[發(fā)明專利]一種連續(xù)流交替式污水處理工藝的兩相循環(huán)模擬方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711366107.8
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108217916A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 胡曉東;方榮兆
• 申請（專利權）人: 上海昊滄系統(tǒng)控制技術有限責任公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/34;C02F1/52;G06F17/50
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 崔兆慧;竺明

1.一種連續(xù)流交替式污水處理工藝的兩相循環(huán)模擬方法，所述連續(xù)流交替式污水處理工藝由中間池和兩側的邊池串聯組成，其特征在于，將邊池在一個連續(xù)流交替式污水處理工藝運行周期內的狀態(tài)分成兩個階段：完全混合反應階段和分層沉淀階段，所述完全混合反應階段將邊池視為處于完全混合的均相狀態(tài)，僅發(fā)生生化反應；所述分層沉淀階段將邊池沿水深方向分成若干層進行污泥沉淀，同時發(fā)生重力沉淀和生化反應；中間池始終處于完全混合反應階段；

對完全混合反應階段，采用生化反應動力學模型進行建模，得到各物質濃度的凈變化率的表達式；

對分層沉淀階段，將邊池沿水深方向分成10層，采用沉淀模型和生化反應動力學模型進行建模，得到每一層上各物質濃度的凈變化率的表達式；

模擬所涉及到污水中的物質有：溶解氧、溶解性有機物、顆粒性有機物、氨氮、硝態(tài)氮、異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌；

1)當邊池處于完全混合反應階段時及中間池中，各物質濃度的凈變化率的表達式為：

溶解氧：

溶解性有機物：

顆粒性有機物：

氨氮：

硝態(tài)氮：

異養(yǎng)菌：

自養(yǎng)菌：

式中：

S_O：溶解氧的濃度，單位mgO₂/L；

S_COD：溶解性有機物的濃度，單位mgCOD/L；

S_NH：氨態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

S_NO：硝態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

X_COD：顆粒性有機物的濃度，單位mgCOD/L；

X_H：異養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

X_A：自養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

Q_in：邊池或中間池的進水流量，單位m³/d；

Q_out：邊池或中間池的出水流量，單位m³/d；

V：邊池或中間池的總容積，單位m³；

S_o,in：邊池或中間池進水中溶解氧的濃度，單位mgO₂/L；

S_COD,in：邊池或中間池進水中溶解性有機物的濃度，單位mgCOD/L；

S_NH,in：邊池或中間池進水中氨態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

S_NO,in：邊池或中間池進水中硝態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

X_COD,in：邊池或中間池進水中顆粒性有機物的濃度，單位mgCOD/L；

X_H,in：邊池或中間池進水中異養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

X_A,in：邊池或中間池進水中自養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

μ_H：異養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

μ_A：自養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

K_S：異養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgCOD/L；

b_H：異養(yǎng)菌比衰減速率，單位h^-1；

K_OH：異養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO2/L；

K_NO：異養(yǎng)菌硝態(tài)氮呼吸半速率常數，單位mgN/L；

η_g：異養(yǎng)菌缺氧狀態(tài)生長修正系數；

k_h：水解速率，單位mgCOD/(mg生物量(COD)·h)；

K_X：水解半速率常數，單位mgCOD/(mg生物量(COD)；

η_h：缺氧狀態(tài)水解修正系數；

K_OA：自養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO₂/L；

K_NH：自養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgN/L；

b_A：自養(yǎng)菌比衰減速率，單位h^-1；

Y_H：異養(yǎng)菌產率系數，單位mg生物量(COD)/mg COD去除；

Y_A：自養(yǎng)菌產率系數，單位mg生物量(COD)/mg被氧化的N；

對上述各項物質濃度隨時間的凈變化率進行聯立得到微分方程組，進行數值求解，得中間池和處于完全混合反應階段的邊池中，各物質濃度隨時間的變化；

2)當邊池處于分層沉淀階段時，每一層上各固體物質濃度的凈變化率的表達式為：

顆粒性有機物：

異養(yǎng)菌：

自養(yǎng)菌：

式中：

Q_out是邊池的出水流量，單位m³/d；

S是邊池的表面積，單位m²；

h_m是當前層的高度，數值上等于池深和層數的比值，單位m；

X_COD,m，X_H,m和X_A,m分別是當前層上的顆粒性有機物、異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌濃度，單位g/m³；

