編輯推薦
適讀人群 :本書可作為汙水處理廠、汙水處理站的管理人員與技術人員及環保公司的工程設計、調試人員的參考用書,也可作為環境科學與工程、市政工程等專業師生的教學參考書。 1.本書是《水處理工藝與設備叢書》中的一個分冊,叢書共三個分冊。
2.詳細介紹瞭生物法水處理工藝過程、設備選型方法。
3.對每種方法的介紹,不僅有相關理論,還有實際例子,方便讀者理解。
4.文中收集瞭大量實用的數據,參考性強。
內容簡介
本書是《水處理過程與設備》叢書中的一個分冊,係統介紹瞭生物法水處理工藝及相關設備,根據采取的技術措施的不同,生物法水處理工藝分為好氧和厭氧兩類處理工藝,這兩類處理工藝又各自包括活性汙泥法、生物膜法等工藝。本書分彆對好氧活性汙泥法、好氧生物膜法、厭氧活性汙泥法、厭氧生物膜法等各種生物處理方法的工藝過程及相關設備的設計與選型進行瞭介紹。
本書可作為汙水處理廠、汙水處理站的管理人員與技術人員及環保公司的工程設計、調試人員的參考用書,也可作為環境科學與工程、市政工程等專業師生的教學參考書。
內頁插圖
目錄
第1章緒論
1.1中國的水資源現狀001
1.1.1水資源的分布001
1.1.2水資源量004
1.2水的循環005
1.2.1水的自然循環005
1.2.2水的社會循環006
1.3廢水的水質006
1.3.1生活汙水和城市汙水的水質及計算007
1.3.2工業廢水的水質008
1.4水汙染物排放標準的分類與製定原則009
1.5廢水處理工藝015
1.5.1廢水處理程度的分級015
1.5.2工業廢水的處理方式016
1.6廢水的生物處理方法016
1.6.1有機物的生物降解017
1.6.2微生物的代謝018
1.6.3生物降解的環境條件018
1.6.4生物處理技術的分類019
第2章有機廢水的好氧生物處理
2.1廢水好氧生物處理的基本生物過程021
2.1.1好氧生物處理的生化反應021
2.1.2好氧生物處理過程中的代謝過程022
2.1.3有機物好氧生物降解過程022
2.1.4好氧生物處理中閤成代謝與分解代謝的關係023
2.1.5廢水好氧生物處理途徑023
2.2廢水好氧生物處理的基本方法與分類023
2.2.1好氧活性汙泥法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藝028
2.3好氧生物處理的影響因素與條件028
2.4好氧生物技術處理高濃度難降解有機廢水的研究方嚮029
參考文獻030
第3章好氧活性汙泥法處理工藝
3.1好氧活性汙泥法的基本原理031
3.1.1好氧活性汙泥處理係統的基本流程031
3.1.2活性汙泥的形態與組成032
3.1.3活性汙泥淨化反應過程032
3.2活性汙泥法的工藝過程及其運行方式033
3.2.1活性汙泥法的工藝流程034
3.2.2活性汙泥的性質與性能指標035
3.2.3活性汙泥法的基本工藝參數及影響因素038
3.2.4活性汙泥法的主要運行方式040
3.2.5氧氣曝氣043
3.3曝氣池044
3.3.1曝氣池的類型與構造044
3.3.2曝氣的原理與理論基礎047
3.3.3氧轉移速率的影響因素049
3.3.4氧轉移速率與供氣量的計算051
3.4活性汙泥係統的工藝計算與設計051
3.4.1設計的基礎資料與工藝流程的選定052
3.4.2普通曝氣池的計算與設計052
3.4.3二次沉澱池的計算與設計055
3.4.4汙泥迴流係統的計算與設計056
3.5曝氣設備057
3.5.1鼓風曝氣裝置057
3.5.2機械曝氣裝置064
3.5.3曝氣裝置傳氧速率的計算068
3.6活性汙泥工藝的控製與運行070
3.6.1活性汙泥的培養與馴化070
3.6.2正常運行工藝控製071
3.6.3活性汙泥係統的問題及解決對策072
參考文獻074
第4章新型好氧活性汙泥法處理工藝
4.1氧化溝工藝075
4.1.1氧化溝的構造075
4.1.2氧化溝的工作原理076
4.1.3氧化溝的基本特徵076
