CN108304692A - 一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法 - Google Patents
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Abstract
一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其包括：1)建立膜生物反应器工艺中膜组件的膜通量模型；2)将所述膜通量模型嵌入膜生物反应器工艺的仿真平台；3)将在线采集进水数据和运行数据，作为向所述仿真平台的输入值，根据所述膜通量模型获得膜通量预测结果。本发明结合进水及运行条件在线预测膜通量，经验证，膜通量预测结果和实测结果的趋势一致，能够较理想地趋近现场的真实运行状况，因此，本发明可实时了解膜组件的膜污染程度，并预测膜清洗的效果，有助于膜污染的防治。
Description
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，具体涉及一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法。
背景技术
膜生物反应器工艺(简称MBR反应器或MBR工艺)是一种在污水处理领域应用广泛的生化处理工艺，它用膜组件代替二次沉淀池的固液分离作用，通过一定的过膜压力，将悬浮液中的固体物质截留在膜组件上，而让水通过膜组件，起到固液分离的作用，同时能够在反应器内维持高浓度的活性污泥悬浮液，提高生化处理效率。
膜通量是MBR工艺中的一项重要运行参数，其物理意义是通过单位面积膜组件的水量。膜通量直接关系到出水的稳定与达标。随着反应的进行，膜组件上截留的固体物质数量会逐渐增多，形成俗称“滤饼”的膜污染现象。膜污染会降低膜组件的膜通量，降低MBR反应器的分离效率，最终影响出水水质的稳定达标。因此需要定期对膜进行清洗，缓解因膜污染引起的膜通量降低。常见的方式是通过截面空气错流(空气流向与膜组件平行)和反冲洗(水流在反冲洗泵作用下透过膜组件，方向与正常的过膜水流方向相反)，其作用都是将膜组件表面形成的滤饼冲刷下来，在缓解膜污染的同时，也使固体物质回到MBR反应器的悬浮液中去，维持悬浮液的微生物浓度以保证处理过程的正常进行。
传统的定时清洗方式，容易产生过度清洗的问题，气洗或水洗的流量过大，一方面造成能耗的浪费，另一方面过高的气洗量在MBR池造成过量曝气的局面，促进活性微生物的内源呼吸，对维持活性污泥是不利的，也不利于反硝化脱氮，影响出水水质。因此，理想的膜清洗方式是结合膜通量，实时了解到膜通量的大小，在膜通量降低到一定程度后再予以清洗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，建立膜通量数学模型，借助仿真手段，并结合在线采集到的进水数据和运行数据，预测膜组件表面的滤饼质量和膜通量随运行时间的变化，从而实时了解膜污染的程度和膜清洗的效果，为MBR工艺的实施运行提供指导，提高运行水平。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其包括：
1)建立膜生物反应器工艺中膜组件的膜通量模型；
2)将所述膜通量模型嵌入膜生物反应器工艺的仿真平台；
3)将在线采集的进水数据和运行数据，作为向所述仿真平台的输入值，根据所述膜通量模型获得预测结果；
所述进水数据包括进水流量、颗粒有机物浓度、异养菌、自养菌浓度、溶解性有机物浓度、氨氮浓度和硝态氮浓度。其中，进水异养菌、自养菌浓度可视为0，进水流量和出水流量可通过流量计测得瞬时流量，进水有机物浓度可通过在线COD仪测得，进水氨氮浓度可通过在线氨氮仪测得。所述运行数据包括空气流量、反冲洗流量，均可通过流量计测得瞬时流量。
膜通量模型的数学表达式如下：
式中：
J是膜组件的膜通量，单位m3/m2.d；
ΔP是过膜压力，单位kPa；
Am是膜组件的表面积，单位m2；
μ为水的粘度，单位Pa.d；
Rm为膜组件的阻抗，由膜自身的性质决定，单位1/m；
ξ为滤饼层的孔隙率，单位％；
δP为滤饼颗粒平均直径，单位m；
ρP为干滤饼的固体密度，单位g/m3；
M为膜组件上的滤饼质量，即截留下的固体，单位g；
Rfmax为最大堵塞阻力，由膜性质决定，单位1/m；
k是结垢速率常数，由膜性质决定，单位1/d；
T是运行时间，单位d。
在膜通量的数学表达式所涉及的参数中，滤饼质量是一个受到反应器中悬浮固体浓度变化影响的变量，而所有其它参数均可视为常数(膜组件、固体颗粒本身的性质决定，或由进水、运行条件决定)。反应器悬浮液中含有由颗粒性有机物、异养菌、自养菌构成的固体成份和由溶解氧、溶解性有机物、氨氮、硝态氮构成的溶解性成份，各种成份之间在反应动力学作用下发生浓度上的变化。其中的固体成份浓度，直接影响到滤饼的质量。对膜通量的预测，关键在于对滤饼质量和悬浮液中各种成份浓度的模拟计算。
本发明在4种情况下分别建立膜组件上的滤饼质量M的数学模型：
(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下
①MBR反应器膜组件上的滤饼中各种固体成分的质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
Qf是过膜流量，单位m3/d；过膜流量按下列方式计算：
式中，Am是膜组件的总表面积，单位m2；
②MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率的数学表达
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：和分别是悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度净变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的净变化率(单位均为gN/m3.d)；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的变化率(单位均为gN/m3.d)，表述为：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
SCOD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
SNH：氨态氮的浓度，单位gN/m3；
SNO：硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO：溶解氧的浓度，单位gO2/m3；
XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
XH：异养菌的浓度，单位gCOD/m3；
XA：自养菌的浓度，单位gCOD/m3；
μH：异养菌最大比生长速率，单位h-1；
μA：自养菌最大比生长速率，单位h-1；
KS：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m3；
bH：异养菌比衰减速率，单位h-1；
KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m3；
ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；
KH：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；
KX：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；
ηh：缺氧状态水解修正系数；
KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m3；
bA：自养菌比衰减速率，单位h-1；
YH：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；
YA：自养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g被氧化的N；
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到悬浮液中每种成份的浓度，最终获得滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3)；硝态氮的浓度，单位gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时间。
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
(2)在膜污染和空气错流清洗的情况下
①MBR反应器膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
Qf是过膜流量，单位m3/d；过膜流量按下列方式计算：
②MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率的数学表达
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：和分别是悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度净变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的净变化率(单位均为gN/m3.d)；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
V是MBR反应器的容积，单位m3；Am是膜组件的总表面积，单位m2；crossAir是空气流量，单位m3/d；AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下 和的表述相同。
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率、溶解性有机物浓度变化率、氨氮和硝态氮浓度的变化率，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下的表述相同。
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到悬浮液中每种成份的浓度，最终获得滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3)；硝态氮的浓度，单位gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时间。
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
(3)在膜污染和反冲洗清洗的情况下
①MBR反应器膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
Qf是过膜流量，单位m3/d；
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
过膜流量按下列方式计算：
②MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率的数学表达
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：和分别是MBR反应器悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度净变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的净变化率(单位均为gN/m3.d)；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
V是MBR反应器的容积，单位m3；Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下和的表述相同。
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的变化率(单位均为gN/m3.d)，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下的表述相同。
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到悬浮液中每种成份的浓度，最终获得滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3)；硝态氮的浓度，单位gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时间。
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
(4)在膜污染、截面空气错流和反冲洗清洗的情况下
①膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
Qf是过膜流量，单位m3/d；过膜流量按下列方式计算：
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
②MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率的数学表达
MBR反应器悬浮液中该固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：和分别是MBR反应器悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度净变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的净变化率(单位均为gN/m3.d)；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下和的表述相同。
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的变化率(单位均为gN/m3.d)，表述为：同(1)在没有膜清洗、仅膜污染的情况下的表述相同。
