[发明专利]基于细胞自动机模型的污水净化过程可视化模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于细胞自动机模型的污水净化过程可视化模拟方法，属于智能科学与环境工程学科领域。该方法采用三维格子气细胞自动机模型，以立方体表示细胞自动机的细胞结构，立方体的中心结点分别表示细胞的静止结点和扩散结点。通过设计不同结点的状态和包括扩散过程、反应过程、沉降过程的演化规则，来动态模拟污水处理的净化过程。通过本发明所提供的方法建立的模拟模型，可以更直观地刻画活性污泥法污水处理过程的动态演化行为，使得活性污泥系统微观的演化行为更为明晰和易于把握，通过直观观测反应变化，可以及时监测出水水质BOD，便于实时指导控制的决策，便于污水处理厂的设计和动态模拟。

主权项

基于细胞自动机模型的污水净化过程可视化模拟方法，其特征在于包括以下步骤：(1)设计细胞结构采用三维格子气细胞自动机模型，细胞自动机的细胞结构由立方体表示，立方体的中心结点表示为细胞的静止结点，立方体的六个面的中心结点表示为细胞的扩散结点，立方体组成的三维网络表示粒子的反应空间；细胞的状态由结点的状态表示，每个结点的状态表示粒子的存在或不存在，存在表示有反应粒子，不存在表示无粒子；(2)确定粒子状态扩散结点粒子状态为有机污染物、吸附有机物、生成微生物、气体四种状态；静止结点粒子状态为微生物、气体两种状态；有机污染物具有自由扩散功能；吸附有机物是静止的；生成微生物不具有吸附和代谢功能，可自由扩散；微生物具有代谢和吸附的功能；(3)建立模型该模型以n×n×m的长方体作为容器，n×n×n的立方体作为容器中污水反应空间(m＞＝n)；将污水反应空间划分为L×L×L个结点作为初始模型的静止结点，由于每个细胞只有一个静止结点，所以静止结点个数也是细胞的个数；(L+1)×(L+1)×(L+1)个结点作为初始模型的扩散结点，L为整数；(4)设定模型的初始化状态上述模型在初始时刻只有微生物和有机污染物两种状态；微生物分布在静止结点，有机污染物分布在扩散结点上，考虑到状态是有一定程度的随机性，初始时刻某状态在结点以概率a出现，或以概率1-a不出现，即服从概率上的(0-1)分布，其中，0＜a＜1；(5)设计演化规则模型的演化规则主要包括三个过程：扩散过程、反应过程、沉降过程。