[發明專利]一種活性污泥污水處理的多維、多相、多過程耦合模擬方法

有效

• 申請號: 201310028172.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103043784A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 倪晉仁;雷立
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C02F3/12
• 分類號: C02F3/12
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

1.一種活性污泥體系中水處理的多維、多相、多過程耦合模擬方法，其特征在于包括以下步驟：

將活性污泥視為固相，該固相與曝入活性污泥系統中的氣相（氣泡）以及液相（污水）構成三相復合體系，采用多相流運動方程描述污水處理系統中的“泥-水-氣”的運動特征及相間物理作用；進一步結合氧傳質方程和污染物遷移轉化方程，將污水與空氣間發生的氧傳質過程及活性污泥與污水間所發生的生化反應模型以源項的形式耦合進多相流運動方程中得到耦合方程，進而能夠準確地預測系統中溶解氧的分布特征、污染物的遷移轉化特征以及相間的生化作用特征。

2.權利要求1的模擬方法，所述的多相流運動方程為：

連續方程：

∂∂t(αqρq)+▿·(αqρqv→q)=Σp=13(mpq-mqp)+Sq---(1)]]>

動量方程為：

∂∂t(αqρqv→q)+▿·(αqρqv→qv→q)=-αq▿p+▿·τq+αqρqg→+Σp=1n(R→pq+mpqv→pq-mqpv→qp)]]>

+(Fq→+F→lift,q+F→vm,q)---(2)]]>

式中p為壓力項，相間作用力，為從第p相至第q相間的傳質速度，為因從第p相至第q相的傳質作用而引起的動量變化，為外部作用體積力,為升力,為虛擬質量力，τ_q為第q相的壓力張量：

k-ε紊動方程為：

∂∂t(αqρqkq)+▿·(αqρqv→qkq)=▿·(αqμqσk▿kq)+αqGk,q-αqρqϵq+αqρqΠkq---(3)]]>

∂∂t(αqρqϵq)+▿·(αqρqv→qϵq)=▿·(αqμqσϵ▿ϵq)+αqϵqkq(C1ϵGk,q-C2ϵρqϵq)+αqρqΠϵq---(4)]]>

式中k_q為單位質量的第q相的紊動能，ε_q為第q相的紊動消散率，G_k,q為第q相由速度梯度而產生的紊動能，C_1ε及C_2ε為常數，σ_k及σ_ε為紊動Prandtl值。∏_kq及∏_εq表示離散相對連續相的作用。

所述的污染物遷移轉化方程：

可溶性污染物被定義為液相中的組分，顆粒態的污染物及自養菌和異養菌被定義為固相中的組分，氧氣被定義為氣相中的組分，這些組分在各自的相態中以對流—擴散的形式運動，控制方程為：

∂∂t(αkρkYk,i)+▿·(αkρkv→kYk)=-▿·(αkJ→k,i)+m.k,i+Rk,i---(5)]]>

式中Y_k，i為組分i在k相中的質量比例，為組分i在k相中因傳質而導致的質量變化,R_k，i為組分i在k相中因化學反應而產生或消耗的量，及R_k,i均為源匯項，為組分i在k相中的擴散項，其可由以下公式計算：

J→k,i=-(ρkDk,i+μt,mSct)▿Yk,i---(6)]]>

式中D_k,i組分i在k相中的擴散系數,Sc_t為紊動Schmidt數。

所述的氧傳質方程為：

考慮到污水中氧傳質速率與清水中氧傳質速率有所區別，特構建以下氧傳質模型：

式中K_La_L為氧傳質速率，α為氧傳質修正系數，α_g為氣相的體積含量，D_L為氧氣在水中的擴散系數，U_slip為氣泡的漂移速度，d_b為氣泡直徑。為將氧傳質過程耦合進組分輸移方程中，需將式（7）以的形式耦合至式（5）中。

所述生化反應模型如下表：

為將生化反應過程耦合進組分輸移方程中，需將反應速率以R_k,i的形式耦合至式（5）中。例如，因異養菌好氧生長而消耗的快速生物降解有機物S_S的速率需以源項R_k，i的形式耦合至式（5）中。