[发明专利]一种膜生物反应器工艺的膜通量在线预测方法

权利要求书

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；

A_m为膜组件的表面积，单位m²；

μ为水的粘度，单位Pa.d；

R_m为膜组件的阻抗，单位1/m；

ξ为滤饼层的孔隙率，单位％；

δ_P为滤饼颗粒平均直径，单位m；

ρ_P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；

R_fmax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；

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P：

(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；

X_COD、X_H和X_A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％；

Q_f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；

Q_in、Q_out分别是MBR反应器的进、出水流量，单位m³/d；

X_COD,in、X_H,in和X_A,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；

S_O、S_COD、S_NH和S_NO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；

S_O,in、S_COD,in、S_NH,in和S_NO,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：

S_COD：溶解性有机物的浓度，单位gCOD/m³；S_NH：氨态氮的浓度，单位gN/m³；

S_NO：硝态氮的浓度，单位gN/m³；S_O：溶解氧的浓度，单位gO₂/m³；

X_COD：颗粒性有机物的浓度，单位gCOD/m³；

X_H：异养菌的浓度，单位gCOD/m³；

X_A：自养菌的浓度，单位gCOD/m³；

μ_H：异养菌最大比生长速率，单位h^-1；

μ_A：自养菌最大比生长速率，单位h^-1；

K_S：异养菌生长半速率常数，单位gCOD/m³；

b_H：异养菌比衰减速率，单位h^-1；

K_OH：异养菌氧呼吸半速率常数，单位gO₂/m³；

K_NO：异养菌硝态氮呼吸半速率常数，单位gN/m³；

η_g：异养菌缺氧状态生长修正系数；

k_h：水解速率，单位gCOD/(g生物量(COD)·h)；

K_X：水解半速率常数，单位gCOD/(g生物量(COD)；

η_h：缺氧状态水解修正系数；

K_OA：自养菌氧呼吸半速率常数，单位gO₂/m³；

K_NH：自养菌生长半速率常数，单位gN/m³；

b_A：自养菌比衰减速率，单位h^-1；

Y_H：异养菌产率系数，单位g生物量(COD)/g COD去除；

Y_A：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M_XCOD、M_XH和M_XA：

M_XCOD、M_XH和M_XA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；

X_COD、X_H和X_A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；

S_O、S_COD、S_NH和S_NO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M_XCOD、M_XH、M_XA进行加和，即得到滤饼的总质量：