CN102880794A

CN102880794A - 一种污水处理过程模型参数校正方法

Info

Publication number: CN102880794A
Application number: CN2012103441007A
Authority: CN
Inventors: 于广平; 苑明哲; 王磊; 王景杨
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Guangzhou Sheng Ya Mdt InfoTech Ltd
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: CN102880794B

Abstract

本发明公开了一种污水处理过程模型参数校正方法，包括下述步骤：S1、通过现场调研获得模型工艺和入水、出水水质数据，然后建立基于ASM1的Benchmark平台；S2、根据模型参数灵敏度正负和大小依次调整其值使得静态模拟误差在15%以内；S3、依照步骤S2调整剩余模型参数使得动态模拟误差在20%以内，得到最终的校正模型。本发明可以通过简单手动调整主要参数来提高污水处理数学建模效率，改变了传统单纯依靠人工经验对模型参数调整的状况，对污水处理厂的升级改造具有重要意义。

Description

一种污水处理过程模型参数校正方法

技术领域

本发明涉及工程信息的技术领域，特别涉及一种污水处理过程模型参数校正方法。

背景技术

随着国民经济的发展和国家对节能增效的重视，对污水处理企业运行效率要求越来越高，建立有效的模型去分析影响因素，调整运营工艺参数显得越来越重要。传统污水处理过程数学建模方法充分考虑了污水处理生化反应过程，是其本质现象的数学描述，而且许多大型污水仿真软件正是基于传统数学模型建模方法，这种方法建立起的数学模型便于理解和应用，其研究对于污水处理过程理论和应用的发展具有重要意义。但是对于传统数学建模方法也存在模型参数众多，校正困难的问题。国内外对于活性污泥系统这样的复杂非线性系统，参数校正有两种方法，一种是手动校正，一种是自动校正。手动校正耗时长且结果重现性差。但是自动校正并非可以普遍使用，它要求先进的在线监测仪器和强大的数学工具来获取数据并计算修正模型参数，因此校正成本高昂，难以普遍推广。国外曾讨论使用界面响应法（RSM）进行参数校正。该方法是用于建立、改进、优化过程的统计学和数学技术的结合，较为繁琐，并未能得以推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可以保证模型精度的同时，改善污水处理ASM1模型参数校正盲目性、建模效率低等缺陷的污水处理过程模型参数校正方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种污水处理过程模型参数校正方法，包括下述步骤：

S1、通过现场调研获得模型工艺和入水、出水水质水量数据，然后建立基于ASM1的Benchmark平台；

S2、根据模型参数灵敏度分析结果表中模型参数对应出水水质参数灵敏度的正负相关性选出使得模型输出水质数据趋近于实际出水水质数据的模型参数，然后根据其对需要调整的模型输出水质参数灵敏度大小依次调整其值使得静态模拟误差在15%以内；

S3、依照步骤S2调整剩余模型参数使得动态模拟误差在20%以内，得到最终的校正模型。

优选的，所述Benchmark平台模型的建立是参照国际水协会发布的Benchmark平台模型并将实际污水厂工艺状况修改其参数使之成为实际可用的模型。

优选的，静态模拟是将某几个采样时间的入水水质水量数据分别输入Benchmark平台模型，获得模型对应时间的出水水质水量模拟数据。

优选的，动态模拟是将一段时间连续的入水水质水量数据输入Benchmark平台模型，获得模型同一时间对应的出水水质水量模拟数据。

优选的，在步骤S1之前，采用扰动灵敏度分析法对分别对于14个动力学参数和5个化学计量参数人为加入扰动，得到稳态条件下ASM1模型输出水质组分及水质参数的灵敏度值作为模型校正的数据基础；

灵敏度S计算公式：

S = \frac{Y - Y_{0}}{Y_{0}} / \frac{P - P_{0}}{P_{0}}

式中S为灵敏度，Y为组分变化后状态，Y₀为变化前状态，P为变化后模型参数，P₀为基准模型参数，灵敏度为正，表明变量与参数的变化方向一致，即模型参数增大或减小导致变量也增大或减小，灵敏度为负，表明变量与参数的变化方向相反。

优选的，所述14个动力学参数为异养菌最大比增长速率、异养菌半饱和系数、异养菌氧半饱和系数、反硝化菌的硝酸盐半饱和系数、异养菌的衰减系数、缺氧条件μ_H的校正因子、缺氧条件下水解校正因子、最大比水解速率、慢速可生物降解基质水解的半饱和系数、自养菌最大比增长速率、自养菌的氨半饱和系数、自养菌的氧半饱和系数、自养菌衰减系数以及氨化速率。

优选的，五个化学计量参数为自养菌产率、异养菌产率、生物量中可转化为颗粒产物的比例、氮占生物量COD的比例、颗粒性衰减产物COD中氮的比例。

优选的，所述S1中，水量数据包括入水流量、入水和出水化学需氧量、总氮量和氨氮量。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明可以通过简单手动调整主要参数来提高污水处理数学建模效率，改变了传统单纯依靠人工经验对模型参数调整的状况，对污水处理厂的升级改造具有重要意义。

2、本发明在保证模型精度的前提下相对环境工程实验方法避免了耗时、耗材、耗力的实验测定过程。

附图说明

图1是本发明模型校正方法流程图；

图2是本发明实施实例污水处理厂工艺流程图；

图3是本发明实施实例污水处理厂工艺过程等效Benchmark结构图；

图4是本发明实施实例校正后模型出水总氮计算值与检测值对比图；

图5是本发明实施实例校正后模型出水氨氮计算值与检测值对比图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例一种污水处理过程模型参数校正方法，包括下述步骤：

