CN113130011A - 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统 - Google Patents

一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113130011A
CN113130011A CN202110490924.4A CN202110490924A CN113130011A CN 113130011 A CN113130011 A CN 113130011A CN 202110490924 A CN202110490924 A CN 202110490924A CN 113130011 A CN113130011 A CN 113130011A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cfx
model
sewage treatment
sewage
activated sludge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110490924.4A
Other languages
English (en)
Inventor
陈克玲
万斌
孙冬
刘赛
田环宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CITIC Qingshui Rujiang Wuhan Investment and Construction Co Ltd
Original Assignee
CITIC Qingshui Rujiang Wuhan Investment and Construction Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CITIC Qingshui Rujiang Wuhan Investment and Construction Co Ltd filed Critical CITIC Qingshui Rujiang Wuhan Investment and Construction Co Ltd
Priority to CN202110490924.4A priority Critical patent/CN113130011A/zh
Publication of CN113130011A publication Critical patent/CN113130011A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C10/00—Computational theoretical chemistry, i.e. ICT specially adapted for theoretical aspects of quantum chemistry, molecular mechanics, molecular dynamics or the like
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/10—Analysis or design of chemical reactions, syntheses or processes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Activated Sludge Processes (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

本发明涉及污水净化处理技术领域，为一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统，包括S1，将ASM中的原始参数及原始子模型均植入到CFX中得到污水处理的CFX计算模型；S2，将污水生化池三维模型划分网格导入CFX计算模型进行计算，计算不同参数因子对处理效果的影响。通过将ASM完整嵌入到CFX中，实现了污水处理详细的全面的运算，对污水处理设计有很强的指导意义，包括生化池里面部件的布置、精确曝气控制、精确碳源投加、混合液和污泥回流控制等；对于解决现有城市污水处理厂运行中所面临的成本高、能耗高等问题具有现实意义，对于老污水厂的运营、新建污水处理厂的优化设计也将具有重要指导意义。

