[发明专利]活性污泥吸附和稳定过程模拟的退火元胞自动机方法

摘要

活性污泥吸附和稳定过程模拟的退火元胞自动机方法属于智能科学与环境工程学科领域。本发明涉及利用退火元胞自动机规则模拟活性污泥系统曝气池内污泥吸附和稳定的生化反应过程。该方法立足于人工生命系统，建立了活性污泥系统中相应的模型，利用退火元胞自动机规则设计了演化规则，并进行了演化实现。较好地模拟了微生物吸附分解有机物的情况，并很好地模拟了活性污泥生长模式曲线的对数期、静止期和衰亡期，与理论上的活性污泥生长模式曲线基本一致，最终结果与实际的污泥浓度相差很小。对于人们进一步认识和理解污水生物处理的过程具有指导作用；对其进行分析利用，可以建立更加精确的模型。

主权项

1.一种活性污泥吸附和稳定过程模拟的退火元胞自动机方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立活性污泥系统中相应的初始模型，并初始化元胞状态；以N×N的二维空间作为初始模型；其中，N为整数，代表一维上的格子个数；取其边界条件固定为零状态，属于虚拟格子，除去边界，状态空间上有(N-1)×(N-1)个格子均匀分布，每个格子代表一个元胞；元胞的状态一共有三种可能：元胞是空或者水分子，为0状态；该格子有机物被邻居吸附，为1状态；微生物或者残留的难于降解的有机物，为2状态；初始化每个元胞的状态：任一个格子的状态初始化，是有一定程度的随机性的，某状态在格子以概率p出现，或以概率1-p不出现，即服从概率上的(0-1)分布，其中，0＜p＜1；元胞最初的状态只有状态0和2，状态1是在反应开始后才出现的；当某状态出现的概率p≥p1时为2状态，其余为0状态；其中0.4＜p1＜0.6，(2)确定邻居结构；采用Moore型的邻居结构，它由一个中心元胞，即要演化的元胞、4个位于其邻近的东西南北方位的元胞及4个位于其次邻近的东北、西北、东南、西南方位的元胞组成，中心元胞在演化过程中与其本身和邻居的八个元胞的状态有关，即中心元胞的下一时刻的状态由当前时刻自身的状态和八个邻居元胞的状态来确定；(3)根据初始模型和邻居结构来确定演化规则，具体演化过程如下：计算每个中心元胞与其8个邻居的状态和，称为局部和，用Sumij(t)表示；这个局部和可以为0～18之间的任一值；根据这个局部和，按照规则1确定每个中心元胞的下一时刻的状态Sij(t+1)；其中，i，j表示中心元胞的横、纵坐标，t表示时刻；规则1：Sumij(t)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Sij(t+1)0 0 0 0 0 1 0 1 1 1Sumij(t)10 11 12 13 14 15 16 17 18sij(t+1)1 1 2 1 2 2 2 2 2按上述规则1进行演化，当所有的元胞循环迭代a次后，其中80≤a≤120，待完成以后，结束此次循环，更新演化规则；更新后的演化规则如下：规则2：Sumij(t)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Sij(t+1)0 0 0 0 1 0 1 1 1 1Sumij(t)10 11 12 13 14 15 16 17 18Sij(t+1)1 2 1 2 2 2 2 2 2按上述规则2继续进行演化，当所有的元胞循环迭代b次后，其中 80≤b≤120，结束此次循环，更新演化规则；更新后的演化规则如下：规则3：Sumij(t) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Sij(t+1)0 0 0 1 0 1 1 1 1 1Sumij(t)10 11 12 13 14 15 16 17 18Sij(t+1)2 1 2 2 2 2 2 2 2按上述规则3继续进行演化，当所有的元胞状态为2状态，即曝气池内剩余的为大量微生物和一部分难于降解的有机物，结束循环，完成整个活性污泥吸附和稳定的过程。