環(huán)境數(shù)模課程設(shè)計(jì)報(bào)告說明書

2016"環(huán)境數(shù)學(xué)模型"課程設(shè)計(jì)說明書題目活性污泥系統(tǒng)生化反響器中底物降解與微生物增長數(shù)學(xué)模型的建立實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果實(shí)驗(yàn)方法工藝流程與反響器本設(shè)計(jì)采用的工藝流程如下列圖所示：圖2-1活性污泥系統(tǒng)工藝流程圖本設(shè)計(jì)工藝采用活性污泥法處理污水，工藝的主要反響器包括生化反響器和沉淀池。污水通過蠕動(dòng)泵恒速加到生化反響器中，反響器活性污泥和污水在機(jī)械攪拌設(shè)備和鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的共同作用下充分接觸，并在氧氣充足的條件下進(jìn)展反響。經(jīng)處理后，污泥混液通過管道自流到沉淀池中，在里面實(shí)現(xiàn)泥水別離。別離后的水通過溢流堰從周邊排出，直接被排放到下水道系統(tǒng)，沉淀下來的污泥則通過回流泵，全部被抽回進(jìn)展回流。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，進(jìn)出水流量、進(jìn)水質(zhì)量、污水的停留時(shí)間、生化反響器的容積、機(jī)械攪拌設(shè)備轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)曝氣裝置的曝氣風(fēng)量氣速、污泥回流量等參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中都保持不變。待系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行一周穩(wěn)定后再取樣進(jìn)展分析。實(shí)驗(yàn)的進(jìn)水為實(shí)驗(yàn)室配置的污水，污水分別以葡萄糖、尿素、磷酸二氫鉀為碳源、氮源和磷源，其中C：N：P=100：40：1〔濃度比〕，TOC含量為200mg/L。生化反響器污泥混液的容量為12L，污水停留時(shí)間為6h。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為兩周，第一周是調(diào)適階段，第二周取樣測試，測得的數(shù)據(jù)作為建模的原始數(shù)據(jù)。表2-1污水中各營養(yǎng)物質(zhì)的含量營養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖〔C〕尿素〔N〕磷酸二氫鉀〔P〕含量〔mg/L〕500〔200〕85〔40〕8.77〔1〕取樣方法每隔24h取一次樣，通過虹吸管取樣。每次取樣時(shí)，先取進(jìn)水和出水水樣用于測水體的COD指標(biāo)，其中進(jìn)水直接取配得的污水溶液，出水取沉淀池上清液。取得的水樣過膜除去水中的懸浮固體和微生物，保存在5ml玻璃消解管中，并在4℃下冷藏保存。取完用于測COD的水樣后，全開污泥回流泵，將沉淀池中的污泥全部抽回生化反響器〔由于實(shí)驗(yàn)裝置的原因，沉淀池排泥管易堵，污泥易積聚在沉淀池中，為更準(zhǔn)確測定活性污泥的增長情況，在此實(shí)驗(yàn)中將泥完全抽回后再測定〕，待攪拌均勻后，取5ml污泥混液于干凈、衡重的坩堝中，待用于測污泥混液的SS。分析方法本實(shí)驗(yàn)一共分析進(jìn)出水COD和污泥混液SS兩個(gè)指標(biāo)。其中COD采用"水質(zhì)快速消解分光光度法"〔HJ/T399-2007〕方法進(jìn)展分析，SS采用"水質(zhì)懸浮物的測定重量法"〔GB11901-89〕方法進(jìn)展分析。準(zhǔn)確取2ml經(jīng)過膜處理的水樣于5mlcod消解管中，以重鉻酸鉀為氧化劑，硫酸銀-濃硫酸為催化劑，硫酸汞為抗氯離子干擾劑，按一定比例與水樣混合均勻。將消解管放在COD消解儀中，在150℃條件下消解2h。待經(jīng)消解的溶液冷卻后，以空白樣為參比液，在COD分析儀上讀出待測水樣的COD值，記錄數(shù)據(jù)。將裝在已衡重稱重的坩堝中的污泥混液放在烘箱中，在105℃溫度下烘3h以上，保證污泥中的水分被充分除去。