4.1.4氧化溝的形式077
4.1.5氧化溝的充氧設備082
4.1.6氧化溝的設計計算與技術參數083
4.1.7氧化溝的優缺點及其應用085
4.2吸附�采�物降解工藝086
4.2.1工藝流程及其特徵086
4.2.2A�睟法的應用087
4.3序批式間歇反應器工藝088
4.3.1SBR活性汙泥法的工藝流程及其特徵088
4.3.2SBR的運行過程090
4.3.3SBR過程的動力學分析092
4.3.4SBR活性汙泥法的設計093
4.3.5潷水器095
4.4SBR工藝的發展097
4.4.1間歇循環延時曝氣係統(ICEAS)097
4.4.2CASS工藝099
4.4.3CAST工藝102
4.4.4DAT�睮AT工藝103
4.4.5一體化活性汙泥係統106
4.4.6射流式SBR工藝110
4.4.7改良型間歇活性汙泥過程111
4.4.8SBR工藝對高濃度難降解有機廢水的適應性113
參考文獻113
第5章好氧生物膜法處理技術
5.1好氧生物膜法的基本原理114
5.1.1生物膜的形成過程114
5.1.2生物膜的結構115
5.1.3生物膜處理法的主要特徵115
5.2好氧生物濾池工藝116
5.2.1好氧生物濾池的基本原理116
5.2.2普通生物濾池的構造117
5.2.3普通生物濾池的設計與計算119
5.2.4高負荷生物濾池122
5.2.5塔式生物濾池127
5.2.6淹沒式生物濾池130
5.2.7影響生物濾池功能的主要因素135
5.2.8前處理——Actiflo工藝136
5.3好氧生物轉盤工藝137
5.3.1好氧生物轉盤的構造137
5.3.2好氧生物轉盤的工藝特徵138
5.3.3好氧生物轉盤的工藝流程與組閤138
5.3.4好氧生物轉盤的設計計算139
5.4生物接觸氧化法處理工藝142
5.4.1生物接觸氧化池的構造與形式143
5.4.2生物接觸氧化法處理工藝145
5.4.3生物接觸氧化法的特徵146
5.4.4生物接觸氧化池的設計計算146
5.5好氧生物流化床工藝148
5.5.1載體顆粒流化原理148
5.5.2生物流化床的構造149
5.5.3生物流化床的工藝類型150
5.5.4生物流化床的優點及問題151
5.6生物膜法的運行管理152
5.6.1生物膜的培養與馴化152
5.6.2日常管理152
5.7膜生物反應器153
5.7.1膜生物反應器的基本原理與特點153
5.7.2膜生物反應器的形式154
5.7.3膜的技術性能及參數157
5.7.4膜生物反應器的控製條件158
5.7.5膜生物反應器的應用159
參考文獻159
第6章有機廢水的厭氧生物處理
6.1有機廢水厭氧生物處理的基本過程160
6.1.1厭氧生物處理的生物化學過程160
6.1.2厭氧生物處理過程中的主要微生物163
6.1.3厭氧細菌種群之間的關係及動態平衡164
6.2厭氧生物處理過程的影響因素165
6.2.1工藝條件165
6.2.2環境因素170
6.3厭氧生物處理工藝的發展172
6.3.1厭氧活性汙泥法172
6.3.2厭氧生物膜法174
6.3.3兩相厭氧消化工藝175
6.4厭氧生物處理技術的主要特徵176
6.4.1厭氧生物處理技術的優點176
6.4.2厭氧生物處理技術的缺點177
6.5厭氧生物處理過程的動力學178
6.5.1穩態的完全混閤反應器178
6.5.2有迴流的完全混閤反應器179
6.5.3厭氧生物膜反應器181
6.5.4厭氧生物處理過程動力學參數的測定182
參考文獻183
第7章厭氧活性汙泥法處理工藝
7.1厭氧水解酸化184
7.1.1水解酸化的過程控製184
7.1.2水解酸化池的設計185
7.1.3水解酸化池的應用186
7.2普通厭氧消化池187
7.2.1普通厭氧消化池的工作原理187
7.2.2普通厭氧消化池的構造189
7.2.3普通厭氧消化池的設計計算190
7.2.4普通厭氧消化池的應用191
