书名 ： 污水处理厂模型构建导则和应用案例

ISBN ： 9787511159533

作者 ： 吴远远著

单价 ： 128.00 元

版次 ：  2024年11月第1版

印次 ：  2024年11月第1次印刷

绿水青山，是我们心之所向，也是我们环保人奋斗的光荣使命和最终目标。污水处理厂在过去的40年间不断发展和进步，涉及工艺技术、设计规范、设备材料以及运营能力。水务市场也逐步进入存量运营时代，精细化和高质量运营成为行业趋势。如何提高运营人员的能力，将节能降耗、降低运行成本的相关技术和管理方法融入水厂运营中，成为水务行业关注的重点，仅仅依靠经验和半经验运行的时代注定成为过去式。

随着数字化、智慧化、数据要素等概念的逐步提出，在如今的数字时代，如何利用数据挖掘价值，如何利用数据搭建模型，真正实现从数字到智慧的跨越，是我们新一代水务人要去突破的技术难点。污水处理厂生物模型是其中的重要一环，是实现从信息化走向智慧化的关键一步。大部分污水处理厂的设计都存在池容冗余、风机冗余等问题，所以需要依托生物模型技术，通过模型构建、情景优化将污水处理厂调整到最佳状态，在此基础上方可进行“优中选优”的AI模型优化，否则就是“劣中选优”，价值大大降低。

污水处理行业中的“精确曝气”“精确加药”等概念已经有15余年的历史，推广应用不佳。污水处理的脱氮、除磷、降碳等过程是互相影响的，例如，曝气过程会影响脱氮效率，一是曝气时溶解氧浓度会影响是否能够发生同步硝化反硝化，从而影响脱氮效率，二是内回流的溶解氧浓度会影响缺氧池碳源的有效利用率。此外，运营过程中对于化学除磷的依赖，促进了药剂企业、高效沉淀池等的发展，因此对于生物除磷的考虑越来越少。实际上，很多污水处理厂仅仅生物除磷便可实现二沉池出水的平均总磷浓度低于0.5 mg/L，但是却没有被充分发挥出来。因此，要系统考虑脱氮除磷的优化问题，以尽可能发挥生物去除效率，绝不能割裂开而单独进行优化。这也就意味着生物模型的构建技术需要被更多人掌握并使用。

笔者与荷兰代尔夫特理工大学Mark vanLoosdrecht院士、北京建筑大学郝晓地教授、比利时根特大学Eveline Volcke、荷兰的Sebastian Meijer博士进行了多年项目合作，将生物建模技术在中国污水处理厂进行应用，并一起探索适合中国水质特征、工艺特征、设备特征的建模方法及控制方法。因此，本书综合了国内外多个实际工程经验，系统深入地阐述了污水处理厂数字建模所需的理论基础和方法论。全面介绍了数字建模所需的进水表征、数据收集、生物模型构建等步骤中的实施重点和技术细节。本书共分为16章。第1章概述了我国污水处理厂现状及特点，并介绍了我国污水处理厂面临的机遇和挑战。第2章介绍了活性污泥模型、建模软件和建模流程等，从宏观角度阐述了生物建模技术的价值和前景。第3章介绍了污水进水组成及其测定方法，并在此基础上进一步阐述了相关参数在建模软件中的表征。第4～10章进一步详细介绍了污水处理厂数字建模所需步骤：第4章（第一步）介绍了需要收集的有关污水处理厂设计、建设运行等关键信息，以用来构建评估污水处理厂的数据库；第5章（第二步）介绍了建立流程图所需确定的污水处理厂中各个工艺单元，以便后续工作中使用；第6章（第三步）介绍了收集有关污水处理厂日常信息的采样项目、采集计划和采样点设定；第7章（第四步）介绍了在第6章之外的需要额外补充测量的信息（如活性污泥特性等），并且描述了如何利用这些数据对已有信息进行筛查过滤；第8章（第五步）描述了二沉池评估方法，包括5种最常见的二沉池设计流程；第9章（第六步）介绍了制定一个采集污水处理厂数据计划的方法，以及如何平衡收集数据的质量和采集成本；第10章（最后一步）详细阐述了模拟活性污泥系统的通用STOWA建模方法及在其基础上改良的模型校准方法。第11章介绍了如何将整个工作流程拆解为单个步骤，并详细介绍每个步骤的重点和时间费用预算。第12～15章分别用3个工程实例进一步讲解数字建模如何在污水处理厂进行实际应用。第16章则对全书内容进行总结，并提出进一步的展望。

本书的优势在于其是在笔者多年生物建模和大量实际工程经验的基础上撰写的。书中不仅包含有关生物建模的基础理论知识，还提供了大量实际工程案例，以便读者理论联系实际并学以致用。本书可作为相关从业人员学习参考用书，旨在推动数字建模在污水处理厂设计、建设和运行等阶段的应用。