坩堝冷卻后衡重稱重，記錄干污泥的質(zhì)量，求得活性污泥的SS。實(shí)驗(yàn)過程的所有樣品都設(shè)置兩個(gè)平行樣，最后結(jié)果取平行樣的算術(shù)平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如下表：表2-2活性污泥系統(tǒng)水質(zhì)分析結(jié)果時(shí)間MLSS〔mg/L〕進(jìn)水COD〔mg/L〕出水COD〔mg/L〕消耗COD〔mg/L〕DAAY216104530453DAY3226027375199DAY4258054766482DAY558804140414數(shù)據(jù)分析根據(jù)表中數(shù)據(jù)，混合液懸浮固體MLSS的濃度隨著活性污泥系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長而增大，對于同一活性污泥系統(tǒng)，MLSS濃度與活性污泥量成正比，MLSS的變化在一定程度上反響系統(tǒng)的活性污泥量的變化，系統(tǒng)中的活性污泥量隨時(shí)間的延長而呈增長趨勢。在本設(shè)計(jì)中，活性污泥系統(tǒng)生化反響器處于穩(wěn)定狀態(tài)，底物充足且濃度根本不變。微生物在營養(yǎng)物質(zhì)充足、曝氣充分的條件下得以快速生長繁殖。實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果與現(xiàn)實(shí)規(guī)律一致。本設(shè)計(jì)配的營養(yǎng)液中葡萄糖濃度為0.5g/L，對應(yīng)的理論COD值為533mg/L。實(shí)際測得的進(jìn)水COD值普遍低于533mg/L，這是由于葡萄糖非常容易被微生物降解利用。實(shí)驗(yàn)所用營養(yǎng)液暴露在空氣中，可以被空氣中的微生物利用，使得實(shí)際測得值偏低。另一個(gè)可能原因是實(shí)驗(yàn)所用的COD消解儀由于使用年限較長，工作性能下降，不能消解充分，進(jìn)而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大。進(jìn)水中碳源葡萄糖為溶解性有機(jī)物，容易被微生物利用。進(jìn)水COD含量不算高，停留時(shí)間長達(dá)6h，根據(jù)已有的經(jīng)歷，出水COD值應(yīng)該為0或接近0。但表中DAY3和DAY4的出水COD高達(dá)66-75mg/L。這是由于人員操作失誤，在測COD時(shí)沒有進(jìn)展空白樣的參比，由此致使出水COD值比其他時(shí)期的要高。數(shù)學(xué)建模模型假設(shè)與前提為了簡化實(shí)際問題，方便研究問題，在建立底物降解與微生物增長數(shù)學(xué)模型時(shí)對反響系統(tǒng)作出如下假設(shè)：生化反響器處于完全混合狀態(tài)，所有生物反響均在恒定溫度下進(jìn)展；進(jìn)水中的微生物濃度與曝氣池中的活性污泥微生物濃度相比很小，可以忽略；系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；二沉池中沒有微生物的活動(dòng)，沒有污泥累積，泥水別離良好；生化反響器曝氣充足，污泥混液氧含量為常數(shù)，不存在微生物的厭氧代；反響系統(tǒng)的PH維持在適宜微生物生長代的水平，PH為常數(shù)；反響系統(tǒng)的氮含量很低，與以溶解性可生化有機(jī)物的代相比，微生物的氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及有機(jī)氮的水解作用水平很低，可以忽略。不考慮顆粒態(tài)有機(jī)物因吸附作用而從反響體系中被除去。顆粒態(tài)有機(jī)物質(zhì)的生物網(wǎng)捕瞬間完成。微生物的衰減與電子受體的形式無關(guān)。模型工藝流程與反響器為了使建立的數(shù)學(xué)模型更符合實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況，建立模型采用的工藝流程盡量接近實(shí)際情況?；谶@樣的考慮，本設(shè)計(jì)采用的模型工藝流程與反響器如下列圖所示：模型處于穩(wěn)定運(yùn)行的理想狀態(tài)，進(jìn)出水流量相等。