X_COD,m+1，X_H,m+1和X_A,m+1分別是當前層上一層的顆粒性有機物、異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌濃度，單位g/m³；

J_XCOD,m-1和J_XCOD,m分別是當前層下面一層和當前層顆粒性有機物的通量；

J_XH,m-1和J_XH,m分別是當前層下面一層和當前層異養(yǎng)菌的通量；

J_XA,m-1和J_XA,m分別是當前層下面一層和當前層自養(yǎng)菌的通量。

當前層的通量算法：

J_XCOD,m＝V_mX_COD,m

J_XH,m＝V_mX_H,m

J_XA,m＝V_mX_A,m

V_m是當前層的固體沉降速度，通過下式計算：

式中，V₀是最大理論沉降速度，單位m/d；

r_h為沉降參數，單位為m³/g固體；

f_ns是邊池進水中不可沉降物質所占的最大比例；

X_in是邊池進水中的總懸浮固體濃度，g/m³；

X_in是邊池進水中的總懸浮固體濃度，通過下式計算：

其中，X_i,in代表邊池進水中的各種固體物質，有顆粒性有機物X_COD,in、異養(yǎng)菌X_H,in、自養(yǎng)菌X_A,,in，它們的加和作為進水中的總懸浮固體濃度；

X_m是當前層的總懸浮固體濃度，通過下式計算：

其中X_i,m代表當前層中的各種固體物質，有顆粒性有機物X_COD、異養(yǎng)菌X_H、自養(yǎng)菌X_A，它們濃度的加和作為當前層的總懸浮固體濃度；

μ_H：異養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

μ_A：自養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

K_S：異養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgCOD/L；

b_H：異養(yǎng)菌比衰減速率，單位h^-1；

K_OH：異養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO2/L；

K_NO：異養(yǎng)菌硝態(tài)氮呼吸半速率常數，單位mgN/L；

η_g：異養(yǎng)菌缺氧狀態(tài)生長修正系數；

k_h：水解速率，單位mgCOD/(mg生物量(COD)·h)；

K_X：水解半速率常數，單位mgCOD/(mg生物量(COD)；

η_h：缺氧狀態(tài)水解修正系數；η_g

K_OA：自養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO₂/L；

K_NH：自養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgN/L；

b_A：自養(yǎng)菌比衰減速率，單位h^-1；

對上述各項物質濃度隨時間的凈變化率進行聯立得到微分方程組，進行數值求解，得處于分層沉淀階段的邊池中，每一層上各固體物質濃度隨時間的變化；

3)當邊池處于分層沉淀階段時，每一層上各溶解性物質濃度的凈變化率的表達式為：

溶解氧：

溶解性有機物：

氨氮：

硝態(tài)氮：

式中：

Q_out：邊池的出水流量，單位m³/d；

V_layer：邊池每層的容積，單位m³；

S_o,m、S_o,m+1：分別是當前層和當前層上面一層溶解氧的濃度，單位mgO₂/L；

S_COD,m、S_COD,m+1：分別是當前層和當前層上面一層溶解性有機物的濃度，單位mgCOD/L；

S_NH,m、S_NH,m+1：分別是當前層和當前層上面一層氨態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

S_NO,m、S_NO,m+1：分別是當前層和當前層上面一層硝態(tài)氮的濃度，單位mgN/L；

μ_H：異養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

μ_A：自養(yǎng)菌最大比生長速率，單位h^-1；

K_S：異養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgCOD/L；

K_OH：異養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO2/L；

K_NO：異養(yǎng)菌硝態(tài)氮呼吸半速率常數，單位mgN/L；

K_OA：自養(yǎng)菌氧呼吸半速率常數，單位mgO₂/L；

K_NH：自養(yǎng)菌生長半速率常數，單位mgN/L；

Y_H：異養(yǎng)菌產率系數，單位mg生物量(COD)/mg COD去除；

Y_A：自養(yǎng)菌產率系數，單位mg生物量(COD)/mg被氧化的N；

X_H,m：當前層異養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

X_A,m：當前層自養(yǎng)菌的濃度，單位mgCOD/L；

對上述各項物質濃度隨時間的凈變化率進行聯立得到微分方程組，進行數值求解，得處于分層沉淀階段的邊池中，每一層上各溶解性物質濃度隨時間的變化。