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到悬浮液中每种成份的浓度，最终获得滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3)；硝态氮的浓度，单位gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时间。
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
进一步，本发明所建立模型数学表达方法中涉及的反应动力学参数取值范围参见表1。
表1
| 符号 | 动力学参数名称 | 取值范围 | 单位 |
| μH | 异养菌最大比生长速率 | 3.0～8.0 | h-1 |
| KS | 异养菌生长半速率常数 | 15～25 | gCOD/m3 |
| bH | 异养菌比衰减速率 | 0.2～0.65 | h-1 |
| KOH | 异养菌氧呼吸半速率常数 | 0.05～0.2 | gO2/m3 |
| KNO | 异养菌硝态氮呼吸半速率常数 | 0.1～0.4 | gN/m3 |
| ηg | 异养菌缺氧状态生长修正系数 | 0.5～1.0 | - |
| kH | 水解速率 | 1.0～4.0 | gCOD/(g(COD)·h) |
| KX | 水解半速率常数 | 0.01～0.04 | gCOD/(g生物(COD) |
| ηh | 缺氧状态水解修正系数 | 0.2～0.6 | -- |
| μA | 自养菌最大比生长速率 | 0.3～1.0 | h-1 |
| KOA | 自养菌氧呼吸半速率常数 | 0.2～0.5 | gO2/m3 |
| KNH | 自养菌生长半速率常数 | 0.8～1.0 | gN/m3 |
| bA | 自养菌比衰减速率 | 0.02～0.06 | h-1 |
| YH | 异养菌产率系数 | 0.5～0.8 | g生物量(COD)/g COD去除 |
| YA | 自养菌产率系数 | 0.2～0.35 | g生物量(COD)/g被氧化的N |
本发明涉及的技术有：
(1)滤饼质量的计算
MBR反应器中的水流在过膜压力作用下通过膜组件，MBR反应器内悬浮液中的固体颗粒被膜组件截留，在表面形成滤饼，产生膜污染现象。随着反应的进行，膜组件表面的滤饼质量不断增长，导致膜通量的降低，影响处理效果。和悬浮液中的固体颗粒一样，滤饼中含有多种成分，包括颗粒性有机物、异养菌和自养菌，本发明建立了滤饼生成过程中，各种固体成分质量净变化率的数学模型，再对质量净变化率进行时间积分，得到滤饼上该固体的质量，最后对各种固体的质量进行加和，即可得到滤饼的总质量M。
(2)截面空气错流清洗对滤饼的影响
持续采用平行于膜组件表面的空气流对膜组件进行清洗称为截面空气错流清洗。在气流作用下清洗膜表面滤饼的同时，也给MBR反应池提供了充足的溶解氧，有助于MBR反应器中生化反应的进行。
在气流的作用下，膜组件表面的部分滤饼被“冲”回悬浮液，在减轻膜组件表面膜污染的同时，也维持了反应器中的悬浮物浓度，有助于生化反应的进行。所以膜组件上滤饼质量减少的同时，悬浮液中的固体浓度也在增加。本发明结合滤饼自身的生成过程，建立了空气错流清洗对膜组件上滤饼中各种固体成分质量净变化率影响的数学模型，再对质量净变化率进行时间积分，得到滤饼上该固体的质量，最后对各种固体的质量进行加和，即可得到滤饼的总质量M。
(3)反冲洗清洗对滤饼的影响
另一种膜清洗的手段是定期对膜组件进行反冲，清水在反冲洗泵的作用下，沿着和过膜水流相反的方向穿透膜组件，将进水侧积累的滤饼冲刷下来，回到MBR反应池中。这一过程中，本发明结合滤饼自身的生成过程，建立了反冲洗对膜组件上滤饼中各种固体成分质量的净变化率影响的数学模型，再对质量净变化率进行时间积分，得到滤饼上该固体的质量，最后对各种固体的质量进行加和，即可得到滤饼的总质量M。
(4)两种清洗方式并存对滤饼的影响
当MBR反应器同时存在气洗和反冲洗的工况下，本发明建立了滤饼上各固体成分质量的净变化率的数学模型，再对质量净变化率进行时间积分，得到滤饼上该固体的质量，最后对各种固体的质量进行加和，即可得到滤饼的总质量M。
(5)悬浮液中各项物质的反应动力学
MBR反应器悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌等固体成份的浓度和滤饼质量有着直接的关系。固体成分的浓度除了因清洗带入反应器而导致增加以外，还因为彼此间存在的生化反应而导致变化，并受到溶解氧、溶解性有机物、氨氮和硝态氮等溶解性成份的影响。本发明建立了因生化反应引起的各物质浓度净变化率的数学模型，以描述MBR反应器中所有涉及到的物质物料平衡，作为计算滤饼质量和膜通量的必要条件。
(6)膜通量的预测
本发明在计算滤饼质量M的基础上，实现对膜通量J的预测：
膜通量J是滤饼质量M的函数，预测膜通量的实质就是对滤饼质量的模拟。
计算滤饼质量时用到的过膜流量Qf，仍然是滤饼质量的函数：Qf＝JAm。
(7)膜生物反应器的工艺仿真平台
本发明针对膜生物反应器工艺建立数学模型，并结合相应的仿真软件，作为膜生物反应器的工艺仿真平台。工艺仿真平台的核心是内嵌的膜通量预测模型。将采集自在线仪表的进水流量、进水有机物浓度、进水氨氮和硝态氮浓度、空气流量、反冲洗流量等信号作为仿真平台的输入，通过模型的运算获得实时仿真结果，即作为膜通量的预测值。
经验证，本发明对膜通量、过膜流量及滤饼质量的预测结果和实测结果的趋势一致，能够较理想地趋近现场的真实运行状况。因此，本发明可实时了解膜污染的程度，预测膜清洗的效果，有助于膜污染的防治。
本发明的有益效果：
膜通量是MBR反应器工艺中的一项重要运行参数，直接关系到出水的稳定与达标。随着MBR反应器的运行，污水中越来越多的固体物质被膜组件截留，导致膜通量降低，在膜表面堆积形成滤饼，造成了膜污染，影响MBR反应器工艺的处理效果。因此需要对膜组件进行清洗，减少滤饼产生，以维持MBR反应器工艺的正常运行。
如果结合进水及运行条件来在线预测膜通量，就可以实时了解膜污染的程度，从而决定是否要开始清洗；而在清洗的同时可以通过膜通量的变化预测膜清洗的效果。对膜通量的预测将非常有助于膜污染的防治，提高MBR工艺的运行水平。
本发明基于仿真技术，在建立MBR反应器工艺模型的基础之上，以在线采集的进水数据和运行数据作为模型输入值，对膜组件表面产生的滤饼质量及其清洗效果进行模拟，实现对膜通量的在线预测，为膜污染的防治、优化膜清洗的时间和频次提供参考。
附图说明
图1为本发明实施例MBR反应池中膜通量的预测结果示意图。
图2为本发明实施例MBR反应池中过膜流量预测结果和实测计量结果的对照。
图3为本发明实施例MBR反应池中滤饼质量预测结果和实测计量结果的对照。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本实施例以一个持续进水的MBR反应池为模拟对象，反应池容积60m3，进水量500m3/h。过膜压力维持在10kPa，膜组件表面积2000m3。膜表面有100m3/h的错流空气通过，反冲洗流量75m3/h。在线进水流量、空气流量作为输入值，预测膜通量、过膜流量和滤饼产量随时间的变化，并通过对过膜流量的在线计量和定期检测膜组件表面的滤饼质量，验证预测的效果。