污水從進(jìn)水管流入生化反響器，經(jīng)生化反響器的活性污泥代處理后，進(jìn)入沉淀池。污泥和處理水在沉淀池中完全別離，污泥全部回流到生化反響器中，回流流量為進(jìn)水流量的50%。經(jīng)處理后的凈水從沉淀池中被排出系統(tǒng)。生化反響模型模型的建立是基于活性污泥1號(hào)模型〔ActivatedSludgeModelNo.Ⅰ，簡稱ASM1〕建立。ASM1采用了Dold等人1980年提出的死亡—再生理論對單級(jí)活性污泥系統(tǒng)的碳氧化、硝化和反硝化三種主要生物學(xué)過程中的相關(guān)速率進(jìn)展了定量描述。模型中采用Monod比生長速率動(dòng)力學(xué)來解釋自養(yǎng)菌或異養(yǎng)菌的生長，與生長速率有關(guān)的單個(gè)過程中各組分之間的數(shù)量關(guān)系用化學(xué)當(dāng)量系數(shù)描述。為簡化單位的換算，模型對全部有機(jī)組分和生物體統(tǒng)一采用COD當(dāng)量來表示。ASM1從呼吸過程中電子受體的角度將活性污泥體系劃分為8個(gè)過程，包括異養(yǎng)菌的好氧和厭氧生長、自養(yǎng)菌的好氧生長、異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌的衰減、可溶性有機(jī)氮的氨化以及網(wǎng)捕性有機(jī)物、有機(jī)氮的水解。本實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)假設(shè)前提下，生化反響器充分曝氣，不存在厭氧代，不考慮氮磷的影響，故僅存在異養(yǎng)菌的好氧生長、異養(yǎng)菌的衰減和網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解三種反響過程。另外由于忽略生化反響器中PH的變化和氮對過程微生物生長的影響，本設(shè)計(jì)的模型方程式與ASM1存在差異，兩者的動(dòng)力學(xué)方程式比照方下表。表3-1ASM1方程式與本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头匠淌奖日辗错戇^程ASM1方程式本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头匠淌疆愷B(yǎng)菌的好氧生長速率異養(yǎng)菌的衰減速率網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解速率變量與常數(shù)模型的變量本模型圍繞底物降解對微生物生長的影響建立，過程包括的變量有：溶解性底物濃度SS、異養(yǎng)菌生物量*BH、微生物衰減產(chǎn)生的顆粒性產(chǎn)物含量*p、慢速可生物降解基質(zhì)*S、系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間t。模型的常數(shù)對于ASM1，模擬的反響過程常數(shù)主要可分為三種類型：化學(xué)計(jì)量常數(shù)、動(dòng)力學(xué)常數(shù)、反響器常數(shù)。對于本設(shè)計(jì)模型，涉及異養(yǎng)菌的好氧生長、異養(yǎng)菌的衰減和網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解三種過程，設(shè)計(jì)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)包括：異養(yǎng)菌最大比增長速率μH、異養(yǎng)菌版飽和系數(shù)KS、異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)KOH、異養(yǎng)菌衰減系數(shù)bH、最大比水解速率Kh、慢速可生化降解基質(zhì)水解的半飽和系數(shù)K*，化學(xué)計(jì)量常數(shù)包括：生物量中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)物的比例fp、異養(yǎng)菌產(chǎn)率YH，反響器常數(shù)包括反響器的體積V。另外，在實(shí)驗(yàn)假設(shè)前提下，模型在常溫下運(yùn)行，反響器充分曝氣，生化反響器中污泥混液的溶解氧含量也為定值，各常數(shù)參數(shù)的具體取值如下表。