7.3厭氧生物接觸工藝191
7.3.1厭氧生物接觸工藝流程191
7.3.2厭氧生物接觸過程的控製192
7.3.3厭氧生物接觸工藝的設計194
7.3.4厭氧生物接觸工藝的應用195
7.4升流式厭氧汙泥床反應器197
7.4.1升流式厭氧汙泥床反應器的構造197
7.4.2升流式厭氧汙泥床反應器的工作原理199
7.4.3升流式厭氧汙泥床反應器的工藝特徵201
7.4.4升流式厭氧汙泥床反應器的過程控製201
7.4.5升流式厭氧汙泥床反應器的設計204
7.4.6升流式厭氧汙泥床反應器的應用209
7.5內循環厭氧生物反應器210
7.5.1內循環厭氧生物反應器的構造及工作原理211
7.5.2內循環厭氧生物反應器的特點211
7.5.3內循環厭氧生物反應器的過程控製212
7.5.4內循環厭氧生物反應器的應用213
7.6厭氧膨脹顆粒汙泥床反應器213
7.6.1厭氧膨脹顆粒汙泥床反應器的結構與工作原理214
7.6.2厭氧膨脹顆粒汙泥床反應器的研究與應用214
7.7厭氧摺流闆反應器215
7.7.1厭氧摺流闆反應器的結構與工作原理215
7.7.2厭氧摺流闆反應器的主要性能215
7.7.3厭氧摺流闆反應器的工藝設計216
7.7.4復閤型厭氧摺流闆反應器217
7.7.5分階段多相厭氧反應器218
7.7.6厭氧摺流闆反應器的研究現狀和應用219
參考文獻220
第8章厭氧生物膜法處理工藝
8.1厭氧生物濾池221
8.1.1厭氧生物濾池的構造221
8.1.2厭氧生物濾池的工作原理222
8.1.3厭氧生物濾池的汙泥與微生物分布223
8.1.4厭氧生物濾池的特點224
8.1.5厭氧生物濾池的工藝設計225
8.1.6厭氧生物濾池的應用225
8.2厭氧附著膜膨脹床和厭氧附著膜流化床反應器226
8.2.1厭氧附著膜流化床的工作原理與特性227
8.2.2厭氧附著膜流化床載體的特性和要求228
8.2.3厭氧附著膜流化床反應器的設計228
8.2.4厭氧附著膜流化床反應器的過程控製229
8.2.5厭氧附著膜流化床的研究與應用230
8.2.6厭氧附著膜膨脹床的研究與應用231
8.3厭氧生物轉盤232
8.3.1厭氧生物轉盤的構造及特徵232
8.3.2厭氧生物轉盤的設計計算233
8.4兩相厭氧處理係統235
8.4.1兩相厭氧消化原理235
8.4.2兩相厭氧處理係統的相分離236
8.4.3兩相厭氧處理係統的特點237
8.4.4兩相厭氧處理過程及反應器237
8.4.5兩相厭氧處理工藝的應用範圍238
8.4.6兩相厭氧處理工藝的工程應用239
8.5厭氧復閤床反應器240
8.5.1無三相分離器的升流式厭氧汙泥床過濾器241
8.5.2帶三相分離器的升流式厭氧汙泥床過濾器241
8.5.3厭氧復閤床反應器的研究與應用242
參考文獻244
第9章厭氧生物處理係統的設計及其運行管理
9.1厭氧産氣量的計算245
9.1.1理論産氣量的計算245
9.1.2實際産氣率分析246
9.2厭氧生物反應器的設計計算247
9.2.1工藝設備的選型247
9.2.2反應器容積的計算248
9.2.3消化池的加熱與保溫249
9.2.4消化池的運行管理251
9.3沼氣的收集與儲存252
9.3.1沼氣的收集252
9.3.2沼氣的儲存252
9.3.3附屬設施及儀錶253
9.3.4沼氣的利用係統253
9.4厭氧設備的運行管理257
9.4.1厭氧設備的啓動257
9.4.2日常管理258
9.4.3運行異常問題的分析與排除259
9.4.4分析測量與記錄261
參考文獻262
第10章有機廢水生物脫氮除磷技術
10.1營養元素的危害和氮磷的去除方法263
10.1.1營養元素的危害263
10.1.2脫氮除磷的物化法264
10.2生物脫氮的原理264
10.2.1氮在廢水中存在的形式與轉化264
10.2.2氨氧化265
10.2.3硝化265
10.2.4反硝化266
10.3生物脫氮工藝與技術268
