[发明专利]一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法

摘要

一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法，所述连续流交替式污水处理工艺由中间池和两侧的边池串联组成，将边池在一个连续流交替式污水处理工艺运行周期内的状态分成两个阶段：完全混合反应阶段和分层沉淀阶段；而中间池则始终处于完全混合反应阶段；对完全混合反应阶段，采用生化反应动力学模型进行建模；对分层沉淀阶段，采用沉淀模型和生化反应动力学模型进行建模。本发明建立的数学模型可模拟连续流交替式工艺在不同工艺周期内随时间的水质变化趋势，用于预测污水处理厂的工艺运行效果，可用于工艺参数的优化和决策，提高运行水平。

主权项

1.一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法，所述连续流交替式污水处理工艺由中间池和两侧的边池串联组成，其特征在于，将边池在一个连续流交替式污水处理工艺运行周期内的状态分成两个阶段：完全混合反应阶段和分层沉淀阶段，所述完全混合反应阶段将边池视为处于完全混合的均相状态，仅发生生化反应；所述分层沉淀阶段将边池沿水深方向分成若干层进行污泥沉淀，同时发生重力沉淀和生化反应；中间池始终处于完全混合反应阶段；对完全混合反应阶段，采用生化反应动力学模型进行建模，得到各物质浓度的净变化率的表达式；对分层沉淀阶段，将边池沿水深方向分成10层，采用沉淀模型和生化反应动力学模型进行建模，得到每一层上各物质浓度的净变化率的表达式；模拟所涉及到污水中的物质有：溶解氧、溶解性有机物、颗粒性有机物、氨氮、硝态氮、异养菌、自养菌；1)当边池处于完全混合反应阶段时及中间池中，各物质浓度的净变化率的表达式为：溶解氧：溶解性有机物：颗粒性有机物：氨氮：硝态氮：异养菌：自养菌：式中：SO：溶解氧的浓度，单位mgO2/L；SCOD：溶解性有机物的浓度，单位mgCOD/L；SNH：氨态氮的浓度，单位mgN/L；SNO：硝态氮的浓度，单位mgN/L；XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位mgCOD/L；XH：异养菌的浓度，单位mgCOD/L；XA：自养菌的浓度，单位mgCOD/L；Qin：边池或中间池的进水流量，单位m3/d；Qout：边池或中间池的出水流量，单位m3/d；V：边池或中间池的总容积，单位m3；So,in：边池或中间池进水中溶解氧的浓度，单位mgO2/L；SCOD,in：边池或中间池进水中溶解性有机物的浓度，单位mgCOD/L；SNH,in：边池或中间池进水中氨态氮的浓度，单位mgN/L；SNO,in：边池或中间池进水中硝态氮的浓度，单位mgN/L；XCOD,in：边池或中间池进水中颗粒性有机物的浓度，单位mgCOD/L；XH,in：边池或中间池进水中异养菌的浓度，单位mgCOD/L；XA,in：边池或中间池进水中自养菌的浓度，单位mgCOD/L；μH：异养菌最大比生长速率，单位h‑1；μA：自养菌最大比生长速率，单位h‑1；KS：异养菌生长半速率常数，单位mgCOD/L；bH：异养菌比衰减速率，单位h‑1；KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位mgN/L；ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；kh：水解速率，单位mgCOD/(mg生物量(COD)·h)；KX：水解半速率常数，单位mgCOD/(mg生物量(COD)；ηh：缺氧状态水解修正系数；KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNH：自养菌生长半速率常数，单位mgN/L；bA：自养菌比衰减速率，单位h‑1；YH：异养菌产率系数，单位mg生物量(COD)/mg