活性污泥系統(tǒng)模擬軟件

1、第九章污水處理好氧系統(tǒng)模擬軟件第一節(jié)污水處理系統(tǒng)模擬軟件研究的必要性當前，活性污泥法在污水處理領域得到了廣泛應用，形成了多種多樣的的污 水處理工藝，針對這樣一個多變量、強耦合、高度非線性、時變時滯系統(tǒng)，國內 外提出了多種數學模型，并以此加快工藝改進、優(yōu)化決策、提高污水處理設計水 平。其中，模擬有機物、氮和磷去除的活性污泥系統(tǒng)模型(activated sludge models，簡稱ASMs)系列模型是當今活性污泥系統(tǒng)模擬的主流模型。隨著有機物降解和微生物增值的數學模型的發(fā)展，采用計算機仿真技術模擬 污水處理過程得到了廣泛的應用，出現了越來越多的污水處理系統(tǒng)專業(yè)模擬仿真 軟件。國外污水處理專業(yè)仿

2、真軟件的發(fā)展相對成熟，包含的模型庫比較豐富，可 模擬的工藝過程覆蓋面廣，常用的包括ASIM、SSSP、EFOR、GPS-x、SIMBA、STOAT、 WEST、BioWin等。這些仿真模擬軟件可以通過連接單元模塊模擬污水處理工藝 過程，在實際污水處理的系統(tǒng)評估、運行管理及工藝優(yōu)化中均發(fā)揮了作用。國內 相關仿真軟件的應用和開發(fā)都相對較少，一般采用通用型仿真軟件如 Matlab/Simulink、Mathematica等研究相關模型，相比專業(yè)仿真軟件效率較低。針對新業(yè)薄片公司和煙草薄片行業(yè)工業(yè)生產廢水處理過程，國外污水處理專 業(yè)模擬軟件和通用型仿真軟件都存在一些問題。對于國外污水處理專業(yè)軟件：1.

3、 沒有中文界面與語言支持：2.價格昂貴，一般包括單獨使用費用和培訓費用，如 果進行二次開發(fā)和研究，需要另外購買版權或研究人員版本；3.新業(yè)薄片公司工 業(yè)廢水處理設施施工完成后，在較長時間內基本處理工藝流程不會改變，這意味 著商業(yè)軟件中全品類的處理模塊、工藝單元、模型結構等只能選擇其中某幾項使 用，其它功能或模塊都得不到應用，軟件無法獲得理想性價比。對于通用型仿真 軟件來講：1.仿真模型移植性差，與仿真軟件本身綁定，難以封裝到污水處理的 監(jiān)測、控制系統(tǒng)中；2.缺少可視化界面或人機交互功能，相較商業(yè)軟件良好的人 機接口而言，通用型仿真軟件多采用命令行實現，參數修改比較繁瑣。此外，由 于廢水種類、地

4、域差異、暴雨徑流和處理地地質條件等均會影響廢水的水質組分， 不同的廢水及其特定的處理工藝，有其特有的化學計量系數和動力學參數，因此 模型進水水質組分及部分模型參數的確定直接關系到模擬預測的準確程度，國外 軟件提供的模型參數并不完全適用于我國和薄片行業(yè)污水水質。所以為新業(yè)薄片公司和煙草薄片行業(yè)開發(fā)一個適合于公司現狀和薄片行業(yè) 的活性污泥系統(tǒng)模擬程序成為可能，該程序能夠實現特定污水處理工藝過程的模 擬，利用活性污泥系統(tǒng)模型等污水處理模型仿真，指導實際污水處理工程中的本 地化實踐，包括薄片生產廢水處理過程中的工藝升級、參數優(yōu)化、結果預測等功 能。此外還能夠預留控制和數據接收接口，為下一步實現污水處理

5、設施在線監(jiān)測 和控制提供接入和支持。第二節(jié)污水處理系統(tǒng)模擬軟件的技術路線選擇根據活性污泥系統(tǒng)建立的污水處理數學模型，在此基礎上開發(fā)一款活性污泥 系統(tǒng)模擬程序，利用本程序基于ASM3模型對A/O-MBBR 工藝進行模擬分析，建立 可視化界面，并與實測值進行對比，校正模型相關參數，從而指導實際運行，并 提供給污水處理相關人員學習和研究優(yōu)化控制策略?；钚晕勰嘞到y(tǒng)模擬程序先利用C#編程語言建立應用程序窗體，開發(fā)適合研究 人員和應用人員操作的人機交互界面。程序基于MVC的軟件設計模式，將界面控 件與邏輯代碼松耦合，便于后期加入其它的分析模型，增加程序的擴展性。程序 基于VS2012開發(fā)平臺開發(fā)winfo

6、rm可視化窗體仿真軟件，具有良好的人機交互 界面和外接PLC控制系統(tǒng)的擴展能力，并可利用xml文檔進行數據和運行參數的 保存和讀取,xml是一種通用數據交換格式。第三節(jié)軟件結構9.3.1污水處理軟件結構界面層工藝流程展示 模塊讀取邏輯層活性污泥模型 仿真引擎入水組分數據動力學參數化學計量系數*裝載讀取默認值算法層程序采用MVC架構形成將業(yè)務邏輯與界面顯示設計分離的代碼組織形式，后 期加入新的模型算法和額外的運算邏輯，無需改變界面顯示和交互控件布局?；钚晕勰嘞到y(tǒng)模擬軟件分為3個層次：界面層：界面層主要功能是接收邏輯層輸送的數據并將其顯示，和通過用 戶交互界面接收相關參數設定并發(fā)送到邏輯層。其中參

