污水生物处理数值模拟与优化
课程编码：180084085701M4003H
英文名称：Numerical Modeling of Wastewater Biological Treatment
课时：20
学分：1.00
课程属性：研讨课
主讲教师：魏源送等
教学目的要求
教学目的：本课程是为资源与环境、环境工程等专业开设的专业学位研讨课，旨在进一步提高研究生科研综合素质与实战能力。通过课程教学与讨论，进一步理解与掌握污水处理与资源化中数字技术应用的一般流程，包括数据收集与清洗，数字模型构建、敏感性分析、拟合、验证的知识与方法；熟悉污水生物处理数值模拟与优化常用模型，主要是国际水协关于污水生物处理的系列模型，包括全厂过程模型BSM，活性污泥模型ASM，厌氧模型ADM，通用理化模型PCM，混合模型，以及良好建模实践GMP）。通过数字技术的案例研讨，体会数字技术在污水生物处理研究与工程实践中的重要性及实用价值；使典型实用的数字技术在理论层面与实战层面、研究与工程实践中的应用、反应器设计与工艺过程的优化等达到有机整合与融会贯通，切实发挥数字技术在污水生物处理和水污染防治中的作用，提高研究生解决复杂问题的科研与工程应用能力。
课程基本要求：基本掌握污水生物处理的数字技术，结合各自研究方向，通过典型工艺和反应器的案例研究，对主流技术和方法能够灵活运用、深刻体会，明晰不同数值模拟与优化技术的优势与应用条件，提高对解决专业问题实际应用的适宜性辨析与综合应用能力。
预修课程
排水工程
大纲内容
第一章 污水生物处理模拟与优化概论 1学时 魏源送
第1节 目的与意义
第2节 相关国家政策
第3节 前景与挑战
第二章 污水生物处理的数字技术 1学时 齐嵘
第1节 机理模型vs数据模型
第2节 污水生物处理过程模型
第3节 污水生物处理单元模型
第4节 污水生物处理反应器模型
第5节 案例分析与研讨
第三章 基准测试模型模型 1学时 齐嵘
第1节 什么是BSM
第2节 污水生物处理工艺单元与过程
第3节 灰箱模型
第4节 IWA系列模型的变量命名法通用规则
第四章 污水生物流程的优化 1学时 齐嵘
第1节 历史运行数据的收集
第2节 开环控制与闭环控制
第3节 常见的过程控制策略
第4节 案例分析与研讨
第五章 污水的生物处理 1学时 齐嵘
第1节 什么是生物处理
第2节 碳的生物去除
第3节 氮的生物去除
第4节 磷的生物去除
第六章 活性污泥数学模型 1学时 齐嵘
第1节 什么是ASM
第2节 化学计量学过程
第3节 生物动力学过程
第4节 静态模拟与动态模拟
第5节 参数敏感性
第七章 污水生物处理过程的优化 2学时 齐嵘
第1节 实际污水生物处理工艺
第2节 微生物种群动态
第3节 污水处理过程的控制参数
第4节 污水处理过程的模拟与优化
第5节 案例分析与研讨
第八章 厌氧消化模型 1学时 郁达伟
第1节 什么是ADM
第2节 生化过程
第3节 物理化学过程
第4节 酸碱缓冲体系
第九章 厌氧消化过程的模拟与优化 1学时 郁达伟
第1节 液相方程
第2节 气相方程
第3节 模型实现方法
第4节 参数灵敏度与估计
第十章 厌氧处理过程的优化 1学时 郁达伟
第1节 实际厌氧处理工艺
第2节 功能菌群演替
第3节 厌氧消化过程的控制参数
第4节 厌氧消化过程的模拟与优化
第5节 案例分析与研讨
第十一章 通用化学模型 1学时 郁达伟
第1节 什么是PCM
第2节 液相过程
第3节 溶解与沉淀
第4节 气液传质过程
第5节 化学氧化与还原
第十二章 理化过程的模拟与优化 1学时 郁达伟
第1节 全厂模型中的应用
第2节 生物处理中的pH建模
第3节 氧传质的精确建模
第4节 高浓度工业废水
第5节 案例分析与研讨
第十三章 计算流体力学模型 1学时 郁达伟
第1节 什么是CFD
第2节 水力搅拌
第3节 曝气池气液两相流
第4节 高含固厌氧消化
第5节 污泥堆肥通风策略
第十四章 流体模型的实验验证 1学时 郁达伟
第1节 速度场测试与雷诺平均
第2节 图像技术
第3节 保留时间分布与示踪法
第4节 风洞测试
第5节 案例分析与研讨
第十五章 二沉池模型 1学时 郁达伟
第1节 絮体分形模型
第2节 污泥流变学
第3节 案例分析与研讨
第十六章 IWA建模导则 2学时 郁达伟
第1节 一般建模导则
第2节 基于污水特性的建模导则
第3节 建模任务定义
第4节 数据收集、分析与清洗
第5节 补充测试与模型优化目标确认
第十七章 应用案例 2学时 郁达伟
第1节 应用原则与方法矩阵
第2节 案例分析与研讨
教材信息
1、
活性污泥数学模型
国际水协废水生物处理设计与运行数学模型课
2002年1月
同济大学出版社
参考书
课程教师信息
魏源送，博士，研究员，博士生导师，现任中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室主任，中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心副主任。中国科学院大学岗位教授。斯里兰卡国家基础科学研究所（NIFS)兼职教授。北京生态修复学会副理事长。江西省科学院能源研究所副所长（挂职）。生态环境部长江生态环境保护修复南昌驻点跟踪研究工作组组长。
郁达伟，博士，副研究员，硕士生导师，中国科学院生态环境研究中心。中国科学院大学教师，北京生态协会副秘书长。研究方向为污水处理与资源化。
齐嵘，博士，生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室 高级工程师。一直从事城市污水生物处理相关领域的环境微生物生态学及环境工程研究工作。在城市污水模型模拟及优化、分子生物学种群表征方面积累了较为丰富的研究经验。