10.3.1活性汙泥脫氮傳統工藝268
10.3.2缺氧�埠醚躉鈈暈勰嗤訓�組閤工藝270
10.3.3同步硝化與反硝化工藝275
10.3.4Bardenpho脫氮工藝275
10.3.5生物濾池硝化脫氮工藝276
10.3.6氧化溝硝化脫氮工藝276
10.3.7生物轉盤硝化脫氮工藝276
10.3.8改進的A�睟工藝277
10.3.9廢水生物脫氮工藝的運行控製277
10.4生物除磷的原理及影響因素278
10.4.1生物除磷的原理278
10.4.2生物除磷的影響因素279
10.5生物除磷工藝280
10.5.1弗斯特利普除磷工藝280
10.5.2厭氧�埠醚躉鈈暈勰喑�磷工藝281
10.6同步脫氮除磷工藝284
10.6.1巴頓甫脫氮除磷工藝284
10.6.2Phoredox同步脫氮除磷工藝285
10.6.3An/A/O同步生物脫氮除磷工藝286
10.6.4UCT同步脫氮除磷工藝289
10.6.5VIP組閤工藝290
10.6.6氧化溝脫氮除磷工藝290
10.6.7SBR脫氮除磷工藝290
10.6.8廢水生物脫氮除磷工藝選擇291
參考文獻292
第11章廢水的自然生物處理係統
11.1穩定塘處理係統293
11.1.1生物穩定塘的特點293
11.1.2穩定塘係統的運行原理294
11.1.3穩定塘的種類及工藝流程295
11.1.4厭氧塘296
11.1.5兼性塘298
11.1.6好氧塘299
11.1.7曝氣塘300
11.1.8深度處理塘302
11.1.9穩定塘的塘體設計303
11.2高效新型塘305
11.2.1兩級曝氣功率的多級串聯曝氣塘係統305
11.2.2高級組閤塘係統306
11.3廢水土地處理309
11.3.1廢水土地處理係統的組成309
11.3.2廢水土地處理的工藝309
11.3.3土地處理法的運行管理311
11.4人工濕地汙水處理技術313
11.4.1人工濕地的類型313
11.4.2人工濕地的淨化原理314
11.4.3人工濕地的工藝流程317
11.4.4人工濕地係統的工藝設計318
參考文獻322
前言/序言
好的,這裏是一份關於 《化工過程模擬與優化》 這本書的詳細簡介,這份簡介聚焦於化工、過程工程、模擬技術和優化方法,完全避開瞭“生物法水處理過程與設備”這一主題。 --- 《化工過程模擬與優化》 深度解析:現代化工生産的數字化孿生與效率革命 書籍定位: 本書是麵嚮化學工程、過程控製、石油化工、精細化工、製藥工程等領域的高年級本科生、研究生、工程技術人員和研究人員的專業參考書。它係統地闡述瞭如何利用先進的計算工具和數學方法,對復雜的化工過程進行精確的模擬、深入的分析和高效的優化,是連接理論知識與實際工程應用的關鍵橋梁。 核心內容概述: 在現代工業生産中,化工過程的復雜性、高能耗和對産品質量的嚴苛要求,使得“試錯法”的生産管理模式已不再適用。《化工過程模擬與優化》 摒棄瞭傳統的經驗主義,轉而強調基於第一性原理和先進計算方法的數字化工程實踐。全書內容結構清晰,從基礎的物性數據和相平衡理論入手,逐步深入到穩態模擬、動態模擬的構建,最終聚焦於過程優化這一核心目標。 第一部分:過程模擬的理論基石與數據準備 本部分為整個模擬工作奠定堅實的理論和數據基礎。 1. 化工過程描述與建模基礎: 詳細介紹瞭化工過程的本質特徵,包括守恒原理(質量、能量、動量)在過程單元中的具體體現。重點闡述瞭建立過程模型所必需的數學框架,包括代數方程組和微分方程組的構建方法。內容涵蓋瞭化學反應動力學基礎,以及如何將反應器視為一個復雜的耦閤係統進行數學描述。 2. 物性數據與相平衡計算: 過程模擬的準確性高度依賴於可靠的物性數據。本章深入探討瞭熱力學迴歸分析、狀態方程(如Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong)的應用和局限性。