低濃度難降解廢水處理系統(tǒng)效能評(píng)估和建模優(yōu)化

萬(wàn)先蓉 李春紅（中國(guó)工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽(yáng) 621907）

低濃度難降解廢水處理系統(tǒng)效能評(píng)估和建模優(yōu)化

萬(wàn)先蓉 李春紅（中國(guó)工程物理研究院材料研究所，四川 綿陽(yáng) 621907）

隨著時(shí)代的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)谏钏饺諠u豐富和提高的同時(shí)，所產(chǎn)生的廢水廢氣也就在以相同的速度遞增著。而工業(yè)的發(fā)展自然也就少不了會(huì)產(chǎn)生工業(yè)上一些低濃度難降解的廢水。什么是低濃度難降解的廢水？是指經(jīng)過(guò)物化處理后的廢水被統(tǒng)稱為低濃度難降解的廢水。正是由于這種工業(yè)廢水大多具有低濃度和難降解兩個(gè)重疊的特點(diǎn)，對(duì)其的處理，以及怎樣處理，就都成為了國(guó)內(nèi)外污水處理界公認(rèn)的難題。

低濃度難降解廢水；污水處理系統(tǒng)；效能評(píng)估；建模優(yōu)化

當(dāng)前，我國(guó)使用的廢水處理系統(tǒng)大多都是以好氧生物工藝作為基礎(chǔ)，再消耗掉大量的能量對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)，通過(guò)加強(qiáng)它們對(duì)降解和吸收污染物的能力，來(lái)達(dá)到改善廢水的水質(zhì)目的?？墒?，一方面由于我國(guó)絕大部分的廢水處理系統(tǒng)都沒(méi)有完全發(fā)揮出這種設(shè)計(jì)方面的能力和要求，另一方面常規(guī)性的生物處理工藝已經(jīng)無(wú)法達(dá)到所規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。所以，這些年來(lái)，不少的專家和學(xué)者都開(kāi)始著重研究怎樣防止廢水處理系統(tǒng)中那些影響水質(zhì)的不確定性因素和對(duì)原系統(tǒng)設(shè)備的改進(jìn)，以到達(dá)提升對(duì)廢水的優(yōu)化處理能力。

1 對(duì)低濃度難降解廢水處理的目的

正是因?yàn)槲覈?guó)在處理廢水系統(tǒng)的運(yùn)行中面對(duì)很多暫時(shí)無(wú)法解決的問(wèn)題及不確定因素的存在，如：運(yùn)行的參數(shù)、進(jìn)水的參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等。從而導(dǎo)致影響廢水處理時(shí)的出水水質(zhì)方面的情況，以及還有可能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的整體效果產(chǎn)生更大的影響。因此，有關(guān)人員在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試或運(yùn)行階段的處理過(guò)程中一定會(huì)遇上這些不確定的因素，他們就會(huì)極力避免這些因素給廢水處理系統(tǒng)帶來(lái)的危害或風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決不確定因素造成的出水水質(zhì)太差、處理量沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求、能量和成本消耗太高以及一些系統(tǒng)的不穩(wěn)定等狀況，最終達(dá)到增強(qiáng)廢水處理系統(tǒng)方面的處理能力和效能的目的，專家們?cè)谘芯恐幸肓藬?shù)理的統(tǒng)計(jì)方法和遺傳算法-反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以及好氧活性污泥2D模型后，制定出了一套極為科學(xué)的廢水處理系統(tǒng)，在運(yùn)行效能上的評(píng)價(jià)方案極其運(yùn)行中的優(yōu)化方案。

2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)（MSM）

數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)指的是一種用以分析和研究，并加以整理的受到隨機(jī)因素影響產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為進(jìn)行思考問(wèn)題做出預(yù)測(cè)及推斷，為將要采取某種行動(dòng)或是使用某種決策提供建議和依據(jù)。這種技術(shù)最早源于社會(huì)的調(diào)查以及人口的統(tǒng)計(jì)等活動(dòng)，期間經(jīng)歷了古典、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段的歷史發(fā)展過(guò)程。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)它的使用范圍越來(lái)越廣泛，由于廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展與需要，這種技術(shù)也逐漸開(kāi)始被引入了進(jìn)來(lái)，應(yīng)用到了水質(zhì)預(yù)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水質(zhì)的分析和水質(zhì)評(píng)價(jià)等許多方面。同時(shí)，還能使用MSM來(lái)對(duì)廢水在處理的效能和穩(wěn)定性以及可靠性方面進(jìn)行評(píng)估與研究。

3 活性污泥（ASMS）

活性污泥數(shù)學(xué)模型的發(fā)展有兩個(gè)階段，一個(gè)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型階段，產(chǎn)生于二十世紀(jì)八十年代之前。另一個(gè)是動(dòng)態(tài)機(jī)理的數(shù)學(xué)模型階段，產(chǎn)生于二十世界八十年代之后。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模式在五十年代以后，因污水處理系統(tǒng)的不斷發(fā)展，專家們用微生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器方面的理論相結(jié)合，研究出了描述活性污泥系統(tǒng)的基質(zhì)降解速率和微生物的增值速率，以及好氧速率等半經(jīng)驗(yàn)半理論的模型。直到進(jìn)入了二十世紀(jì)八十年后，因計(jì)算機(jī)技術(shù)與污水處理技術(shù)的更進(jìn)一步的發(fā)展，對(duì)描述活性污泥系統(tǒng)也就提出了更高的要求，從而出現(xiàn)了三種ASMS的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，分別是：Andrews模型、WRC模型和IAWQ模型。之后又相繼研究出了IWA模型的其他三套模型：ASM1（活性污泥1號(hào)模型）、ASM2D（活性污泥2號(hào)模型）、ASM3（活性污泥3號(hào)模型）。目前而言，在許多動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)模型中，經(jīng)常使用的ASMS模型就是IWA模型。

4 遺傳算法-反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（GA—BPNN）

鑒于污水處理系統(tǒng)具有其自身的復(fù)雜性和非線性，以及時(shí)變化性和多因素影響等特征，在對(duì)廢水處理系統(tǒng)研究其出水水質(zhì)的預(yù)測(cè)中就會(huì)面臨著很多多元非線性的問(wèn)題。其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，就是介于灰箱模型與黑箱模型兩者之間的一種系統(tǒng)模型。它就帶有非線性和非局限性，非常定性和非凸性的特點(diǎn)，這樣的特點(diǎn)對(duì)非典型性的數(shù)據(jù)系統(tǒng)有著特別好的適應(yīng)性。因此，將這種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用在解決缺失值及非線性的問(wèn)題上，就會(huì)有著很突出的優(yōu)越性。

5 工藝模型

若是以LSCWWTS使用初沉池和A2/O池，及其二沉池來(lái)當(dāng)做主體工藝，在研究中依照其所建造的廢水處理系統(tǒng)工藝框架，就能建立起廢水處理系統(tǒng)的整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。只是在這個(gè)建造過(guò)程中，首先要注意的是將整個(gè)廢水處理系統(tǒng)的功能劃分清楚，再對(duì)每一個(gè)單元工藝執(zhí)行的功能，建立出相應(yīng)的設(shè)計(jì)模型。這里，會(huì)將全部的系統(tǒng)劃分成為：初沉池和厭氧池，缺氧池和好氧池，以及二沉池等五個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，而后就會(huì)對(duì)每一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)建立機(jī)理模型。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)廢水處理系統(tǒng)一系列的研究和發(fā)現(xiàn)，不難看出運(yùn)用智能模型可以更好的與工藝模型相結(jié)合，一起使用在廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行及對(duì)其效能的改善。

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