申请日2017.06.05
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34; G06F17/50
摘要
本发明公开了一种投加碳源的污水处理优化控制方法，属于废水生物处理技术领域，包括：S1、将增加的动力学表达式写入含有ASM2d模型的仿真软件中，结合ASM2d模型构建ASM2e模型;S2、利用ASM2e模型库中的各工艺组件单元构建污水处理工艺;S3、将进水水质浓度转换为ASM2e模型的组分浓度，并对污水处理工艺进行初步稳态模拟;S4、根据初步稳态模拟的结果以及灵敏度分析，校准所述ASM2e模型的动力学参数和化学计量学参数，实现稳态模拟;S5、将稳态模拟结果作为动态模拟的初始输入值，对动态进水水质进行动态模拟分析。该方法适应于在缺氧或者好氧区存在乙酸钠的污水处理系统脱氮除磷效果的模拟和优化运行。
权利要求书
1.一种投加碳源的污水处理优化控制方法，其特征在于，包括：
S1、将增加的动力学表达式写入含有ASM2d模型的仿真软件中，结合ASM2d模型构建ASM2e模型，其中，增加的反应过程包括聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程和聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程;
S2、利用ASM2e模型库中的各工艺组件单元构建污水处理工艺;
S3、将进水水质浓度作为ASM2e模型组分浓度的输入，并对污水处理工艺进行初步稳态模拟;
S4、根据初步稳态模拟的结果以及灵敏度分析，校准所述ASM2e模型的动力学参数和化学计量学参数，实现稳态模拟;
S5、将稳态模拟结果作为动态模拟的初始输入值，对动态进水水质进行动态模拟分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中的动力学表达式还包括：溶解氧对胞内贮存有机物XPHA贮存过程影响的动力学表达式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的动力学表达式中的动力学参数包括基于乙酸钠SA的聚磷XPP贮存的速率常数qPPSA，基于乙酸钠SA的聚磷菌XPAO的最大生长速率μPAOSA，基于乙酸钠SA的缺氧活性SNO3降低修正因子ηNO3,PAOSA，聚磷菌XPAO的溶解氧饱和/抑制系数KO,PAO;
化学计量学参数包括基于乙酸钠SA的聚磷菌XPAO产率系数YPAOSA。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程和聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程，具体包括：
聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的好氧贮存动力学表达式为：
聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧贮存动力学表达式为：
聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的好氧贮存动力学表达式为：
聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧贮存动力学表达式为：
其中，SO为氧气的浓度，SPO4为磷酸盐的浓度，SNH4为氨氮的浓度，SNO3为硝酸盐的浓度，SALK为碱度，KMAX为XPP/XPAO的最大比率，KIPP为XPP贮存的抑制系数，KSA,PAO为SA的饱和系数，KPO4,PAO为SPO4的饱和系数，KNO3,PAO为SNO3的饱和系数，KALK,PAO为SALK的饱和系数，KNH4,PAO为SNH4的饱和系数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的溶解氧对胞内贮存有机物贮存过程影响的动力学表达式，具体为：
。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤S4，具体包括：
根据局部敏感度分析方法分析所述的ASM2e模型中各动力学参数、化学计量学参数的敏感系数;
当动力学参数或化学计量学参数的敏感系数超过敏感标准值时，对敏感系数超过敏感标准值的参数进行校准，以得到校正后的ASM2e模型。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的对敏感系数超过敏感标准值的参数进行校准的方式包括好氧呼吸法、采用实际污水与系统活性污泥进行小试实验法以及所述含有ASM2d模型的仿真软件内置的优化高级组件进行模型自优化校准法。
说明书
一种投加碳源的污水处理优化控制方法
技术领域
本发明涉及废水生物处理技术领域，特别涉及一种投加碳源的污水处理优化控制方法。
背景技术
随着工农业的发展，为了对环境加以保护，污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。目前，在污水处理过程中一般使用的是国际水协会(IWA)推出的活性污泥ASM2d模型，该模型与其他模型相比，在模拟硝酸盐和磷磷盐动力学方面更加准确，自面世以来被广泛应用于具有脱氮除磷功能的污水处理系统。以ASM2d模型为基础，借助计算机技术，可以实现污水处理系统的优化运行。
