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一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型及其应用制造技术

技术编号:22559171 阅读:81 留言:0更新日期:2019-11-16 02:00
本发明专利技术公开了一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型及其应用,属于污水处理技术领域,所述预测模型是利用污水厂活性污泥处理段的运行参数、进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数建立的ASM‑mDON预测模型。所述应用具体为:(1)建立ASM‑mDON预测模型;(2)测定污水组分及ASM‑mDON预测模型参数;(3)预测污水中微生物类溶解性有机氮的浓度。本发明专利技术提出的ASM‑mDON预测模型适用于稳态污水生物处理系统的模拟,可解决在实际污水处理过程中微生物类溶解性有机氮难以定量的问题,本发明专利技术的预测方法具有快速预测、准确定量、操作简便等优点,对解决污水水质问题具有现实意义。

A prediction model of microbial dissolved organic nitrogen in sewage and its application

The invention discloses a prediction model of microbial dissolved organic nitrogen in sewage and its application, belonging to the technical field of sewage treatment. The prediction model is an ASM \u2011 mdon prediction model established by using the operation parameters of the activated sludge treatment section of the sewage plant, the component concentration in the influent, the dynamic parameters and the chemical quantity. The application is as follows: (1) establish ASM \u2011 mdon prediction model; (2) determine the components of sewage and parameters of ASM \u2011 mdon prediction model; (3) predict the concentration of microbial dissolved organic nitrogen in sewage. The ASM \u2011 mdon prediction model proposed by the invention is applicable to the simulation of the steady-state sewage biological treatment system, and can solve the problem that it is difficult to quantify the microbial dissolved organic nitrogen in the actual sewage treatment process. The prediction method of the invention has the advantages of rapid prediction, accurate quantification, simple operation, etc., and has practical significance for solving the sewage quality problem.