Description

一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统
技术领域
本发明涉及污水净化处理技术领域，具体涉及一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统。
背景技术
目前的污水处理模拟方式如流体力学仿真CFX大多数局限于一维和二维的运算，只能计算构筑物进出水参数，不能计算生化池内部的情况，不能明确表征生化反应进行阶段；少数的三维模拟软件只能简单的耦合少数的参数，不能对污水生化处理做到系统的完整的运算；污水处理厂只是根据经验来设计，相当一部分工艺存在着高能耗问题，如：曝气量过大，一方面导致高能耗，另一方面导致缺氧区或厌氧区工作失常，工艺脱氮除磷效率下降，减排效果不好；构筑物之间高程设计、曝气头安放的深度、推流器摆放的角度和位置不合理，导致提升泵功率、风机功率过大，能源浪费；此外，还存在因缺乏对工艺全流程水力条件的模拟研究，导致曝气与搅拌设备的设计及配置不合理等的问题。
发明内容
本发明提供了一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统，解决了以上所述的污水处理厂只是根据经验来设计导致部分工艺存在着高能耗的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，包括以下步骤：
S1，将ASM中的原始参数及原始子模型均植入到CFX中得到污水处理的CFX计算模型；
S2，将污水生化池三维模型划分网格导入CFX计算模型进行计算，计算不同参数因子对处理效果的影响。
可选的，所述参数因子包括曝气量、碳源投加、混合液回流和污泥回流。
可选的，所述原始参数包括反应物质、反应公式以及动力参数；
所述原始子模型包括氧气渗透模型、颗粒污泥沉降动力学模型以及气泡引起的紊流模型。
可选的，按照先后顺序依次导入氧气渗透模型、颗粒污泥沉降动力学模型以及气泡引起的紊流模型至CFX计算模型中。
可选的，所述污水生化池三维模型采用采用Solidworks、Spaceclaim或Autodesk构建。
可选的，所述S2之后还包括：
S3，改变构筑物之间高程设计及生化池部件布置的方式，计算污水处理效果和能耗。
可选的，所述生化池部件布置包括曝气头安放的深度、推流器摆放的角度和位置。
本发明提供了一种用于实施所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水方法的系统，包括CFX处理模块及ASM，所述ASM包括用于处理污水的原始参数及原始子模型，所述CFX用于将所述原始参数、原始子模型及污水生化池三维模型分别导入并进行计算仿真分析。
有益效果：本发明提供了一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统，包括S1，将ASM中的原始参数及原始子模型均植入到CFX中得到污水处理的CFX计算模型；S2，将污水生化池三维模型划分网格导入CFX计算模型进行计算，计算不同参数因子对处理效果的影响。通过将ASM完整嵌入到CFX中，实现了污水处理详细的全面的运算，对污水处理设计有很强的指导意义，包括生化池里面部件的布置、精确曝气控制、精确碳源投加、混合液和污泥回流控制等；对于解决现有城市污水处理厂运行中所面临的成本高、能耗高等问题具有现实意义，对于老污水厂的运营、新建污水处理厂的优化设计也将具有重要指导意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法及系统，包括S1，将ASM中的原始参数及原始子模型均植入到CFX中得到污水处理的CFX计算模型；S2，将污水生化池三维模型划分网格导入CFX计算模型进行计算，计算不同参数因子对处理效果的影响。通过将ASM完整嵌入到CFX中，实现了污水处理详细的全面的运算，对污水处理设计有很强的指导意义，包括生化池里面部件的布置、精确曝气控制、精确碳源投加、混合液和污泥回流控制等；对于解决现有城市污水处理厂运行中所面临的成本高、能耗高等问题具有现实意义，对于老污水厂的运营、新建污水处理厂的优化设计也将具有重要指导意义。
具体为将ASM中的所有反应物和产物、公式以及动力参数、氧气渗透模型、颗粒污泥沉降动力学模型、气泡引起的紊流模型植入到CFX中得到污水处理三维数字计算模型，将设计好的污水生化池三维模型划分网格导入CFX进行计算，计算不同的曝气量、碳源投加、混合液回流和污泥回流等对处理效果的影响；改变构筑物之间高程设计、曝气头安放的深度、推流器摆放的角度和位置，计算污水处理效果和能耗。
以往的污水处理模拟软件只是一维和二维的运算，即使是三维的也只能计算少数的几个参数，不能全面的计算ASM所有的参数。CFX是一种实用流体工程分析工具，用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。通过将ASM(Active Sludge Model)(活性污泥模型)完整嵌入到CFX中，实现了污水处理详细的全面的运算，对污水处理设计有很强的指导意义，包括生化池里面部件的布置、精确曝气控制、精确碳源投加、混合液和污泥回流控制等；对于解决现有城市污水处理厂运行中所面临的成本高、能耗高等问题具有现实意义，对于老污水厂的运营、新建污水处理厂的优化设计也将具有重要指导意义。
具体方法包括：
1、将ASM参数(XB，H，XB，A，SS，SI，XS，XI，SNO，SNH，SO，SND，XND，XAlK，XP)植入到CFX中。ASM参数包括了原始参数。
2、将ASM公式植入到CFX中，公式如下：
Figure BDA0003052032670000051
Figure BDA0003052032670000052
Figure BDA0003052032670000053
XB，H→(1-fP)·XS+fP·XP+(iXB-fP·ixp)·XND
XB，A→(1-fP)·XS+fP·XP+(iXB-fP·ixp)·XND
SND→SNH
XS→SS
XND→SND
3、将ASM反应的动力参数(μH，bH，KS，KO,H，KNO，μA，bA，KO,A，KNH，ηg，Kg，Kb，Kx，ηh)植入到CFX中；
4、为了计算生化池曝气充氧过程，将(赫格比1935)溶质渗透模型植入到CFX中；
5、为了计算生化池曝气充氧过程，将(赫格比1935)溶质渗透模型植入到CFX中；
6、为了更真实的反应生化池的紊流情况，将气泡引起的紊流模型植入到CFX中；
7、通过1-6参数、公式和模型的植入得到污水处理的CFX计算模型；
8、设计污水处理厂的三维模型，可采用Solidworks、Spaceclaim、Autodesk等；
9、将污水处理厂的三维模型进行网格划分，导入到CFX中进行运算；
10、对模拟运算结果分析，计算不同的曝气量、碳源投加、混合液回流和污泥回流等对处理效果的影响；改变构筑物之间高程设计、曝气头安放的深度、推流器摆放的角度和位置，污水处理效果和能耗分析。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将ASM中的原始参数及原始子模型均植入到CFX中得到污水处理的CFX计算模型；
S2，将污水生化池三维模型划分网格导入CFX计算模型进行计算，计算不同参数因子对处理效果的影响。
2.根据权利要求1所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，所述参数因子包括曝气量、碳源投加、混合液回流和污泥回流。
3.根据权利要求1所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，所述原始参数包括反应物质、反应公式以及动力参数；
所述原始子模型包括氧气渗透模型、颗粒污泥沉降动力学模型以及气泡引起的紊流模型。
4.根据权利要求3所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，按照先后顺序依次导入氧气渗透模型、颗粒污泥沉降动力学模型以及气泡引起的紊流模型至CFX计算模型中。
5.根据权利要求1所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，所述污水生化池三维模型采用采用Solidworks、Spaceclaim或Autodesk构建。
6.根据权利要求1所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，所述S2之后还包括：
S3，改变构筑物之间高程设计及生化池部件布置的方式，计算污水处理效果和能耗。
7.根据权利要求6所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水处理方法，其特征在于，所述生化池部件布置包括曝气头安放的深度、推流器摆放的角度和位置。
8.一种用于实施如权利要求1至7任一项所述的基于活性污泥模型与CFX融合的污水方法的系统，包括CFX处理模块及ASM，其特征在于，所述ASM包括用于处理污水的原始参数及原始子模型，所述CFX用于将所述原始参数、原始子模型及污水生化池三维模型分别导入并进行计算仿真分析。
CN202110490924.4A 2021-05-06 2021-05-06 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统 Pending CN113130011A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110490924.4A CN113130011A (zh) 2021-05-06 2021-05-06 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110490924.4A CN113130011A (zh) 2021-05-06 2021-05-06 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113130011A true CN113130011A (zh) 2021-07-16