表3-2本設(shè)計(jì)模型常數(shù)的取值動(dòng)力學(xué)常數(shù)μH(d-1)KS(mgCOD/L)KOH(mgCOD/L)bH(1/d)Kh(1/d)K*(g/g)6.020.00.100.402.210.15化學(xué)計(jì)量常數(shù)體積常數(shù)fp{g細(xì)胞殘?jiān)?gCOD(生物體)}YH{gCOD(生物體)/gCOD(利用)}生化反響器/L沉淀池/L0.080.671224溶解氧含量So/(mgCOD/L)7.5進(jìn)水流量Q/(L/d)48計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)建模軟件本設(shè)計(jì)采用AQUASIM2.0作為建模軟件，AQUASIM是一個(gè)被廣泛應(yīng)用于水系統(tǒng)辨析與過程模擬的電腦程序，不同版本的AQUASIM的根本功能一致。啟動(dòng)程序后，進(jìn)入的AQUASIM界面如圖4-1所示。除了一般軟件常有的翻開文件、保存文件等功能外，AQUASIM的主要編輯功能包括：編輯系統(tǒng)、計(jì)算、敏感度分析、參數(shù)估值、查看計(jì)算結(jié)果、關(guān)閉對話框等，上圖中編號(hào)1-6對應(yīng)的菜單欄按鈕依次對應(yīng)控制上述六種編輯功能。圖4-1AQUASIM2.0程序界面編輯系統(tǒng)功能選按鈕1編輯系統(tǒng)(editsystem)，AQUASIM界面就會(huì)出現(xiàn)如圖4-1的四個(gè)窗口：編輯變量(EditVariation)窗口、編輯過程(EditProcesses)窗口、編輯組件(Editpartments)窗口和編輯聯(lián)結(jié)(EditLinks)窗口。這四個(gè)窗口編輯的容最終構(gòu)成了整個(gè)模型構(gòu)造的主要因素。圖4-2構(gòu)成模型的主要因素之間的關(guān)系圖編輯變量窗口編輯變量窗口用于編輯輸入模型的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)變量。變量類型包括狀態(tài)變量(statevarible)、程序變量(programvarible)、常數(shù)變量(constantvarible)、真值數(shù)列(reallistvarible)、變值變量(variablelistvarible)、方程變量(formulavarible)、調(diào)查變量(probevarible)。在建模中用得比擬多的是狀態(tài)變量、常數(shù)變量、真值數(shù)列和方程變量。各種類型變量代表的含義如下表所示。表4-1變量類型及其代表的含義變量類型代表含義statevaribletype用于描述模型過程的狀態(tài)變量programvaribletype用于描述時(shí)間、空間坐標(biāo)、流出量等程序變量constantvaribletype用于描述模型的常數(shù)變量，包括化學(xué)計(jì)量常數(shù)、動(dòng)力學(xué)常數(shù)等reallistvaribletype用于輸入實(shí)測數(shù)據(jù)variablelistvaribletype用于給定的任意參數(shù)值的其他變量間的插，比方多維插值formulavaribletype描述表達(dá)方程式的變量probevaribletype用于描述在給定可行組件的可評(píng)價(jià)變量編輯過程窗口編輯過程窗口主要用于編輯模型反響的過程，包括反響的速率方程式、反響組分的化學(xué)計(jì)量關(guān)系。編寫反響速率方程所用的變量表達(dá)式必須與編輯變量窗口變量的表達(dá)式一樣，這樣才能將設(shè)置的變量與速率方程式聯(lián)系起來?；瘜W(xué)計(jì)量數(shù)的編輯需滿足反響方程中反響組分間的反響關(guān)系。圖4-3編輯過程窗口界面編輯組件窗口編輯組件窗口用于編輯參與反響過程的反響器，如沉淀池、格柵、生化反響器等。通過此窗口，可編輯*一工藝流程組件的變量(variables)、發(fā)生的反響過程(processes)、組件的初始條件(initialdition)和輸入物質(zhì)(input)。