[发明专利]一种用于模拟污水反硝化过程氧化亚氮产生的动力学模型

权利要求书

1.一种用于模拟污水反硝化过程氧化亚氮产生的动力学模型，其特征在于，所述动力学模型的构建包括以下步骤：

步骤(1)：对ASM3号模型进行合理简化，保留与反硝化阶段N₂O产生相关的生化过程与相应组分；

具体的，保留与反硝化阶段N₂O产生相关的生化过程为：COD缺氧贮存、反硝化细菌缺氧生长、反硝化细菌缺氧内源呼吸、胞内贮存物缺氧呼吸；相应组分为：S_S、S_NH4、X_I、X_STO、X_H；其各组分及生化过程的化学计量学矩阵如表1所示；

表1：简化ASM3号模型后组分及生化过程化学计量学矩阵

其中S_S表示污水中有机物组分；S_NH表示污水中NH₄⁺组分；X_STO表示胞内储藏物组分；X_H表示异养菌；X_I表示惰性颗粒有机物；同时本步骤共包含4个化学计量学系数：S_S中N的含量i_N,SS、微生物中N的含量i_N,BM、以NO₃^-为电子受体时单位S_S贮存物缺氧产率Y_STO,NO3、内源呼吸中X_I的产率f_I；

步骤(2)：扩展ASM3号模型中缺氧反应阶段，增加对反硝化阶段N₂O产生的描述；

具体的，将反硝化细菌缺氧生长细分为4步进行，即NO₃^-→NO₂^-→NO→N₂O→N₂；此过程共增加了S_NO2、S_NO3、S_NO、S_N2O、S_N2五个组分以及四个对应的生化过程；其各组分及生化过程的化学计量学矩阵如表2所示；

表2：反硝化细菌缺氧生长过程化学计量学矩阵

其中S_NO表示污水中NO组分；S_N2O表示污水中N₂O组分；S_N2表示污水中N₂组分；S_NO2表示污水中NO₂^-组分；S_NO3表示污水中NO₃^-组分；同时本步骤增加了4个化学计量学系数：以NO₃^-为电子受体时异养菌缺氧产率Y_H,NO3、以NO₂^-为电子受体时异养菌缺氧产率Y_H,NO2、以NO为电子受体时异养菌缺氧产率Y_H,NO、以N₂O为电子受体时异养菌缺氧产率Y_H,N2O；

步骤(3)：构建微生物衰减过程中利用NO₂^-作为电子受体时N₂O产生与释放的生化过程；

具体的，将硝化细菌分为氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌，并分别表示其以NO₃^-为电子受体时的内源呼吸作用；此外分别对反硝化细菌、氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌构建以NO₂^-作为电子受体时微生物内源呼吸作用，此生化过程会导致N₂O的产生与释放；其各组分及生化过程的化学计量学矩阵如表3所示；

表3：微生物缺氧呼吸阶段各组分及生化过程化学计量学矩阵

其中X_A表示氨氧化菌；X_N表示亚硝酸盐氧化细菌；同时本步骤共增加了1个化学计量学系数：X_I中N的含量i_N,XI；

步骤(4)：根据模型中各生化过程中电子受体与电子供体的不同，同时结合相应的环境影响因素，建立各生化阶段的过程速率方程；

具体的，分别表示反硝化细菌各步缺氧生长过程中的比生长速率；分别表示反硝化细菌、氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌以NO₃^-或NO₂^-作为电子受体时微生物内源呼吸作用的比衰减速率；其各生化过程的速率方程如表4所示；

表4：反硝化阶段N₂O动力学模型过程速率方程表达

其中k_STO表示COD贮存速率常数；η_COD,NO2表示缺氧贮存降低因数；μ_x表示不同生化过程异养菌最大比生长速率；b_x表示不同微生物在不同生化过程中的缺氧内源呼吸速率；K_x表示不同物质的饱和常数。