[发明专利]一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法

说明书

一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法，所述连续流交替式污水处理工艺由中间池和两侧的边池串联组成，将边池在一个连续流交替式污水处理工艺运行周期内的状态分成两个阶段：完全混合反应阶段和分层沉淀阶段；而中间池则始终处于完全混合反应阶段；对完全混合反应阶段，采用生化反应动力学模型进行建模；对分层沉淀阶段，采用沉淀模型和生化反应动力学模型进行建模。本发明建立的数学模型可模拟连续流交替式工艺在不同工艺周期内随时间的水质变化趋势，用于预测污水处理厂的工艺运行效果，可用于工艺参数的优化和决策，提高运行水平。

技术领域

本发明属于污水生化处理和计算机仿真技术领域，具体是一种对连续流交替式污水处理工艺采取工艺建模和模拟的技术。

背景技术

活性污泥法是应用最为普及的一种城市污水处理方法，包括AAO(厌氧-缺氧-好氧)、氧化沟和交替式反应器这三种代表性的主流工艺。其中，交替式工艺以自动化程度高、用地紧凑、节省基建投资等特色，在城市污水处理行业占有一席之地。

交替式污水处理工艺有别于AAO、氧化沟等将厌氧、缺氧、好氧、沉淀等处理流程在空间上加以隔离的工艺。虽然它同样需要历经上述工艺环节，但不是通过多个各自承担不同作用的反应池的组合来实现，而是通过在同一个反应池内设定不同的时序，即厌氧-缺氧反应时间、好氧反应时间、沉淀时间等等，让一个反应池在时间维度上先后历经厌氧反应、缺氧反应、好氧反应、沉淀出水等阶段，构成一个周期，再周而复始，循环进行。这一设计能够节约大量的用地，节省基建投资，而对自动化控制的要求比较高。交替式工艺分成间歇式和连续式两种。

连续流交替式工艺由三个反应池串联构成，中间的称为中间池或主体反应池，两侧的称为边池。边池和中间池均可接受进水，但中间池永远处于反应阶段，两个边池交替作为反应池和沉淀池。经过处理的出水从作为沉淀池的边池排出。此工艺的运行过程按时间维度，划分成多个时序(边池进水、中间池进水、边池出水等)，组合成一个完整的运行周期，循环往复。

污水生化处理过程的数学模型，自从描述生化反应过程中微生物生长和底物消耗关系的莫诺模式被提出以来，得到了长足的发展。通过生化反应动力学和水力学模型的结合，使得对污水处理工艺进行模拟成为可能，从而预测不同进水条件或工艺运行条件下的排放水质，起到工艺优化的作用。

而当前针对污水生化处理过程的模拟，主要对象是AAO、氧化沟等工艺。针对交替式工艺的模拟，鲜有成熟的模拟方法，也缺乏实际工艺运行数据的支撑。究其原因在于AAO、氧化沟等工艺的反应池只存在单一的生化反应，也不存在时间上的交替循环运行。而交替式工艺的复杂程度要超过AAO、氧化沟等工艺，它的反应池按时间维度交替发生生化反应和沉淀，涉及到两个不同的过程，对应的数学过程也大不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法，用于模拟连续流交替式工艺过程中各物质浓度随时间的变化情况，预测污水处理厂的工艺运行效果，从而为工艺优化和运行方案决策提供指导，提高运行水平。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种连续流交替式污水处理工艺的两相循环模拟方法，将边池在一个连续流交替式污水处理工艺运行周期内的状态分成两个阶段：完全混合反应阶段和分层沉淀阶段，所述完全混合反应阶段将边池视为完全混合的均相状态，仅发生生化反应；所述分层沉淀阶段将边池沿水深方向分成若干层进行污泥沉淀，同时发生重力沉淀和生化反应；中间池始终处于完全混合反应阶段；

对完全混合反应阶段，采用生化反应动力学模型进行建模，得到各物质浓度的净变化率的表达式；

对分层沉淀阶段，采用沉淀模型和生化反应动力学模型进行建模，得到各物质浓度的净变化率的表达式；