理想溶液(如电解质体系)时的特殊模型选择。 3. 过程模拟软件的原理与应用: 简要介绍了主流商业模拟软件(如Aspen Plus, HYSYS, PRO/II等)的底层计算逻辑,而非仅仅停留在软件操作层面。探讨了模块化方法的实施,如何将复杂的单元操作分解为可计算的模块,并高效地进行求解器的选择和收敛性判断。 第二部分:稳态过程模拟与工程分析 稳态模拟是过程设计和设备选型的基础。本部分侧重于描述在稳定工况下过程的物质流和能量流的平衡计算。 4. 单元操作的稳态建模: 系统讲解了化工核心单元的精确建模方法。包括: 分离过程: 精馏塔的Rigorous模型(如Rate-based模型与Equilibrium-stage模型)的比较与选择,萃取、吸收塔的传质模型,以及膜分离过程的性能预测。 反应过程: 针对固定床反应器、流化床反应器和连续搅拌釜反应器(CSTR)建立能量和物质守恒方程,并结合非均相反应的有效传质和传热效应进行耦合计算。 换热网络: 详细介绍换热网络的输入-输出矩阵构建、Pinch分析(点分析)方法,以及如何利用模拟结果进行换热器网络的合理布局,实现最大化的能量回收。 5. 流程的收敛性与灵敏度分析: 过程模拟的难点之一在于求解复杂方程组的收敛问题。本章深入探讨了常见的收敛性障碍(如规格循环、物性数据不匹配)的诊断与解决策略。此外,系统阐述了如何通过灵敏度分析,识别过程中关键操作变量(温度、压力、回流比等)对最终产品收率和能耗的影响程度,为后续优化提供指导。 第三部分:动态过程模拟与过程控制 现代化工生产要求对扰动具有快速响应能力和稳定性。本部分聚焦于过程的动态行为预测及控制系统的设计。 6. 动态模型的建立与求解: 动态模拟需要对系统中的所有设备进行微分方程的建立。本书详细讲解了如何引入设备的储能项(如塔的液位、反应器的物料存量),从而将稳态模型转化为动态模型。探讨了处理模型代数方程(DAEs)的数值积分方法,如BDF(后向差分公式)的应用,以及求解器在处理快速动态响应时的挑战。 7. 过程控制策略的验证: 动态模拟平台是验证和测试先进控制策略(如模型预测控制, MPC)的理想环境。本章通过建立一个典型的耦合反应与精馏过程的动态模型,演示如何集成PID控制、反馈控制和前馈控制,并利用模拟平台对控制器的参数进行整定(Tuning)和抗扰动性能评估。 第四部分:化工过程的系统优化方法 优化的目标是寻求在满足所有工程约束(安全、操作范围)的前提下,最大化经济效益(最小化成本,最大化产率)。 8. 优化问题的数学表述与求解器选择: 将化工过程的优化问题转化为标准的数学优化模型,包括目标函数、等式约束(模拟方程)和不等式约束(操作限制)。详细介绍了不同优化算法的适用场景: 非线性规划(NLP): 内点法(Interior-Point Methods)在求解大规模、强非线性化工问题中的优势。 序列二次规划(SQP): 在处理中等规模复杂系统时的有效性。 9. 过程优化的高级应用: 设计优化: 利用优化算法确定最佳的设备尺寸、反应条件和分离流程配置,以最小化资本支出(CAPEX)和操作支出(OPEX)。 实时优化(RTO): 探讨如何将稳态优化模型与现场实时数据进行耦合,定期调整设定值,使工厂始终运行在最优的经济操作点。这部分内容深入讲解了模型在线更新、数据清洗和优化结果向APC层传递的工程实现流程。 多目标优化与Pareto前沿: 介绍如何同时优化相互冲突的目标(如产率最大化与能耗最小化),并通过计算Pareto最优解集,为决策者提供权衡取舍的依据。 总结: 《化工过程模拟与优化》不仅是一本计算方法的指导手册,更是一部现代化工工程师的数字化思维指南。通过对化工过程的精确数学抽象、高效的数值求解和系统性的优化设计,读者将能够构建出更安全、更经济、更具竞争力的化学工程系统。本书注重理论深度与工程实践的结合,旨在培养读者利用计算工具解决复杂工业难题的能力。