除此之外還可設(shè)計(jì)反響器的容積。圖4-4編輯組件窗口界面編輯聯(lián)結(jié)窗口編輯聯(lián)結(jié)窗口用于編輯反響組件間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，包括物質(zhì)的流向，和流動(dòng)物質(zhì)的載荷。如圖4-5所示，左邊窗口表示流體方向由反響器流到沉淀池，而右邊窗口表示污泥從沉淀池中回流至反響器，回流的水流量與物質(zhì)量則如圖中輸入框所示。圖4-5編輯聯(lián)結(jié)窗口界面計(jì)算功能計(jì)算功能的作用在于設(shè)置計(jì)算的“步寬〞和“步數(shù)〞。假設(shè)模型運(yùn)算是以時(shí)間為基準(zhǔn)，則需設(shè)置相鄰時(shí)間的間隔，以及模型一共需要模擬的時(shí)長。一般而言，步寬越小模仿的效果就越接近現(xiàn)實(shí)，但是由于后面參數(shù)估值和敏感度分析的運(yùn)算時(shí)間隨步寬變小而延長，因而步寬也不宜過小。在每次計(jì)算前需要先初始化，去除之前的運(yùn)算紀(jì)錄，再進(jìn)展正式的運(yùn)算。敏感度分析功能由于設(shè)計(jì)的參數(shù)對模擬效果的影響存在差異，敏感度分析的作用在于通過對設(shè)計(jì)的模型預(yù)計(jì)算，分析選定設(shè)計(jì)參數(shù)對模型模擬的影響大小程度。分析結(jié)果最終以.sen文件的形式保存，設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感度值越大，說明該參數(shù)對模型模擬的影響越大。敏感度分析的結(jié)果給參數(shù)估值時(shí)估值參數(shù)的選定提供參考。圖4-6敏感度分析功能窗口界面參數(shù)估值功能參數(shù)估值過程也稱模型的率定。由于通過AQUASIM軟件模擬出來的模型為在規(guī)定的設(shè)計(jì)條件下〔參數(shù)規(guī)定、過程規(guī)定、反響器及反響器間的聯(lián)系規(guī)定、運(yùn)算方式規(guī)定等〕，滿足模型假設(shè)條件而建立起來的的理想模型，模型與實(shí)際過程存在一定差異，因此需要進(jìn)展參數(shù)估值。所謂參數(shù)估值，是指在進(jìn)展敏感度分析的前提下，或沒有進(jìn)展敏感度分析，但清楚設(shè)計(jì)參數(shù)對模型的敏感程度的前提下，選定幾個(gè)敏感度較大設(shè)計(jì)參數(shù)，通過指定并激活模型的狀態(tài)變量(statevariable)與實(shí)際測得值的計(jì)量關(guān)系(fit)，進(jìn)展計(jì)算機(jī)的迭代運(yùn)算，并通過在指定圍修改設(shè)計(jì)參數(shù)，使參數(shù)估值后的模型更接近實(shí)際情況的過程。經(jīng)率定后的模型能更真實(shí)地反映實(shí)際情況，但有時(shí)可能還不能完全反映真實(shí)情況。這時(shí)可通過檢查并修改模型的設(shè)計(jì)條件，屢次進(jìn)展模型的計(jì)算、敏感度分析和參數(shù)估值，最后才能得到模擬程度較高的設(shè)計(jì)模型。圖4-7參數(shù)估值功能窗口界面查看結(jié)果功能在實(shí)際操作時(shí)，查看結(jié)果功能常與“計(jì)算功能〞一起應(yīng)用。在模型設(shè)計(jì)時(shí)，編輯好模型的根本因素和運(yùn)算條件后進(jìn)展運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過“查看結(jié)果功能〞查看。使用者可根據(jù)需要，自行設(shè)置需要查看的變量的結(jié)果，也可設(shè)定查看不同反響組件*狀態(tài)變量的運(yùn)算結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果最終以圖線的形式表現(xiàn)。圖4-8查看計(jì)算結(jié)果功能界面關(guān)閉對話框功能關(guān)閉對話框功能用于關(guān)閉編輯系統(tǒng)功能時(shí)展開的四個(gè)窗口。建模過程建模思路與根本流程采用AQUASIM2.0建模，建模的根本思路和流程圖4-9所示。