【技术实现步骤摘要】
一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型及其应用
本专利技术属于污水处理领域,更具体地说,涉及一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型及其应用。
技术介绍
溶解性有机氮(dissolvedorganicnitrogen,DON)是市政污水处理厂出水氮的重要形式(占比>65%)。污水中的溶解性有机氮在污水处理过程中会导致膜污染,影响污水厂后续深度处理;同时溶解性有机氮可作为消毒副产物的前体物,影响出水受纳水体的水质安全。在市政污水处理厂,出水溶解性有机氮可分为两类:一类是进水衍生、在生物处理过程中未完全降解、不可降解或难生物降解溶解性有机氮(influent-deriveddissolvedorganicnitrogen,inDON),另一类是微生物衍生、生物处理过程中产生的微生物类溶解性有机氮(microorganism-deriveddissolvedorganicnitrogen,mDON)。与inDON相比,污水处理过程中产生的微生物类溶解性有机氮更易受工艺参数及工程条件变化的影响,其组成成分、性质与生物处理过程中微生物的生长代谢密切相关。尽管人们已经逐渐意识到污水处理厂中微生物类溶解性有机氮的重要性,但目前尚无直接测定污水厂中微生物类溶解性有机氮的方法。由于实际废水中含有各种复杂的含氮有机物,同时在生物处理单元中,微生物的活动将产生微生物类溶解性有机氮,通过大多数的化学分析手段难以将微生物类溶解性有机氮与进水中含有的有机氮进行区分。因此,难以定量实际废水在生物处理单元中微生物类溶解性有机氮产生的浓度。国内外学者主要通过实验室内不含溶解性有机氮的人工废水培养活性污泥计算出水溶解性有机氮来定量系统中微生物类溶解性有机氮产生的浓度。在包含inDON与微生物类溶解性有机氮的复杂水质环境中,定量污水处理过程中产生的微生物类溶解性有机氮是一个巨大的挑战。Makinia等人(WaterSci.Technol.,2011,63(7),1418-1426,doi:10.2166/wst.2011.320)用改进的活性污泥2d号模型模拟了溶解性有机氮在市政污水处理厂的迁移转化,以颗粒有机氮、胶体有机氮以及溶解性有机氮为目标物,建立一套综合氨化作用、生物衰亡以及水解作用的统一模型,精确模拟并预测了污水厂出水各类无机氮及出水有机氮的浓度。而对于过程中的微生物类溶解性有机氮,由于在实际活性污泥系统中微生物类溶解性有机氮定量方法的局限性,研究人员往往只能预测系统中溶解性有机氮的净变化量。因此,活性污泥系统中微生物类溶解性有机氮产生的模拟及预测受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决在真实废水的处理过程中,现有分析方法在实际活性污泥系统中不能完全区分微生物类溶解性有机氮(mDON)与inDON,无法进行生物处理段产生的微生物类溶解性有机氮的测定及定量的问题,进而提供一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型及其应用。为了解决上述问题,本专利技术所采用的技术方案如下:一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型,是利用污水厂活性污泥处理段的运行参数、进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数,建立的ASM-mDON预测模型,具体建立方法为:(a)利用活性污泥系统中微生物类溶解性有机氮产生及消耗的动力学过程对传统的活性污泥1号模型进行改进,将微生物类溶解性有机氮的动力学表达式加入活性污泥1号模型,组建以微生物类溶解性有机氮为对象的动力学方程式;(b)将预测模型的组分变量、参数变量、模型矩阵、过程变化速率方程及工艺运行参数输入AquaSim模拟软件中,建立ASM-mDON预测模型;(c)在AquaSim模拟软件中输入组分变量和参数变量的初始值,利用各变量的初始值进行ASM-mDON预测模型的初始化;(d)根据初步模拟的微生物类溶解性有机氮动力学以及灵敏度分析的结果,选择相应的参数,通过AquaSim模型软件中的参数估计功能校准预测模型中动力学及化学计量参数数值,以实现模型准确预测微生物类溶解性有机氮的浓度;(e)将参数估计得到的最优数值替换预测模型中的参数初始值,完成预测模型的优化。优选地,所述的活性污泥处理段为完全混合式的稳态活性污泥系统,满足5d<污泥龄<30d,2000mg/L<污泥浓度<5000mg/L。优选地,步骤(c)中所述参数变量的初始值测定方法如下:参见《活性污泥数学模型》(国际水协废水生物处理设计与运行数学模型课题组著,张亚雷,李咏梅译),按照模型中的动力学及化学计量学参数分类进行参数值假设、估测或是引用默认的参数值。优选地,步骤(d)中,所述的灵敏度分析为使用绝对-相对灵敏度方程进行参数变化对微生物类溶解性有机氮产生的影响计算。进一步地,所述ASM-mDON预测模型是以活性污泥系统中微生物活动产生的微生物类溶解性有机氮为主要研究对象,包含以下7种组分、5个反应过程和18个参数:7种组分:XH(异养菌),XA(自养菌),XI(颗粒惰性物质),SNO(硝态氮),SNH(氨氮),SDON(微生物类溶解性有机氮),SO(溶解氧)。5个反应过程:异养菌基于氯化铵作为底物的自身生长及其内源呼吸过程、自养菌基于氯化铵作为外源底物的自身生长及其内源呼吸过程和微生物类溶解性有机氮氨化过程。18个参数:(异养菌最大比增长速率),YH(异养菌产率系数),bH(异养菌衰减系数),KH,NH(异养菌的氨氮半饱和系数),KH,O(异养菌的氧半饱和系数),(自养菌最大比增长速率),fH,DON(异养菌利用底物时转化为微生物类溶解性有机氮的比例),YA(自养菌产率系数),bA(自养菌衰减系数),KA,NH(自养菌的氨氮半饱和系数),KA,O(自养菌的氧半饱和系数),fA,DON(自养菌利用底物时转化为微生物类溶解性有机氮的比例),iXB(生物体中含氮比例),iXP(生物体产物中的含氮比例),fNO(自养菌利用底物时转化为硝态氮的比例),fI(生物体中可转化为惰性颗粒物的比例),ka(氨化速率),KH,DON(微生物类溶解性有机氮半饱和系数)。更进一步地,用以计算ASM-mDON预测模型的各组分变化速率方程为:XH:XA:SNH:SDON:SNO:XI:S:其中,MH,NH(t)为异养菌中底物限制的Monod项,MA,NH(t)为自养菌中底物限制的Monod项,MH,O(t)为异养菌中氧限制的Monod项,MA,O(t)为自养菌中氧限制的Monod项,MH,DON(t)为异养菌中微生物类溶解性有机氮限制的Monod项。优选地,定量微生物类溶解性有机氮的动力学方程为:优选地,所述ASM-mDON预测模型的单步计算大小为0.1,计算容量与单步计算大小的乘积等于所预测的总反应时长。本专利技术还提供了上述模型在污水中微生物类溶解性有机氮的预测中的应用,具体包括以下步骤:(1)建立ASM-mDON预测模型;(2)测定污水组分及ASM-mDON预测模型参数:用本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型,其特征在于,是利用污水厂活性污泥处理段的运行参数、进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数建立的ASM-mDON预测模型,具体建立方法为:/n(a)利用活性污泥系统中微生物类溶解性有机氮产生及消耗的动力学过程对传统的活性污泥1号模型进行改进,将微生物类溶解性有机氮的动力学表达式加入活性污泥1号模型,组建以微生物类溶解性有机氮为对象的动力学方程式;/n(b)将预测模型的组分变量、参数变量、模型矩阵、过程变化速率方程及工艺运行参数输入AquaSim模拟软件中,建立ASM-mDON预测模型;/n(c)在AquaSim模拟软件中输入组分变量和参数变量的初始值,利用各变量的初始值进行ASM-mDON预测模型的初始化;/n(d)根据初步模拟的微生物类溶解性有机氮动力学以及灵敏度分析的结果,选择相应的参数,通过AquaSim模型软件中的参数估计功能校准预测模型中动力学及化学计量参数数值,以实现模型准确预测微生物类溶解性有机氮的浓度;/n(e)将参数估计得到的最优数值替换预测模型中的参数初始值,完成预测模型的优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型,其特征在于,是利用污水厂活性污泥处理段的运行参数、进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数建立的ASM-mDON预测模型,具体建立方法为:
(a)利用活性污泥系统中微生物类溶解性有机氮产生及消耗的动力学过程对传统的活性污泥1号模型进行改进,将微生物类溶解性有机氮的动力学表达式加入活性污泥1号模型,组建以微生物类溶解性有机氮为对象的动力学方程式;
(b)将预测模型的组分变量、参数变量、模型矩阵、过程变化速率方程及工艺运行参数输入AquaSim模拟软件中,建立ASM-mDON预测模型;
(c)在AquaSim模拟软件中输入组分变量和参数变量的初始值,利用各变量的初始值进行ASM-mDON预测模型的初始化;
(d)根据初步模拟的微生物类溶解性有机氮动力学以及灵敏度分析的结果,选择相应的参数,通过AquaSim模型软件中的参数估计功能校准预测模型中动力学及化学计量参数数值,以实现模型准确预测微生物类溶解性有机氮的浓度;
(e)将参数估计得到的最优数值替换预测模型中的参数初始值,完成预测模型的优化。