本实施例所建立模型数学表达方法中反应动力学参数值(20℃下)参见表2，所采用的膜组件及滤饼参数取值见表3。
由于膜通量没有直接测定的方式，因此是借助过膜流量来间接验证的。模拟和检测结果的对照如图1-图3所示。
由图1-图3可知，本发明可实时在线预测到MBR反应池中膜组件上的膜通量，并且过膜流量及滤饼质量的预测结果和实测结果的趋势一致，能够较理想地趋近现场的真实运行状况。
表2
表3
| 符号 | 参数名称 | 取值 | 单位 |
| Rm | 膜组件的阻抗 | 1011 | 1/m |
| ξ | 滤饼层的孔隙率 | 15 | ％ |
| δP | 滤饼颗粒平均直径 | 0.000001 | m |
| ρP | 干滤饼的固体密度 | 1020000 | g/m3 |
| Rfmax | 膜组件的最大堵塞阻力 | 1012 | 1/m |
| k | 膜组件的结垢速率常数 | 0.005 | 1/d |
| α | 膜组件的固体截留率 | 99.9 | ％ |
| AirRate | 气洗去除率 | 200000 | g/m3 |
| bwRate | 反冲洗去除率 | 100 | g/m3 |
Claims (7)
1.一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其包括：
1)建立膜生物反应器工艺中膜组件的膜通量模型；
2)将所述膜通量模型嵌入膜生物反应器工艺的仿真平台；
3)将在线采集进水数据和运行数据，作为向所述仿真平台的输入值，根据所述膜通量模型获得膜通量预测结果；
膜通量模型的数学表达式如下：
式中：
J为膜组件的膜通量，单位m3/m2.d；
ΔP为过膜压力，单位kPa；
Am为膜组件的表面积，单位m2；
μ为水的粘度，单位Pa.d；
Rm为膜组件的阻抗，单位1/m；
ξ为滤饼层的孔隙率，单位％；
δP为滤饼颗粒平均直径，单位m；
ρP为干滤饼的固体密度，单位g/m3；
M为膜组件上的滤饼质量，单位g；
Rfmax为最大堵塞阻力，单位1/m；
k是结垢速率常数，单位1/d；
T是运行时间，单位d。
2.根据权利要求1所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，在膜污染的情况下，建立膜组件上的滤饼质量M的数学模型：
(1)MBR反应器膜组件上的滤饼中各种固体成分的质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
Qf是过膜流量，单位m3/d，过膜流量按下列公式计算：
(2)MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率表达式
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
和分别是悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度净变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3；硝态氮的浓度单位gN/m3；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3；硝态氮的浓度单位gN/m3；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度净变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度净变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d，表述为：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
SCOD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m3；SNH：氨态氮的浓度，单位gN/m3；
SNO：硝态氮的浓度，单位gN/m3；SO：溶解氧的浓度，单位gO2/m3；
XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
XH：异养菌的浓度，单位gCOD/m3；
XA：自养菌的浓度，单位gCOD/m3；
μH：异养菌最大比生长速率，单位h-1；
μA：自养菌最大比生长速率，单位h-1；
KS：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m3；
bH：异养菌比衰减速率，单位h-1；
KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m3；
ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；
KH：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；
KX：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；
ηh：缺氧状态水解修正系数；
KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m3；
bA：自养菌比衰减速率，单位h-1；
YH：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；
YA：自养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g被氧化的N；
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，即获取这段时间内滤饼上各种固体成分的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；
溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3)；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
T表示从计时时刻开始的运行时间；
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH、MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
3.根据权利要求1所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，在膜污染和空气错流清洗的情况下，建立膜组件上的滤饼质量M的数学模型：
(1)MBR反应器膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；α是膜组件的固体截留率，单位％；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Qf是过膜流量，单位m3/d，过膜流量Qf按下列方式计算：