COD去除；YA：自养菌产率系数，单位mg生物量(COD)/mg被氧化的N；对上述各项物质浓度随时间的净变化率进行联立得到微分方程组，进行数值求解，得中间池和处于完全混合反应阶段的边池中，各物质浓度随时间的变化；2)当边池处于分层沉淀阶段时，每一层上各固体物质浓度的净变化率的表达式为：颗粒性有机物：异养菌：自养菌：式中：Qout是边池的出水流量，单位m3/d；S是边池的表面积，单位m2；hm是当前层的高度，数值上等于池深和层数的比值，单位m；XCOD,m，XH,m和XA,m分别是当前层上的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位g/m3；XCOD,m+1，XH,m+1和XA,m+1分别是当前层上一层的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位g/m3；JXCOD,m‑1和JXCOD,m分别是当前层下面一层和当前层颗粒性有机物的通量；JXH,m‑1和JXH,m分别是当前层下面一层和当前层异养菌的通量；JXA,m‑1和JXA,m分别是当前层下面一层和当前层自养菌的通量。当前层的通量算法：JXCOD,m＝VmXCOD,mJXH,m＝VmXH,mJXA,m＝VmXA,mVm是当前层的固体沉降速度，通过下式计算：式中，V0是最大理论沉降速度，单位m/d；rh为沉降参数，单位为m3/g固体；fns是边池进水中不可沉降物质所占的最大比例；Xin是边池进水中的总悬浮固体浓度，g/m3；Xin是边池进水中的总悬浮固体浓度，通过下式计算：其中，Xi,in代表边池进水中的各种固体物质，有颗粒性有机物XCOD,in、异养菌XH,in、自养菌XA,,in，它们的加和作为进水中的总悬浮固体浓度；Xm是当前层的总悬浮固体浓度，通过下式计算：其中Xi,m代表当前层中的各种固体物质，有颗粒性有机物XCOD、异养菌XH、自养菌XA，它们浓度的加和作为当前层的总悬浮固体浓度；μH：异养菌最大比生长速率，单位h‑1；μA：自养菌最大比生长速率，单位h‑1；KS：异养菌生长半速率常数，单位mgCOD/L；bH：异养菌比衰减速率，单位h‑1；KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位mgN/L；ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；kh：水解速率，单位mgCOD/(mg生物量(COD)·h)；KX：水解半速率常数，单位mgCOD/(mg生物量(COD)；ηh：缺氧状态水解修正系数；ηgKOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNH：自养菌生长半速率常数，单位mgN/L；bA：自养菌比衰减速率，单位h‑1；对上述各项物质浓度随时间的净变化率进行联立得到微分方程组，进行数值求解，得处于分层沉淀阶段的边池中，每一层上各固体物质浓度随时间的变化；3)当边池处于分层沉淀阶段时，每一层上各溶解性物质浓度的净变化率的表达式为：溶解氧：溶解性有机物：氨氮：硝态氮：式中：Qout：边池的出水流量，单位m3/d；Vlayer：边池每层的容积，单位m3；So,m、So,m+1：分别是当前层和当前层上面一层溶解氧的浓度，单位mgO2/L；SCOD,m、SCOD,m+1：分别是当前层和当前层上面一层溶解性有机物的浓度，单位mgCOD/L；SNH,m、SNH,m+1：分别是当前层和当前层上面一层氨态氮的浓度，单位mgN/L；SNO,m、SNO,m+1：分别是当前层和当前层上面一层硝态氮的浓度，单位mgN/L；μH：异养菌最大比生长速率，单位h‑1；μA：自养菌最大比生长速率，单位h‑1；KS：异养菌生长半速率常数，单位mgCOD/L；KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位mgN/L；KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位mgO2/L；KNH：自养菌生长半速率常数，单位mgN/L；YH：异养菌产率系数，单位mg生物量(COD)/mg COD去除；YA：自养菌产率系数，单位mg生物量(COD)/mg被氧化的N；XH,m：当前层异养菌的浓度，单位mgCOD/L；XA,m：当前层自养菌的浓度，单位mgCOD/L；对上述各项物质浓度随时间的净变化率进行联立得到微分方程组，进行数值求解，得处于分层沉淀阶段的边池中，每一层上各溶解性物质浓度随时间的变化。