詳細講解瞭復雜多相體係的汽液平衡(VLE)、氣液固平衡(VLSE)的計算方法,包括閃蒸計算、泡點/露點計算的數值算法,以及處理非理想溶液(如電解質體係)時的特殊模型選擇。 3. 過程模擬軟件的原理與應用: 簡要介紹瞭主流商業模擬軟件(如Aspen Plus, HYSYS, PRO/II等)的底層計算邏輯,而非僅僅停留在軟件操作層麵。探討瞭模塊化方法的實施,如何將復雜的單元操作分解為可計算的模塊,並高效地進行求解器的選擇和收斂性判斷。 第二部分:穩態過程模擬與工程分析 穩態模擬是過程設計和設備選型的基礎。本部分側重於描述在穩定工況下過程的物質流和能量流的平衡計算。 4. 單元操作的穩態建模: 係統講解瞭化工核心單元的精確建模方法。包括: 分離過程: 精餾塔的Rigorous模型(如Rate-based模型與Equilibrium-stage模型)的比較與選擇,萃取、吸收塔的傳質模型,以及膜分離過程的性能預測。 反應過程: 針對固定床反應器、流化床反應器和連續攪拌釜反應器(CSTR)建立能量和物質守恒方程,並結閤非均相反應的有效傳質和傳熱效應進行耦閤計算。 換熱網絡: 詳細介紹換熱網絡的輸入-輸齣矩陣構建、Pinch分析(點分析)方法,以及如何利用模擬結果進行換熱器網絡的閤理布局,實現最大化的能量迴收。 5. 流程的收斂性與靈敏度分析: 過程模擬的難點之一在於求解復雜方程組的收斂問題。本章深入探討瞭常見的收斂性障礙(如規格循環、物性數據不匹配)的診斷與解決策略。此外,係統闡述瞭如何通過靈敏度分析,識彆過程中關鍵操作變量(溫度、壓力、迴流比等)對最終産品收率和能耗的影響程度,為後續優化提供指導。 第三部分:動態過程模擬與過程控製 現代化工生産要求對擾動具有快速響應能力和穩定性。本部分聚焦於過程的動態行為預測及控製係統的設計。 6. 動態模型的建立與求解: 動態模擬需要對係統中的所有設備進行微分方程的建立。本書詳細講解瞭如何引入設備的儲能項(如塔的液位、反應器的物料存量),從而將穩態模型轉化為動態模型。探討瞭處理模型代數方程(DAEs)的數值積分方法,如BDF(後嚮差分公式)的應用,以及求解器在處理快速動態響應時的挑戰。 7. 過程控製策略的驗證: 動態模擬平颱是驗證和測試先進控製策略(如模型預測控製, MPC)的理想環境。本章通過建立一個典型的耦閤反應與精餾過程的動態模型,演示如何集成PID控製、反饋控製和前饋控製,並利用模擬平颱對控製器的參數進行整定(Tuning)和抗擾動性能評估。 第四部分:化工過程的係統優化方法 優化的目標是尋求在滿足所有工程約束(安全、操作範圍)的前提下,最大化經濟效益(最小化成本,最大化産率)。 8. 優化問題的數學錶述與求解器選擇: 將化工過程的優化問題轉化為標準的數學優化模型,包括目標函數、等式約束(模擬方程)和不等式約束(操作限製)。詳細介紹瞭不同優化算法的適用場景: 非綫性規劃(NLP): 內點法(Interior-Point Methods)在求解大規模、強非綫性化工問題中的優勢。 序列二次規劃(SQP): 在處理中等規模復雜係統時的有效性。 9. 過程優化的高級應用: 設計優化: 利用優化算法確定最佳的設備尺寸、反應條件和分離流程配置,以最小化資本支齣(CAPEX)和操作支齣(OPEX)。 實時優化(RTO): 探討如何將穩態優化模型與現場實時數據進行耦閤,定期調整設定值,使工廠始終運行在最優的經濟操作點。這部分內容深入講解瞭模型在綫更新、數據清洗和優化結果嚮APC層傳遞的工程實現流程。 多目標優化與Pareto前沿: 介紹如何同時優化相互衝突的目標(如産率最大化與能耗最小化),並通過計算Pareto最優解集,為決策者提供權衡取捨的依據。 總結: 《化工過程模擬與優化》不僅是一本計算方法的指導手冊,更是一部現代化工工程師的數字化思維指南。通過對化工過程的精確數學抽象、高效的數值求解和係統性的優化設計,讀者將能夠構建齣更安全、更經濟、更具競爭力的化學工程係統。本書注重理論深度與工程實踐的結閤,旨在培養讀者利用計算工具解決復雜工業難題的能力。