式中，Am是膜组件的总表面积，单位m2；
(2)MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率表达式
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
和分别是悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度净变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的变化率，单位均为gN/m3.d；硝态氮浓度的变化率，单位均为gN/m3.d，表述为：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
SCOD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
SNH：氨态氮的浓度，单位gN/m3；
SNO：硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO：溶解氧的浓度，单位gO2/m3；
XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
XH：异养菌的浓度，单位gCOD/m3；
XA：自养菌的浓度，单位gCOD/m3；
μH：异养菌最大比生长速率，单位h-1；
μA：自养菌最大比生长速率，单位h-1；
KS：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m3；
bH：异养菌比衰减速率，单位h-1；
KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m3；
ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；KH：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；
KX：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；
ηh：缺氧状态水解修正系数；
KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m3；
bA：自养菌比衰减速率，单位h-1；
YH：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；
YA：自养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g被氧化的N；
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
式中，MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位gN/m3；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
T表示从计时时刻开始的运行时间；
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
4.根据权利要求1所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，在膜污染和反冲洗清洗的情况下，建立膜组件上的滤饼质量M的数学模型。
(1)MBR反应器膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
Qf是过膜流量，单位m3/d，过膜流量按下列方式计算：
式中，Am是膜组件的总表面积，单位m2；
(2)MBR反应器悬浮液中各物质浓度的净变化率表达式
MBR反应器悬浮液中各固体成分浓度的净变化率的数学表：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
和分别是MBR反应器悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度净变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位均为gN/m3；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位均为gN/m3；硝态氮的浓度，单位gN/m3；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的变化率，单位gN/m3.d，表述为：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
SCOD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
SNH：氨态氮的浓度，单位gN/m3；
SNO：硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO：溶解氧的浓度，单位gO2/m3；
XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
XH：异养菌的浓度，单位gCOD/m3；
XA：自养菌的浓度，单位gCOD/m3；
μH：异养菌最大比生长速率，单位h-1；
μA：自养菌最大比生长速率，单位h-1；
KS：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m3；
bH：异养菌比衰减速率，单位h-1；
KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m3；
ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；
KH：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；
KX：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；
ηh：缺氧状态水解修正系数；
KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m3；
bA：自养菌比衰减速率，单位h-1；
YH：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；
YA：自养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g被氧化的N；
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时间；
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