7、數類數據采用屬性方式存 儲，便于用戶自定義調整。入水組分和出水組分數據使用鏈表類型存儲，并通過 DataGridView表格控件集中展示，對于重要的輸出指標采用自定義繪圖控件展 示，該控件基于PictureBox控件的重繪函數OnPaint ()重寫事件完成，工藝流 程模塊由基礎控件組合完成，用于展示當前加載的污水處理工藝。邏輯層：邏輯層執(zhí)行數據運算、數據類型轉換、文件讀寫、日志輸出等操 作。其中文件讀寫采用Stream類流式讀寫，以XML格式保存，XML格式可以標 記數據、定義數據類型，具有平臺無關性的特性。由于穩(wěn)態(tài)仿真的初始值一般采 用國際水協(xié)提供的典型值，動態(tài)仿真采用靈敏度分析后的值，所

8、以動力學參數和 化學計量系數輸入提供文件讀取和程序缺省值兩種方式。入水水質指標數據轉換 成入水組分數據操作在邏輯層完成。算法層：算法層是程序的核心算法實現，主要完成相關函數方程的求解算 法和數學模型的函數實現，并封裝成類庫，供邏輯層調用。9.3.2活性污泥系統(tǒng)模擬程序的基本運行流程:活性污泥系統(tǒng)模擬程序的輸入參數包括反應器參數、環(huán)境參數、入水組分、 動力學參數、化學計量系數等參數。其中：反應器參數和環(huán)境參數根據實際情況 測量即可；本程序采用的ASM3模型的入水組分有13種，在實際應用中，部分組 分不能直接測量得出或測量復雜難以符合程序的輸入頻率要求，需要從常規(guī)的水 質檢查數據中計算得來，常規(guī)測

9、量數據包括固體懸浮物濃度SS、化學需氧量COD、 總氮TN濃度等，通過水質轉換模型將常規(guī)分析指標轉化為模型處理用組分；動 力學參數和化學計量系數在不同地區(qū)不同特性污水中適用值不同，模型通過穩(wěn)態(tài) 模擬后進行實際組分數據與計算組分數據的靈敏度分析來校正這兩個參數，穩(wěn)態(tài) 模擬一般適用固定初始值進行計算，這里采用國際水協(xié)推薦的典型值。穩(wěn)態(tài)模擬是指忽略系統(tǒng)入水水質水量每天的變化，只考慮系統(tǒng)運行相對穩(wěn)定 時期內的平均狀況。通過入水平均值和動力學參數、化學計量系數的典型值進行 仿真。隨后將結果與實測值進行比較，通過校正減少擬合差距。因為模型本身就 說簡化的動力學方程，所以校正方式是將模型看做數學函數，利用純

10、數學方式， 依靠靈敏度分析的結果，調整參數值，使仿真結果逼近實測值，調整后的動力學 參數和化學計量系數即是優(yōu)化后的最適合于本工藝模型的參數值。其中，靈敏度 分析是逐個將模型中的動力學系數在初始值基礎上提高10%，而保持其他參數不 便，比較參數改變后模擬的差值，根據公式計算參數對出水指標的影響程度。在實際運行中，系統(tǒng)的水質水量每時每刻都處于不斷地變化之中，系統(tǒng)的穩(wěn) 態(tài)只是相對的穩(wěn)態(tài)。動態(tài)模擬就是在穩(wěn)態(tài)模擬的基礎上，描述實際運行中系統(tǒng)進 水水質水量的不斷變化所引起出水的波動，可對系統(tǒng)的抗負荷性進行預測。即將 穩(wěn)態(tài)模擬的結果作為動態(tài)模擬的初值，每隔一段較短的時間記錄一次進水水質水 量，然后通過模型計

11、算出兩次進水之間這段時間內的出水狀況。動態(tài)模擬的化學 計量學系數和動力學參數使用穩(wěn)態(tài)模擬調優(yōu)后的參數。通過動態(tài)模擬，可實現對 污水處理系統(tǒng)實時的調整和動態(tài)管理。穩(wěn)態(tài)模擬和動態(tài)模擬的結果都會在程序右側的指標變化中以圖表的形式展 現。包括COD的入水值、出水模擬值、出水實測值，氨氮的入水值、出水模擬值、 出水實測值，TN的入水值、出水模擬值、出水實測值。具體組分的變化情況以 報表表格的形式展出。第四節(jié)軟件界面展示1、主界面展示程序主頁面包括工藝流程展示、基本操作和參數設置界面、操作日志記錄、 主要指標圖表展示等幾個模塊。右側的圖表區(qū)可以展示COD、氨氮、TN等主要指 標的變化情況。2、參數設置界面

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14、SM。 n360min6SR442蒞掃沛捐坤00nin1Uri20,:,C5CSA7B 小每化學計量系數和動力學參數可以由程序自帶的國際水協(xié)推薦值和相關參考值設定，也可以手動設置，還可以從文件錄入。設備參數和運行環(huán)境參數通過手動輸入錄入。3、模擬結果展示參數意義三成蘭怠n艮度COD氨瘋TUCOD坎瓠TH1水解速率常散-0. L100.0313水解產物中的邑的比例0.1600. 011瓦木解飽和常數 13-fl. L10. L14w亍更好耳工率 040.11-0 23貯存速率常船F M15m色&歸i=引7我 y0. 05a.i-0.194電郵常數. D216&xs的晶卡比生,速漆 03-o nD

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