Family

ID=76781152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110490924.4A Pending CN113130011A (zh) 2021-05-06 2021-05-06 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113130011A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103043784A (zh) * 2013-01-25 2013-04-17 北京大学 一种活性污泥污水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法
CN105967466A (zh) * 2016-07-26 2016-09-28 聂林章 一种利用太阳能的农村污水处理系统
CN110790381A (zh) * 2019-11-28 2020-02-14 北京协同创新智慧水务有限公司 一种基于aao污水处理工艺的全流程智能控制系统
CN111180015A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 上海坤工环境科技有限公司 基于三维一体化模型污水处理厂虚拟现实的管理控制方法
CN111222253A (zh) * 2020-01-20 2020-06-02 中国科学院生态环境研究中心 Cfd-asm耦合模拟模型、其建立方法及污水处理系统优化方法
US20200361144A1 (en) * 2016-09-22 2020-11-19 Freshmade 3D, LLC Process for Strengthening Porous 3D Printed Objects

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103043784A (zh) * 2013-01-25 2013-04-17 北京大学 一种活性污泥污水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法
CN105967466A (zh) * 2016-07-26 2016-09-28 聂林章 一种利用太阳能的农村污水处理系统
US20200361144A1 (en) * 2016-09-22 2020-11-19 Freshmade 3D, LLC Process for Strengthening Porous 3D Printed Objects
CN110790381A (zh) * 2019-11-28 2020-02-14 北京协同创新智慧水务有限公司 一种基于aao污水处理工艺的全流程智能控制系统
CN111180015A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 上海坤工环境科技有限公司 基于三维一体化模型污水处理厂虚拟现实的管理控制方法
CN111222253A (zh) * 2020-01-20 2020-06-02 中国科学院生态环境研究中心 Cfd-asm耦合模拟模型、其建立方法及污水处理系统优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴军等: "《村镇生活污水处理技术及管理维护》", 31 July 2019 *
李良等: "《工程流体力学》", 31 August 2016 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Descoins et al. Energy efficiency in waste water treatments plants: Optimization of activated sludge process coupled with anaerobic digestion
Lei et al. Three-dimensional three-phase model for simulation of hydrodynamics, oxygen mass transfer, carbon oxidation, nitrification and denitrification in an oxidation ditch
CN103708682B (zh) 一种耦合反硝化除磷和短程硝化的方法
Ranganathan et al. Experimental and modelling of Arthrospira platensis cultivation in open raceway ponds
Gu et al. Optimization and control strategies of aeration in WWTPs: A review
CN111222253A (zh) Cfd-asm耦合模拟模型、其建立方法及污水处理系统优化方法
Hamitlon et al. Control issues and challenges in wastewater treatment plants
CN113130011A (zh) 一种基于活性污泥模型与cfx融合的污水处理方法及系统
CN107720946A (zh) Sbr污水处理工艺中的串级控制方法
CN100338613C (zh) 水质信息计算处理装置
CN209276327U (zh) 一体化cass生物池工艺污水处理设备
CN103936237B (zh) 一种基于隐性生长及能量解偶联代谢联合的污水处理装置及其处理污水的方法
JP4180773B2 (ja) 下水を活性汚泥法により処理する下水処理場の設計支援装置
Ritschel et al. Economic optimal control of a U-loop bioreactor using simultaneous collocation-based approaches
CN201010564Y (zh) 景观水体修复生物处理装置
BR102012004750B1 (pt) Processo anaeróbio de produção de biogás com alto teor de metano por biodigestão de resíduos orgânicos e dispositivo de aceleração a este relacionado
KR20130070145A (ko) 2상 혐기소화 장치
Piotrowski et al. Comparison of algorithms for hybrid nonlinear optimization problem in biological wastewater treatment plant
CN110436608A (zh) 用于底泥余水处理设备的曝气监控方法及装置
CN103936152A (zh) 一种城市污水处理厂iceas工艺升级改造高效脱氮的方法
Vaneeckhaute et al. Modeling and Optimization of Nutrient Recovery from Wastes: Advances and Limitations
Jingqiao et al. Numerical simulation of two-phase flow in aeration tank
Rezavand et al. Integrated Numerical Simulation of Anaerobic Digestion Process Using Smoothed Particle Hydrodynamics
DEGUAN MAO JINGQIAO
Jones et al. Development and Calibration of a new model for Designing and Optimising a new Passive Aeration System for the Treatment of Municipal Wastewater

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210716