题目：结合ASM1模型和CFD方法的废水生物处理的数值模拟研究

建立描述污水生物处理系统的数学模型并将其运用到实际工程中去是环境工程师们面临的重大课题。本文通过研究ASM1模型，结合物料守恒原则，编写了ASM1模拟程序。使用欧盟COST基准对模拟程序进行了验证和校准，并分析了ASM1中各种参数对模拟结果的影响。利用校准后的软件，对高碑店污水处理厂二期工程运行数据进行了模拟并给出了运行建议。结合CFD工具软件对溶解氧的控制进行了分析，并给出了CFD工具和ASM1模拟程序相结合的运行实例。通过分析ASM1模型的矩阵，进行了模型假定、系统分割等过程，建立了ASM1中各组分的过程速率方程和组分总动力方程，将ASM1模型的各组分统一了单位，确定了ASM1模型中涉及到的14个动力学参数和5个化学计量学参数的取值范围。根据物料守恒，建立了微分方程组，并提出求解微分方程组的数值分析方法—四阶四级龙格库塔法，使用C语言编写了ASM1模拟程序并分析了程序中积分过程时间步长的选取原则。利用欧盟COST基准对自编模拟程序进行了数值模拟和分析。分别进行了稳态模拟和动态模拟，稳态模拟得出的结果和COST基准误差在5%之内，对于动态模拟，分别分析了SS、XS、XBH、SNH、SNO、SND和XND等参数的模拟结果，证明对各参数的模拟误差均能控制在20%以内。对溶解氧、动力学参参数YH、bH和回流比对模拟结果的影响进行了分析。运用自编程序对高碑店污水处理厂二期工程数据进行了模拟应用并校准了模型参数，将bH和YH值进行了调整，bH从默认的0.3调整至0.5，YH从默认的0.67调整至0.52。分别对COD、TN、NH3-N以及NO3-N进行了模拟，模拟结果均比较符合真实出水数据。采用校准和验证后的模型对不同溶解氧浓度下的出水硝态氮进行了预测，得出了当溶解氧在2.5 mg/L时通过模拟预测的出水质量最好。利用CFD工具FLUENT 6.3对高碑店污水处理厂二期工程进行了模型建立并提出了适合模拟的计算流体力学方程组和数值解法。根据“双模理论”提出了依据气相含量数据进行溶解氧计算的理论方法，得到了相应的气相含量-溶解氧的关系。根据高碑店污水处理厂的鼓风曝气设备和2007年6-8月的进水资料，使用CFD-ASM1联用的数值模拟方法对高碑店污水处理厂二期工程A/O工艺进行了模拟，结果表明模拟结果中COD的模拟结果较为准确，和实测出水差别在5%以内。