首先是按照模型設(shè)計(jì)時(shí)選定的設(shè)計(jì)參數(shù)、變量及模擬過程在AQUASIM設(shè)計(jì)模型，在通過設(shè)置計(jì)算的步寬、步長和計(jì)算的對象，進(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算后選定參數(shù)進(jìn)展敏感度分析，根據(jù)敏感度分析結(jié)果，選取幾個(gè)敏感度較大的參數(shù)進(jìn)展模型率定〔即參數(shù)估值〕。調(diào)出率定后模型的圖線，檢查實(shí)驗(yàn)?zāi)M的過程規(guī)律是否與實(shí)際情況相符。對于模擬效果不符合實(shí)際規(guī)律的情況，需重新檢查對模型進(jìn)展調(diào)適，直至得到與現(xiàn)實(shí)契合程度較高的模型圖線為止。圖4-9AQUASIM建模的根本流程設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)變量本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)五種類型的變量：狀態(tài)變量、常數(shù)變量、真實(shí)數(shù)值變量、方程變量、程序變量。各種類型變量包含的模型設(shè)計(jì)參數(shù)情況如表4-2所示。常數(shù)變量率定的最小值一般為設(shè)計(jì)值的1/10，最大值一般為設(shè)計(jì)值的10倍，但異養(yǎng)菌衰減系數(shù)bH、異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)YH除外，bH的最大率定值取1，YH的最大率定值取0.8。表4-2模型各參數(shù)類型包含的設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)類型狀態(tài)變量常數(shù)變量真值變量方程變量程序變量包含的設(shè)計(jì)參數(shù)SS、*BH、*P、*SYH、bH、fp、Kh、KOH、KS、K*、μH、SS_ini、SS_input、*BH_iniSS_real、*BH_realQ、Sot說明：設(shè)計(jì)參數(shù)中，參數(shù)YH、bH、fp、Kh、KOH、KS、K*、μH、t、Q、So、SS、*BH、*P、*S具有一般意義。變量SS_ini、SS_input、*BH_ini、SS_real、*BH_real分別代指初始SS濃度、輸入SS濃度、初始*BH濃度、實(shí)驗(yàn)測得出水COD數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)測得MLSS*0.75數(shù)據(jù)。由于實(shí)驗(yàn)過程采用溶解性易降解的葡萄糖為唯一碳源，實(shí)驗(yàn)測得的COD值可近似等價(jià)于底物濃度SS含量。另外，由于對于同一系統(tǒng)，f=MLSS/MLVSS為一定值，因此將實(shí)驗(yàn)測得的MLSS值乘上轉(zhuǎn)換系數(shù)f則可得知體系中微生物的含量*BH。由于在實(shí)驗(yàn)過程中測得的進(jìn)水COD值變化較大，與理論值差異較大，為保證輸入碳源能滿足微生物代需要，本設(shè)計(jì)進(jìn)水和初始的SS值都取實(shí)驗(yàn)測得的最大值547mgCOD/L，初始*BH值取423*0.75=313mgCOD/L?？紤]到在實(shí)驗(yàn)過程中由于人員誤差、儀器誤差帶來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，結(jié)合理論知識(shí)和相關(guān)經(jīng)歷，本設(shè)計(jì)5d的出水COD值同一取0，而MLSS數(shù)據(jù)DAY2-4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為模型的1-3天的MLSS數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為*BH_real時(shí)MLSS還需乘上轉(zhuǎn)換系數(shù)f。