本书由北京首创生态环保集团吴远远博士著，马晨阳博士参与著作部分撰写工作。同时感谢首创环保集团的支持，感谢北京建筑大学郝晓地教授为本书撰写序言。书中难免有瑕疵和疏漏之处，敬请读者指正。

第1章  概  述  /  1

1.1  我国污水处理政策  /  1

1.2  我国污水处理厂概况  /  3

1.3  我国市政污水水质特征  /  5

1.4  我国污水处理厂出水情况  /  8

1.5  我国污水处理厂运行能耗和药耗  /  12

1.6  污水处理厂主要工艺  /  15

1.7  我国污水处理厂面临的机遇和挑战  /  16

参考文献  /  17

第2章  污水处理生物模型技术的价值和发展  /  18

2.1  生物模型技术在污水处理全生命周期的价值  /  18

2.2  活性污泥模型介绍  /  20

2.3  模拟环境/软件  /  24

2.4  建模协议/导则  /  26

参考文献  /  31

第3章  进水特征化表述  /  32

3.1  污水进水组分  /  32

3.2  利用水质测量值计算进水生化组分  /  35

3.3  Biowin BOD计算  /  39

3.4  BOD计算实例  /  42

3.5  出水BOD  /  44

3.6  重要建模参数COD和BOD  /  44

3.7  Biowin进水表征的实例结果  /  46

参考文献  /  47

第4章  污水处理厂数据库构建  /  48

4.1  简介  /  48

4.2  一般信息  /  49

4.3  收集信息参考  /  50

4.4  污水处理厂历史信息的一般性描述  /  50

4.5  关于法规和监督的信息  /  51

4.6  关于污水处理厂受纳水体的信息  /  51

4.7  关于下水道排水系统的信息  /  52

4.8  工业废水排放信息  /  52

4.9  运行数据总结  /  53

4.10  污水处理厂的一般分类  /  54

4.11  污水处理厂运行历史  /  55

4.12  结论  /  56

第5章  污水处理厂技术描述  /  57

5.1  简介  /  57

5.2  构筑工艺单元的分类  /  57

5.3  结论  /  66

第6章  污水处理厂历史运行数据采集  /  68

6.1  工艺流程分类  /  68

6.2  污水处理厂测量采样点  /  69

6.3  每日进出水量的典型测量方法  /  71

第7章  活性污泥法污水处理厂评估  /  73

7.1  简介  /  73

7.2  活性污泥特征  /  74

7.3  物料平衡评价  /  81

7.4  污水处理厂运行的评估  /  83

7.5  SRT的计算  /  83

7.6  另一种SRT计算方法：基于TP平衡  /  84

第8章  二次沉淀池评估  /  87

8.1  简介  /  87

8.2  二级沉淀池设计效果案例  /  89

8.3  污泥可沉降性替代指标  /  92

8.4  结论  /  94

参考文献  /  94

第9章  采样方法设计  /  95

9.1  简介  /  95

9.2  测量计划示例  /  100

9.3  采样方案设计的一般建议  /  100

9.4  样品鉴定及数据表  /  101

9.5  限制结果有效性的因素  /  102

9.6  分析测量方面的实际建议  /  103

9.7  水质监控的一般方法  /  104

9.8  结论  /  106

第10章  活性污泥建模方法  /  107

10.1  简介  /  107

10.2  建模方法的实际问题清单  /  108

10.3  结论  /  124

参考文献  /  124

第11章  建模规划  /  125

11.1  规划指南中的步骤  /  125

11.2  时间和预算管理风险  /  127

11.3  技术任务预计时间投入  /  127

参考文献  /  128

第12章  基于生物建模的污水处理厂运行优化应用案例  /  129

12.1  污水处理厂介绍  /  129

12.2  样品采集和水质测试  /  131

12.3  数据清洗  /  132

12.4  污水处理厂模型构建  /  132

12.5  模型校正  /  134

12.6  模型验证  /  135

12.7  一期运行优化  /  137

12.8  二期运行优化  /  139

12.9  结论  /  143

参考文献  /  143

第13章  污水处理厂化学除磷药剂投加量研究和应用实践  /  145

13.1  试验方法和材料  /  146

13.2  试验方案  /  147

13.3  结果和讨论  /  149

13.4  结论  /  155

参考文献  /  155

第14章  超磁分离技术用于生活污水处理厂预处理的模型评估  /  157

14.1  污水处理厂情况介绍  /  157

14.2  模型构建  /  158

14.3  技术有效性比较  /  161

14.4  经济性评估  /  166

14.5  结论  /  168

参考文献  /  168

第15章  基于模型的污水处理控制策略评估和优化  /  170

15.1  污水处理厂建模  /  170

15.2  控制策略设计与评价方法  /  173

15.3  模拟仿真  /  176

15.4  结论  /  179

参考文献  /  180

第16章  结  论  /  182

附  录  取样点设置和取样方法  /  187