2.根据权利要求1所述的一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型,其特征在于:所述的活性污泥处理段为完全混合式的稳态活性污泥系统,满足5d<污泥龄<30d,2000mg/L<污泥浓度<5000mg/L。


3.根据权利要求1所述的一种污水中微生物类溶解性有机氮的预测模型,其特征在于:所述ASM-mDON预测模型是以活性污泥系统中微生物活动产生的微生物类溶解性有机氮为研究对象,包含以下7种组分、5个反应过程和18个参数:
7种组分:XH(异养菌),XA(自养菌),XI(颗粒惰性物质),SNO(硝态氮),SNH(氨氮),SDON(微生物类溶解性有机氮),SO(溶解氧);
5个反应过程:异养菌基于氯化铵作为底物的自身生长及其内源呼吸过程、自养菌基于氯化铵作为外源底物的自身生长及其内源呼吸过程和微生物类溶解性有机氮氨化过程;
18个参数:(异养菌最大比增长速率),YH(异养菌产率系数),bH(异养菌衰减系数),KH,NH(异养菌的氨氮半饱和系数),KH,O(异养菌的氧半饱和系数),(自养菌最大比增长速率),fH,DON(异养菌利用底物时转化为微生物类溶解性有机氮的比例),YA(自养菌产率系数),bA(自养菌衰减系数),KA,NH(自养菌的氨氮半饱和系数),KA,O(自养菌的氧半饱和系数),fA,DON(自养菌利用底物时转化为微生物类溶解性有机氮的比例),iXB(生物体中含氮比例),iXP(生物体产物中的含氮比例),fNO(自养菌利用底物时转化为硝态氮的比例),fI(生物体中可转化为惰性颗粒物的比例),ka(氨化速率),KH,DON(微生物类溶解性...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡海冬廖可薇任洪强
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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