一種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，用于定量描述污水中磷的去除過(guò)程。該方法包括：建立起原水的磷濃度、除磷藥劑投加量和余磷濃度的數(shù)學(xué)模型，給出多種除磷工況下各參數(shù)之間關(guān)系的表達(dá)式；將所述數(shù)學(xué)模型嵌入污水處理工藝的仿真平臺(tái)，使化學(xué)除磷模型成為一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算模塊，定量計(jì)算出化學(xué)除磷過(guò)程中磷去除量等相應(yīng)結(jié)果；向所述仿真平臺(tái)中輸入進(jìn)水流量、投加的除磷藥劑的數(shù)量和種類(lèi)等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)模擬獲得相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明能夠?qū)瘜W(xué)除磷的過(guò)程進(jìn)行定量描述，且能直觀(guān)地顯示出投加的除磷藥劑的量及種類(lèi)對(duì)化學(xué)除磷過(guò)程產(chǎn)生的相應(yīng)除磷結(jié)果，同時(shí)還可對(duì)化學(xué)除磷的過(guò)程控制及相關(guān)工藝仿真、建模起到積極的輔助和推動(dòng)作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種通過(guò)建立化學(xué)除磷的數(shù)學(xué)模型并 將該模型嵌入污水處理仿真軟件中模擬化學(xué)除磷過(guò)程的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 水體的富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)所面臨的最具挑戰(zhàn)性的水環(huán)境問(wèn)題之一。近年來(lái) 隨著城市化進(jìn)程的加劇和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多未經(jīng)充分處理的污水被排入江河湖海， 其中氮、磷這兩種植物營(yíng)養(yǎng)元素是導(dǎo)致水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的元兇，時(shí)常引發(fā)赤潮、水華等生 態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重危及水環(huán)境和用水安全。因此對(duì)污水中氮、磷元素的去除，已經(jīng)成為城市污水 處理廠(chǎng)必備的基本功能之一。
[0003] 城市污水處理廠(chǎng)采取的主流除磷方法有三種：生物除磷、化學(xué)除磷和化學(xué)輔助生 物除磷。生物除磷法是基于常規(guī)的活性污泥法等生化工藝開(kāi)發(fā)的，在曝氣池以外設(shè)置缺氧 和厭氧環(huán)境，給聚磷菌創(chuàng)造生長(zhǎng)環(huán)境使之成為優(yōu)勢(shì)菌種，配合活性污泥中的其它微生物，將 污水中可溶性的磷酸鹽轉(zhuǎn)化成顆粒態(tài)的磷，富集到污泥中來(lái)，最后通過(guò)含磷污泥的排放實(shí) 現(xiàn)磷元素的去除。化學(xué)除磷則是基于化學(xué)沉淀，通過(guò)將鋁鹽、鐵鹽、石灰等化學(xué)藥劑投加到 含磷污水中，使之與溶解性的磷酸鹽反應(yīng)生成顆粒態(tài)的磷化合物沉淀下來(lái)，從污水中得以 去除。
[0004] 單一地采用生物除磷或化學(xué)除磷，會(huì)存在處理效果不夠理想或者藥劑投加量偏大 導(dǎo)致處理成本升高等問(wèn)題，因此比較理想的處理工藝是兩者的結(jié)合，即用化學(xué)法輔助生物 除磷，以期通過(guò)相對(duì)較少的投藥量來(lái)獲得較理想的水質(zhì)。通常選擇在生物工藝流程某個(gè)位 置處投加化學(xué)藥劑（如二沉池進(jìn)水口、缺氧池前端），強(qiáng)化磷的去除效果。
[0005] 對(duì)于涉及化學(xué)除磷的污水處理工藝來(lái)說(shuō)，能定量地描述磷的去除過(guò)程，顯得尤為 重要。因?yàn)閷?duì)于污水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，進(jìn)水的水量、水質(zhì)是隨時(shí)變化的，而磷的去除過(guò)程想要得到控 制以期取得滿(mǎn)意的效果，勢(shì)必要設(shè)法控制和調(diào)整加藥量來(lái)適應(yīng)進(jìn)水中磷的變化，避免加藥 過(guò)量或不足給出水水質(zhì)、運(yùn)行成本等帶來(lái)負(fù)面影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，能 夠根據(jù)各種進(jìn)水條件及工藝運(yùn)行參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)化學(xué)除磷工藝的處理效能、分析化學(xué)除磷工藝 運(yùn)行狀況。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：
