申請日2010.08.05

　　公開(公告)日2010.12.29

　　IPC分類號C02F103/28; C02F3/12

　　摘要

　　本發(fā)明提供造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，包括測得廢水組分比例，建立造紙廢水活性污泥法處理過程的數(shù)學(xué)模型;建立生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型;確定活性污泥法廢水處理仿真模型的過程參數(shù)和入水組分劃分軟測量模型;最后運行生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型，并輸出仿真模型的仿真結(jié)果。本發(fā)明能對仿真模型的過程參數(shù)進行測定和修正，也可以對入水組分進行劃分，并且為造紙活性污泥法廢水處理系統(tǒng)設(shè)計、改造和控制方案的實施提供評價體系。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　(1)基于活性污泥1號模型，對造紙廢水、活性污泥進行特性分析，測得廢水組分比例，建立造紙廢水活性污泥法處理過程的數(shù)學(xué)模型;

　　(2)基于造紙廢水活性污泥法處理工藝過程，通過MATLAB/SIMULINK建立造紙廢水活性污泥法處理過程的生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型;

　　(3)根據(jù)步驟(1)中的造紙廢水、活性污泥特性分析的結(jié)果，確定活性污泥仿真模型的過程參數(shù)和入水組分劃分軟測量模型;

　　(4)運行造紙廢水活性污泥法處理過程的生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型，并輸出仿真模型的仿真結(jié)果。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，步驟(3)所述活性污泥法仿真模型的過程參數(shù)根據(jù)活性污泥特性呼吸計量實驗分析以及Arrhenius公式修正得到;入水組分劃分軟測量模型指的是將造紙廠實際采樣廢水按照步驟(1)中測得的廢水組分比例進行劃分而獲得仿真模型需要的組分濃度。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，步驟(4)所述仿真的步驟包括：輸入入水流量和組分濃度都不變化的穩(wěn)態(tài)入水數(shù)據(jù)進行穩(wěn)態(tài)仿真，直至各狀態(tài)參數(shù)值穩(wěn)定不變，完成穩(wěn)態(tài)仿真;將穩(wěn)態(tài)仿真的狀態(tài)函數(shù)終值作為狀態(tài)函數(shù)初始值，輸入造紙廠采集的入水數(shù)據(jù)，進行動態(tài)仿真，運行若干時間直至仿真系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，所述若干時間為7天，或者為廢水處理系統(tǒng)的40個運行周期。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，步驟(4)所述生物反應(yīng)SIMULINK模型包含入水輸入、氧傳遞系數(shù)輸入和生物反應(yīng)輸出，以及用于完成反應(yīng)過程的SBRBio模塊;其中入水輸入包含廢水流量和廢水的各組分濃度數(shù)據(jù)，氧傳遞系數(shù)輸入用于表征生物反應(yīng)器中曝氣量的大小，生物反應(yīng)輸出包含廢水各組分濃度數(shù)據(jù)。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，其特征在于，步驟(4)所述沉淀過程SIMULINK模型包含生物反應(yīng)結(jié)束時廢水的各組分濃度輸入和沉淀過程輸出;其中沉淀過程輸出包含出水體積、出水各組分濃度，剩余污泥體積、剩余污泥各組分濃度，以及排放污泥量。

　　說明書

　　造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及造紙廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是指造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法。

　　背景技術(shù)

　　造紙企業(yè)是傳統(tǒng)的廢水排放大戶，將廢水處理到符合國家規(guī)定的排放標準，同時最大限度地減少廢水處理的運行成本，是造紙企業(yè)關(guān)注的重要問題。在眾多的廢水處理方法中，活性污泥法由于具有處理效果好、運行成本低等特點而成為目前造紙廠進行廢水處理的常用工藝�；钚晕勰喾◤U水處理過程是一個強耦合的多輸入多輸出動態(tài)系統(tǒng)，具有高度非線性、時變、不確定性和時滯等特點，因此導(dǎo)致了活性污泥法廢水處理過程研究的復(fù)雜和困難。隨著活性污泥法處理仿真模型的成熟和計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，通過計算機仿真模擬活性污泥法廢水處理過程，研究活性污泥法廢水處理工藝，廢水處理過程控制算法和控制策略，對活性污泥法廢水處理系統(tǒng)進行改造等等，已成為造紙活廢水性污泥法處理的研究熱點。

　　傳統(tǒng)的造紙廠廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計和改造，通常是通過實驗、工廠中試、或者是全面的實驗后總結(jié)產(chǎn)生的，這樣的過程不但需要大量時間，而且會浪費大量的資源。而通過造紙廢水處理計算機仿真模型設(shè)計或改造廢水處理系統(tǒng)，可以快速的對系統(tǒng)進行分析評價，同時計算機仿真模型也便于修改，可以在較短的時間和較低的成本下完成廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計或改造。不僅在廢水處理工藝的改造和設(shè)計方面，在廢水處理系統(tǒng)的運行過程中，計算機仿真模型也可以很好的輔助廢水處理系統(tǒng)的控制，以達到最優(yōu)的出水質(zhì)量和降低廢水處理費用。

　　活性污泥法廢水處理仿真模型和計算機仿真技術(shù)的發(fā)展完善，為活性污泥法廢水處理過程仿真模擬的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。國際水質(zhì)協(xié)會(International Water Association，IWA)提出的活性污泥系列模型(ASM1，ASM2，ASM2D，ASM3)是目前研究最為成熟的活性污泥模型，其中以活性污泥1號模型(ASM1)使用最為廣泛。ASM1模型原本是用于對市政廢水處理過程的模擬，但是通過近年來的研究發(fā)現(xiàn)，通過對ASM1模型進行修正或者加入特定的功能，也能夠較好地模擬工業(yè)廢水處理過程。