但是，ASM2d模型较为复杂，在运行过程中计算量较大。为了降低模型的复杂性，对ASM2d模型引入了一些简化方法，这些简化方法直接导致ASM2d模型在运行过程产生了一些缺陷，比如：模拟系统在某些特定条件下运行时，ASM2d模型不适应。
另外，ASM2d模型还存在一个重要的缺陷在于：不能模拟有乙酸钠等乙酸类物质存在于缺氧池和曝气池的过程。这是由于很多污水处理厂是直接在缺氧区投加乙酸钠作为外加碳源，目的是强化反硝化脱氮的效果。此时系统缺氧区存在易生物降解的有机物(在碳源投加过量的情况下，也可能后续好氧区存在易生物降解的有机物)，聚磷菌可以消耗这部分易生物降解有机物用于缺氧或者好氧生长。
但是，国际水协会(IWA)认为在生物除磷脱氮污水厂中，这种基质不可能在缺氧或好氧条件下获得，因此，ASM2d模型忽略了聚磷菌利用这部分溶解性基质生长的可能性，而是假定聚磷菌仅在消耗胞内贮存有机物PHA的基础上生长，这个假定是应用ASM2d模型的严格的约束条件。所以，在投加乙酸钠的污水处理系统中，ASM2d模型显然不适用。
因此，ASM2d模型在投加乙酸钠的实际污水处理过程中的适用性不强，不符合我国污水处理行业的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投加碳源的污水处理优化控制方法，以适应于在缺氧或者好氧区存在乙酸钠的污水处理系统脱氮除磷效果的模拟和优化运行。
为实现以上目的，本发明提供一种投加碳源的污水处理优化控制方法，该方法包括：
S1、将增加的动力学表达式写入含有ASM2d模型的仿真软件中，结合ASM2d模型构建ASM2e模型，其中，增加的反应过程包括聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程和聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程;
S2、利用ASM2e模型库中的各工艺组件单元构建污水处理工艺;
S3、将进水水质浓度作为ASM2e模型组分浓度的输入，并对污水处理工艺进行初步稳态模拟;
S4、根据初步稳态模拟的结果以及灵敏度分析，校准所述ASM2e模型的动力学参数和化学计量学参数，实现稳态模拟;
S5、将稳态模拟结果作为动态模拟的初始输入值，对动态进水水质进行动态模拟分析。
进一步地，步骤S1中的动力学表达式还包括：溶解氧对胞内贮存有机物XPHA贮存过程影响的动力学表达式。
进一步地，动力学表达式中的动力学参数包括基于乙酸钠SA的聚磷XPP贮存的速率常数qPPSA，基于乙酸钠SA的聚磷菌XPAO的最大生长速率μPAOSA，基于乙酸钠SA的缺氧活性SNO3降低修正因子ηNO3,PAOSA，聚磷菌XPAO的溶解氧饱和/抑制系数KO,PAO;
化学计量学参数包括基于乙酸钠SA的聚磷菌XPAO产率系数YPAOSA。
进一步地，步骤S1中的聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程和聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧和好氧贮存过程，具体包括：
聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的好氧贮存动力学表达式为：
聚磷酸盐XPP基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧贮存动力学表达式为：
聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的好氧贮存动力学表达式为：
聚磷菌XPAO基于乙酸钠SA作为外加碳源的缺氧贮存动力学表达式为：
其中，SO为氧气的浓度，SPO4为磷酸盐的浓度，SNH4为氨氮的浓度，SNO3为硝酸盐的浓度，SALK为碱度，KMAX为XPP/XPAO的最大比率，KIPP为XPP贮存的抑制系数，KSA,PAO为SA的饱和系数，KPO4,PAO为SPO4的饱和系数，KNO3,PAO为SNO3的饱和系数，KALK,PAO为SALK的饱和系数，KNH4,PAO为SNH4的饱和系数。
进一步地，溶解氧对胞内贮存有机物贮存过程影响的动力学表达式，具体为：
进一步地，步骤S4，具体包括：
根据局部敏感度分析方法分析所述的ASM2e模型中各动力学参数、化学计量学参数的敏感系数;
当动力学参数及化学计量学参数的敏感系数超过敏感标准值时，对敏感系数超过敏感标准值的参数进行校准，以得到校正后的ASM2e模型。
进一步地，对敏感系数超过敏感标准值的参数进行校准的方式包括好氧呼吸法、采用实际污水与系统活性污泥进行小试实验法以及所述含有ASM2d模型的仿真软件内置的优化高级组件进行模型自优化校准法。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明通过对ASM2d模型进行适当扩展和修正，得到ASM2e模型，与原有的ASM2d模型相比，增加了聚磷酸盐基于乙酸钠作为外加碳源的缺氧和好氧贮存的动力学表达式，增加了聚磷菌基于乙酸钠作为外加碳源的缺氧和好氧贮存的动力学表达式。因此，本发明中的ASM2e模型能够准确模拟聚磷菌在缺氧和好氧条件下的生物除磷过程，适用于在缺氧或好氧区存在乙酸钠的污水处理系统脱氮除磷效果的模拟和运行，满足我国污水处理行业特点，具有很强的实用性和经济性。