（1）采用扰动灵敏度分析法对分别对于14个动力学参数和5个化学计量参数人为加入扰动，得到稳态条件下ASM1模型输出水质组分及水质参数的灵敏度值作为模型校正的数据基础，14个动力学参数和5个化学计量参数的参考表如表1所示；

灵敏度S计算公式：

S = \frac{Y - Y_{0}}{Y_{0}} / \frac{P - P_{0}}{P_{0}}

式中S为灵敏度，Y为组分变化后状态，Y₀为变化前状态，P为变化后模型参数，P₀为基准模型参数。灵敏度为正，表明变量与参数的变化方向一致，即模型参数增大或减小导致变量也增大或减小，灵敏度为负，表明变量与参数的变化方向相反

（2）通过现场调研获得模型工艺和入水、出水水质水量数据（包括入水流量、入水和出水化学需氧量、总氮和氨氮），然后建立基于ASM1的Benchmark平台；

（3）根据模型表2的参数灵敏度分析结果参考表（可根据步骤1自己做灵敏度分析实验得出）中模型参数对应出水水质参数灵敏度的正负相关性选出使得模型输出水质数据趋近于实际出水水质数据的模型参数，然后根据其对需要调整的模型输出水质参数灵敏度大小依次调整其值使得静态模拟误差在15%以内；

（4）依照步骤3调整剩余模型参数使得动态模拟误差在20%以内，得到最终的校正模型。

表1化学计量参数和动力学参数表

表2灵敏度分析结果参考表

在图2中给出了某污水厂A2/O工艺流程图，其设计入水流量为2×10⁴m3/d，初次沉淀后的污水先经过厌氧反应进行放磷和有机物氨化，然后进行缺氧脱氮，再进行好氧反应，最后经二次沉淀后完成处理过程。在图3中显示了将其转化为标准Benchmark平台后的等效结构图。

在表3中显示了模型稳态输出与现场检测结果的差异。通过对19个反应参数的灵敏度分析，可以发现，所有的参数对出水COD的影响均很小。且COD数值很接近现场检测值，故可不考虑COD的数值。

表3稳态模型输出与现场检测值对比

出水水质指标	氨氮	COD	总氮
				模型稳态值	0.192	36.672	9.36
现场检测值	0.298	30.20	8.80

模型出水氨氮偏小、总氮稍偏大。通过修改在19个反应参数的某些参数进行修正。因此要寻找对出水氨氮和总氮影响方向相反的参数进行调整。由灵敏度分析结果，可以找ASM1模型参数中自养菌衰减系数b_A符合要求。其对氨氮和总氮的影响方向是相反的（氨氮为正，总氮为负），且对氨氮灵敏度高于总氮。通过修改b_A，将其从0.05减小到0.03，再次进行模型静态试验，发现氨氮和总氮的模拟结果是更接近于实际检测值，在表4中显示了其平均误差14.05%，符合误差要求，此时模型可用于仿真模拟。

表4参数调整后的稳态模型输出与现场检测值对比

出水水质指标	氨氮	COD	总氮
				b_A=0.03模型稳态值	0.214	36.674	9.356
b_A=0.05（默认）模型稳态值	0.192	36.672	9.36
				现场检测值	0.298	32.20	8.80

将校正后的模型参数值代入Benchmark平台，进行动态仿真运行得到如下图所示的出水参数计算值。在图4中显示了1月1日0:00至1月31日24:00校正后的模型每小时总氮计算值与检测值的对比，在图5中显示了1月1日0:00至1月31日24:00校正后的模型每小时氨氮计算值与检测值的对比，误差均在允许范围内，模型可用于此污水厂的模拟工作。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，所述Benchmark平台模型的建立是参照国际水协会发布的Benchmark平台模型并将实际污水厂工艺状况修改其参数使之成为实际可用的模型。

3.根据权利要求1所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，静态模拟是将某几个采样时间的入水水质水量数据分别输入Benchmark平台模型，获得模型对应时间的出水水质水量模拟数据。

4.根据权利要求1所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，动态模拟是将一段时间连续的入水水质水量数据输入Benchmark平台模型，获得模型同一时间对应的出水水质水量模拟数据。

5.根据权利要求1所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，在步骤S1之前，采用扰动灵敏度分析法对分别对于14个动力学参数和5个化学计量参数人为加入扰动，得到稳态条件下ASM1模型输出水质组分及水质参数的灵敏度值作为模型校正的数据基础；

灵敏度S计算公式：

S = \frac{Y - Y_{0}}{Y_{0}} / \frac{P - P_{0}}{P_{0}}

6.根据权利要求5所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，所述14个动力学参数为异养菌最大比增长速率、异养菌半饱和系数、异养菌氧半饱和系数、反硝化菌的硝酸盐半饱和系数、异养菌的衰减系数、缺氧条件μ_H的校正因子、缺氧条件下水解校正因子、最大比水解速率、慢速可生物降解基质水解的半饱和系数、自养菌最大比增长速率、自养菌的氨半饱和系数、自养菌的氧半饱和系数、自养菌衰减系数以及氨化速率。

7.根据权利要求5所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，五个化学计量参数为自养菌产率、异养菌产率、生物量中可转化为颗粒产物的比例、氮占生物量COD的比例、颗粒性衰减产物COD中氮的比例。

8.根据权利要求1所述的污水处理过程模型参数校正方法，其特征在于，所述S1中，水量数据包括入水流量、入水和出水化学需氧量、总氮量和氨氮量。