表4-3實(shí)驗(yàn)測得MLSS值與模型*BH_real的關(guān)系轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)時(shí)間MLSS/(mgCOD/L)時(shí)間MLSS/(mgCOD/L)*BH_real/(mgCOD/L)DAY1420initial420313DAY21610DAY116101208DAY32260DAY222601965DAY42580DAY325801995設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)過程包括異養(yǎng)菌的好氧生長、異養(yǎng)菌的衰減和網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解三種反響過程，具體方程式和化學(xué)計(jì)量參數(shù)形式按3.3.和3.4.要求編輯即可。設(shè)計(jì)反響器設(shè)計(jì)的反響器包括生化反響器(reactor)和沉淀池(clarifier)兩局部，反響器具有固定的容積。按照模型的假設(shè)前提，微生物反響過程僅在生化反響器進(jìn)展，沉淀池不涉及任意反響過程。兩個(gè)反響器的具體設(shè)計(jì)情況如表4-4所示。表4-4設(shè)計(jì)反響器的具體設(shè)計(jì)情況反響器狀態(tài)變量涉及的反響初始條件輸入條件生化反響器SS、*BH、*P、*S異養(yǎng)菌的好氧生長異養(yǎng)菌的衰減網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解SS=SS_ini*BH=*BH_iniSS=Q*SS_input沉淀池SS、*BH、*P、*S///設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)對于本設(shè)計(jì)而言，聯(lián)結(jié)的對象為生化反響器和沉淀池。水從生化反響器流向沉淀池，污泥則從沉淀池回流至生化反響器。本設(shè)計(jì)回流泥水混合液流量設(shè)為0.5*Q。由于模型假設(shè)在沉淀池中泥水充分別離，因此固體*P、*S、*BH全部回流，而溶解性的SS僅有50%參與回流。設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)計(jì)算采用的計(jì)算步寬為0.1d，步數(shù)為100，則對應(yīng)的計(jì)算時(shí)長為10d。計(jì)算對象為反響器底物濃度SS和微生物生物量*BH分別隨時(shí)間的變化。敏感度分析本設(shè)計(jì)中參與敏感度分析的變量包括：YH、bH、fp、Kh、KOH、KS、K*、μH。各參數(shù)對于底物濃度變化和微生物量變化過程的敏感度和誤差奉獻(xiàn)情況如表4-5所示。由表中數(shù)據(jù)可知，參數(shù)μH、KS、YH、bH、KOH對底物濃度變化的影響較大，而所有參數(shù)對生物量變化過程都有較大影響。表4-5參數(shù)對底物濃度變化與微生物量變化過程的敏感度和誤差奉獻(xiàn)情況底物濃度變化生物量變化參數(shù)敏感度(mgCOD/L)誤差奉獻(xiàn)(mgCOD/L)參數(shù)敏感度(mgCOD/L)誤差奉獻(xiàn)(mgCOD/L)μH31.835.305YH326.5487.3KS14.190.7095bH28.2570.62YH6.5239.736μH19.173.194bH4.3310.82KS8.4960.4248KOH1.6664.165Kh4.5622.064Kh0.087640.03966K*3.61824.12K*0.061240.4083fp2.3329.13fp0.019150.2393KOH1.2463.116模型率定本設(shè)計(jì)是將模型模擬的底物濃度隨時(shí)間的變化、微生物生物量隨時(shí)間的變化兩個(gè)過程，與實(shí)驗(yàn)過程測得的底物濃度和微生物生物量變化進(jìn)展率定。即將狀態(tài)變量SS、*BH分別與真值變量SS_real、*BH_real進(jìn)展率定。根據(jù)敏感度分析的結(jié)果，YH、bH、fp、Kh、KOH、KS、K*、μH八個(gè)參數(shù)對過程的影響都較大，考慮到生物量中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)物的比例fp對于活性污泥而言變化不大，因此不考慮f