[0008] -種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，用于定量描述污水中磷的去除過(guò)程，包括：
[0009] S1，建立化學(xué)除磷的數(shù)學(xué)模型；
[0010] S2,將所述數(shù)學(xué)模型嵌入污水處理工藝的仿真平臺(tái)；
[0011] S3,向所述仿真平臺(tái)中輸入相關(guān)參數(shù)，根據(jù)相關(guān)參數(shù)模擬獲得相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果。
[0012] 優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)模型基于莫諾模式的飽和函數(shù)的形式描述。
[0013] 優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)模型包括磷酸鹽、可溶性有機(jī)物均未反應(yīng)完全；磷酸鹽未反應(yīng)完 全，可溶性有機(jī)物未反應(yīng)完全及磷酸鹽、可溶性有機(jī)物均反應(yīng)完全的除磷工況下的數(shù)學(xué)模 型。
[0014] 優(yōu)選地，不同的除磷工況對(duì)應(yīng)不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
[0015] 優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)模型通過(guò)數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果包括磷酸鹽的去除量、可溶 性有機(jī)物Si絮凝量、可溶性有機(jī)物Ss絮凝量、顆粒性有機(jī)物Xi生成量、顆粒性有機(jī)物Xs 生成量、金屬氫氧化物產(chǎn)生量及金屬磷酸鹽產(chǎn)生量。
[0016] 優(yōu)選地，磷酸鹽、可溶性有機(jī)物均未反應(yīng)完全的工況下磷酸鹽的去除量的表達(dá)式 為：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，用于定量描述污水中磷的去除過(guò)程，其特征在于，包 括： S1，建立化學(xué)除磷的數(shù)學(xué)模型； 52, 將所述數(shù)學(xué)模型嵌入污水處理工藝的仿真平臺(tái)； 53, 向所述仿真平臺(tái)中輸入相關(guān)參數(shù)，根據(jù)相關(guān)參數(shù)模擬獲得相應(yīng)的預(yù)測(cè)結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型基于 莫諾模式的飽和函數(shù)的形式描述。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型包括： 磷酸鹽和可溶性有機(jī)物均未反應(yīng)完全，磷酸鹽未反應(yīng)完全，可溶性有機(jī)物未反應(yīng)完全及磷 酸鹽、可溶性有機(jī)物均反應(yīng)完全的除磷工況下的數(shù)學(xué)模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，不同的除磷工況對(duì) 應(yīng)不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型通過(guò) 數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算出的結(jié)果包括磷酸鹽的去除量、可溶性有機(jī)物Si絮凝量、可溶性有機(jī)物Ss 絮凝量、顆粒性有機(jī)物Xi生成量、顆粒性有機(jī)物Xs生成量、金屬氫氧化物產(chǎn)生量及金屬磷 酸鹽產(chǎn)生量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，磷酸鹽和可溶性有 機(jī)物均未反應(yīng)完全的工況下磷酸鹽的去除量的表達(dá)式為：
式中，Premoval :去除的磷酸鹽濃度，gP/m3 ;Me :加藥劑以后水中金屬鹽的濃度，g/m3 ; MestoSp :磷沉淀的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gP/gMe ;P0 :水中原有的磷酸鹽的濃度，gP/m3 ;Kp :磷沉 淀的半飽和系數(shù)，gP/m3 ;Ki :可溶性有機(jī)物Si絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;SiO :水中原有 惰性有機(jī)物Si的濃度，gCOD/m3 ;Ks :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;SsO :水 中原有可發(fā)酵有機(jī)物Ss的濃度，gCOD/m3 ; 可溶性有機(jī)物Si絮凝量的表達(dá)式為：
式中，Λ Si :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Si，gCOD/m3 ;st〇Si :可溶性有機(jī)物Si絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 可溶性有機(jī)物Ss絮凝量的表達(dá)式為：