5.根据权利要求1所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，在膜污染、截面空气错流和反冲洗清洗的情况下，建立膜组件上的滤饼质量M的数学模型：
(1)膜组件上滤饼中各固体成分质量净变化率的数学表达式如下：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
式中：
分别是滤饼上颗粒性有机物、异养菌和自养菌的质量净变化率，单位g/d；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
α是膜组件的固体截留率，单位％；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；
bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
Qf是过膜流量，单位m3/d，过膜流量按下列方式计算：
(2)MBR反应器悬浮液中各成分浓度的净变化率的数学表达式
MBR反应器悬浮液中固体成分浓度的净变化率：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
MBR反应器悬浮液中各溶解性成份浓度的净变化率：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
和分别是MBR反应器悬浮液中颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度的净变化率，单位gCOD/m3.d；
Qin、Qout分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m3/d；
XCOD,in、XH,in和XA,in分别是进入MBR反应器的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
和分别是悬浮液中溶解氧浓度净变化率，单位gO2/m3.d；溶解性有机物浓度净变化率，单位gCOD/m3.d；氨氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；硝态氮浓度的净变化率，单位gN/m3.d；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位均为gN/m3；硝态氮的浓度，单位均为gN/m3；
SO,in、SCOD,in、SNH,in和SNO,in分别是进入MBR反应器的溶解氧浓度，单位gO2/m3；溶解性有机物的浓度，单位gCODm3；氨氮的浓度，单位均为gN/m3；硝态氮的浓度，单位均为gN/m3；
V是MBR反应器的容积，单位m3；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
Am是膜组件的总表面积，单位m2；
crossAir是空气流量，单位m3/d；
AirRate是单位气量去除的固体质量，即气洗去除率，g/m3；
Qbw是反冲洗流量，单位m3/d；bwRate是反冲洗去除率，g/m3；
和分别是颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度因生化反应动力学引起的变化率，单位gCOD/m3.d，表述为：
颗粒性有机物：
异养菌：
自养菌：
分别是悬浮液中因生化反应动力学引起的溶解氧浓度变化率(单位gO2/m3.d)、溶解性有机物浓度变化率(单位gCOD/m3.d)、氨氮和硝态氮浓度的变化率(单位均为gN/m3.d)，表述为：
溶解氧：
溶解性有机物：
氨氮：
硝态氮：
式中：
SCOD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
SNH：氨态氮的浓度，单位gN/m3；
SNO：硝态氮的浓度，单位gN/m3；
SO：溶解氧的浓度，单位gO2/m3；
XCOD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m3；
XH：异养菌的浓度，单位gCOD/m3；
XA：自养菌的浓度，单位gCOD/m3；
μH：异养菌最大比生长速率，单位h-1；
μA：自养菌最大比生长速率，单位h-1；
KS：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m3；
bH：异养菌比衰减速率，单位h-1；
KOH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m3；
ηg：异养菌缺氧状态生长修正系数；
KH：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；
KX：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；
ηh：缺氧状态水解修正系数；
KOA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO2/m3；
KNH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m3；
bA：自养菌比衰减速率，单位h-1；
YH：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；
YA：自养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g被氧化的N；
对滤饼上每种固体成份的质量净变化率和悬浮液中每种成份的浓度净变化率联立后得到的微分方程组进行数值求解，得到滤饼上每种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA：
MXCOD、MXH和MXA分别是滤饼中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌质量，单位g；
XCOD、XH和XA分别是MBR反应器悬浮液中的颗粒性有机物、异养菌和自养菌浓度，单位gCOD/m3；
SO、SCOD、SNH和SNO分别是MBR反应器悬浮液中的溶解氧浓度(单位gO2/m3)、溶解性有机物的浓度(单位gCODm3)，氨氮和硝态氮的浓度(单位均为gN/m3)；
T表示从计时时刻开始的运行时；
对所求得的滤饼上各种固体成份的质量MXCOD、MXH和MXA进行加和，即得到滤饼的总质量：
6.根据权利要求2-5所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，所建立模型数学表达方法中涉及的反应动力学参数取值范围如下：
7.根据权利要求1所述的膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法，其特征在于，所述进水数据包括进水流量、进水中颗粒有机物浓度、进水中异养菌浓度、进水中自养菌浓度、进水中溶解性有机物浓度、进水中氨氮浓度、进水中硝态氮浓度；所述运行数据包括空气流量、反冲洗流量。
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