　　MATLAB是由美國MathWorks公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的計算機系統(tǒng)環(huán)境，除了具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。SIMULINK是MATLAB為模擬動態(tài)系統(tǒng)而提出的一個交互式程序，允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，能夠動態(tài)地控制該系統(tǒng)。近幾年，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域，SIMULINK以其強大的功能和簡便的操作已經(jīng)成為動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真方面應(yīng)用最廣泛的軟件包之一。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，且系統(tǒng)可以是多進程的。

　　活性污泥法廢水處理仿真模型中包含了眾多的過程參數(shù)，如活性污泥1號模型中包含了13個化學(xué)計量參數(shù)和6個動力學(xué)參數(shù)，在進行模型仿真之前要確定這些參數(shù)，才能保證仿真的準確穩(wěn)定。在眾多參數(shù)中，一些參數(shù)因為假設(shè)值能收到良好的效果，因此不需要測定;而其它參數(shù)受環(huán)境因素和污泥自身特性影響較大，必須根據(jù)仿真對象對其進行測定。

　　在活性污泥仿真模型中使用的廢水指標和實際生產(chǎn)中的并不一樣，但是存在一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這也就要求需要將實際廢水指標轉(zhuǎn)化為活性污泥法廢水處理仿真模型中使用的組分。因此，解決活性污泥模型的過程參數(shù)和廢水組分劃分問題，是造紙廢水活性污泥法處理仿真模型建立中必不可缺的一部分。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有造紙活性污泥法廢水處理過程仿真模型的過程參數(shù)和廢水組分劃分的問題，提供造紙廢水活性污泥法處理過程仿真模型及其仿真方法，能對仿真模型的過程參數(shù)進行測定和修正，也可以對入水組分進行劃分，并且為造紙廢水活性污泥法處理系統(tǒng)的設(shè)計、改造和控制方案的實施提供評價體系。

　　本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：造紙廢水活性污泥法處理的仿真方法，包括以下步驟：

　　(1)基于活性污泥1號模型，對造紙廢水、活性污泥進行特性分析，測得廢水組分比例，建立造紙廢水活性污泥法處理過程的數(shù)學(xué)模型;

　　(2)基于造紙廢水活性污泥法處理工藝過程，通過MATLAB/SIMULINK建立造紙廢水活性污泥法處理過程的生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型;

　　(3)根據(jù)步驟(1)中的造紙廢水、活性污泥特性分析的結(jié)果，確定活性污泥仿真模型的過程參數(shù)和入水組分劃分軟測量模型;

　　(4)運行造紙廢水活性污泥法處理過程的生物反應(yīng)SIMULINK仿真模型和沉淀過程SIMULINK仿真模型，并輸出仿真模型的仿真結(jié)果。

　　步驟(3)所述活性污泥仿真模型的過程參數(shù)根據(jù)活性污泥特性呼吸計量實驗分析以及Arrhenius公式修正得到;入水組分劃分軟測量模型指的是將造紙廠實際采樣廢水按照步驟(1)中測得的廢水組分比例進行劃分而獲得仿真模型需要的組分濃度。

　　步驟(4)所述仿真的步驟包括：輸入入水流量和組分濃度都不變化的穩(wěn)態(tài)入水數(shù)據(jù)進行穩(wěn)態(tài)仿真，直至各狀態(tài)參數(shù)值穩(wěn)定不變，完成穩(wěn)態(tài)仿真;將穩(wěn)態(tài)仿真的狀態(tài)函數(shù)終值作為狀態(tài)函數(shù)初始值，輸入造紙廠采集的入水數(shù)據(jù)，進行動態(tài)仿真，運行若干時間直至仿真系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。所述若干時間為7天，或者為廢水處理系統(tǒng)的40個運行周期。

　　步驟(4)所述生物反應(yīng)SIMULINK模型包含入水輸入、氧傳遞系數(shù)輸入和生物反應(yīng)輸出，以及用于完成反應(yīng)過程的SBRBio模塊;其中入水輸入包含廢水流量和廢水的各組分濃度數(shù)據(jù)，氧傳遞系數(shù)輸入用于表征生物反應(yīng)器中曝氣量的大小，生物反應(yīng)輸出包含廢水各組分濃度數(shù)據(jù)。

　　步驟(4)所述沉淀過程SIMULINK模型包含生物反應(yīng)結(jié)束時廢水的各組分濃度輸入和沉淀過程輸出;其中沉淀過程輸出包含出水體積、出水各組分濃度、剩余污泥體積、剩余污泥各組分濃度，以及排放污泥量。

　　相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

　　1、提供了造紙廢水活性污泥法處理仿真模型的建立方式，以及活性污泥特性參數(shù)和廢水組分劃分方式;解決了在建立活性污泥模型時，過程參數(shù)和廢水組分難以合理劃分的問題。

　　2、造紙活性污泥法廢水處理仿真模型可以用于輔助造紙廢水活性污泥法處理系統(tǒng)的設(shè)計、改造和運行，也可以作為造紙廢水活性污泥法處理控制方案設(shè)計評估的平臺。

　　3、利用仿真結(jié)果，可以對工藝過程和控制系統(tǒng)進行評價，從而為造紙廢水活性污泥法處理系統(tǒng)的設(shè)計、改造、運行、評估，以及造紙廢水活性污泥法處理控制系統(tǒng)的設(shè)計、運行及評估提供一個平臺。