式中，Λ Ss :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Ss，gCOD/m3;st〇Ss :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 顆粒性有機(jī)物Xi生成量的表達(dá)式為： Δ Xi = Δ Si 式中，Λ Xi :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xi，gCOD/m3 ; 顆粒性有機(jī)物Xs生成量的表達(dá)式為： Δ Xs = Δ Ss ； 式中，Λ Xs :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xs，gCOD/m3 ; 金屬氫氧化物產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeOH :生成的金屬氫氧化物沉淀濃度，g/m3 ;MestoOh :金屬氫氧化物的化學(xué)計(jì)量 系數(shù)，g/gMe ; 金屬磷酸鹽產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeP :生成的金屬磷酸鹽沉淀濃度，g/m3 ;P是磷的分子量，MeP04是和除磷藥劑對(duì) 應(yīng)的金屬磷酸鹽的分子量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，磷酸鹽未反應(yīng)完全 的工況下磷酸鹽的去除量的表達(dá)式為：
式中，Premoval :去除的磷酸鹽濃度，gP/m3 ;Me :加藥劑以后水中金屬鹽的濃度，g/m3 ; MestoSp :磷沉淀的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gP/gMe ;P0 :水中原有的磷酸鹽的濃度，gP/m3 ;Kp :磷沉 淀的半飽和系數(shù)，gP/m3 ;Ki :可溶性有機(jī)物Si絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;SiO :水中原有 惰性有機(jī)物Si的濃度，gCOD/m3 ;Ks :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;SsO :水 中原有可發(fā)酵有機(jī)物Ss的濃度，gCOD/m3 ; 可溶性有機(jī)物Si絮凝量的表達(dá)式為： Δ Si = Si(l 式中，Λ Si :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Si，gCOD/m3 ; 可溶性有機(jī)物Ss絮凝量的表達(dá)式為： Λ Ss = Sso 式中，Λ Ss :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Ss，gCOD/m3 ; 顆粒性有機(jī)物Xi生成量的表達(dá)式為：
式中，Λ Xi :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xi，gCOD/m3 ;stoSi :可溶性有機(jī)物Si絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 顆粒性有機(jī)物Xs生成量的表達(dá)式為：
式中，Λ Xs :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xs，gCOD/m3;st〇Ss :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 金屬氫氧化物產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeOH :生成的金屬氫氧化物沉淀濃度，g/m3 ;MestoOh :金屬氫氧化物的化學(xué)計(jì)量 系數(shù)，g/gMe ; 金屬磷酸鹽產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeP :生成的金屬磷酸鹽沉淀濃度，g/m3 ;P是磷的分子量，MeP04是和除磷藥劑對(duì) 應(yīng)的金屬磷酸鹽的分子量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，可溶性有機(jī)物未反 應(yīng)完全工況下磷酸鹽的去除量的表達(dá)式為： Premoval = P0 式中，Premoval :去除的磷酸鹽濃度，gP/m3 ;P0 :水中原有的磷酸鹽的濃度，gP/m3 ; 可溶性有機(jī)物Si絮凝量的表達(dá)式為：
式中，Λ Si :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Si，gCOD/m3 ;Me :加藥劑以后水中金屬鹽的 濃度，g/m3 ;st〇Si :可溶性有機(jī)物Si絮凝的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ;SiO :水中原有惰性有 機(jī)物Si的濃度，gCOD/m3 ;Ki :可溶性有機(jī)物Si絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;Kp :磷沉淀的 半飽和系數(shù)，gP/m3 ;Ks :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;SsO :水中原有可發(fā) 酵有機(jī)物Ss的濃度，gCOD/m3 ; 可溶性有機(jī)物Ss絮凝量的表達(dá)式為：
式中，Λ Ss :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Ss，gCOD/m3;st〇Ss :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 顆粒性有機(jī)物Xi生成量的表達(dá)式為： Δ Xi = Δ Si 式中，Λ Xi :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xi，gCOD/m3 ; 顆粒性有機(jī)物Xs生成量的表達(dá)式為： Δ Xs = Δ Ss 式中，Λ Xs :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xs，gCOD/m3 ; 金屬氫氧化物產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeOH :生成的金屬氫氧化物沉淀濃度，g/m3 ;MestoSp :磷沉淀的化學(xué)計(jì)量系數(shù)， gP/gMe ;MestoOh :金屬氫氧化物的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，g/gMe ; 金屬磷酸鹽產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeP :生成的金屬磷酸鹽沉淀濃度，g/m3 ;P是磷的分子量，MeP04是和除磷藥劑對(duì) 應(yīng)的金屬磷酸鹽的分子量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，磷酸鹽、可溶性有機(jī) 物均反應(yīng)完全的工況下磷酸鹽的去除量的表達(dá)式為： Premoval = P0 式中，Premoval :去除的磷酸鹽濃度，gP/m3 ;P0 :水中原有的磷酸鹽的濃度，gP/m3 ; 可溶性有機(jī)物Si絮凝量的表達(dá)式為： Λ Si = Si0 式中，Λ Si :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Si，gCOD/m3 ;SiO :水中原有惰性有機(jī)物Si 的濃度，gCOD/m3 ; 可溶性有機(jī)物Si絮凝量的表達(dá)式為： Λ Ss = Sso 式中，Λ Ss :絮凝作用消耗的可溶性有機(jī)物Ss，gCOD/m3 ;SsO :水中原有可發(fā)酵有機(jī)物 Ss 的濃度，gCOD/m3 ; 顆粒性有機(jī)物Xi生成量的表達(dá)式為：
式中，Λ Xi :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xi，gCOD/m3 ;Me :加藥劑以后水中金屬鹽的 濃度，g/m3 ;st〇Si :可溶性有機(jī)物Si絮凝的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ;Ki :可溶性有機(jī)物Si 絮凝的半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ;Kp :磷沉淀的半飽和系數(shù)，gP/m3 ;Ks :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝的 半飽和系數(shù)，gCOD/m3 ; 顆粒性有機(jī)物Xs生成量的表達(dá)式為：
式中，Λ Xs :絮凝作用產(chǎn)生的顆粒性有機(jī)物Xs，gCOD/m3;st〇Ss :可發(fā)酵有機(jī)物Ss絮凝 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，gCOD/gMe ; 金屬氫氧化物產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeOH :生成的金屬氫氧化物沉淀濃度，g/m3 ;MestoSp :磷沉淀的化學(xué)計(jì)量系數(shù)， gP/gMe ;MestoOh :金屬氫氧化物的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，g/gMe ; 金屬磷酸鹽產(chǎn)生量的表達(dá)式為：
式中，MeP :生成的金屬磷酸鹽沉淀濃度，g/m3 ;P是磷的分子量，MeP04是和除磷藥劑對(duì) 應(yīng)的金屬磷酸鹽的分子量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)除磷過(guò)程的模擬方法，其特征在于，所述相關(guān)輸入?yún)?shù) 包括進(jìn)水流量、進(jìn)水的磷含量、投加的除磷藥劑的數(shù)量和種類(lèi)。
【文檔編號(hào)】C02F1/52GK104050326SQ201410283143
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】胡曉東, 范岳峰 申請(qǐng)人:上海昊滄系統(tǒng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司