[发明专利]一种污水生物脱氮过程中氧化亚氮动力学模型的建模方法

摘要

本发明公开了一种污水生物脱氮过程中N₂O动力学模型的建模方法，包括以下步骤：（1）全面分析N₂O产生机理并利用半反应方程准确表达N₂O产生机理；（2）全面分析影响N₂O产生的工况条件，确定关键环境因子；（3）基于活性污泥3号模型（ASM3）并根据已确定的半反应方程与关键因子，构建基于ASM3的N₂O动力学模型；（4）利用MATLAB最优化算法，对建模过程中的未知参数进行参数估计与参数识别，并确定未知参数的置信区间；（5）利用MATLAB数学软件对N₂O动力学模型进行动态模拟，并对各类参数进行灵敏度分析，找出对模型影响较大的关键参数并进行修改；（6）利用MATLAB建立N₂O动力学模型动态模拟软件；本发明具有对N₂O产生机理的表达更加清楚，预测能力更加准确等优点。

主权项

1.一种污水生物脱氮过程氧化亚氮动力学模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）：全面分析N₂O的产生机理与产生途径，利用半反应方程式准确表达N₂O的产生机理与途径；具体的，当环境条件影响NOR生物酶的活性时会导致N₂O的产生，并且N₂O的产生途径主要有AOB反硝化、异养菌反硝化、NOH化学分析和微生物衰减过程；在明确了N₂O的产生机理和产生途径之后，即可利用半反应方程式准确表达出N₂O的产生机理和产生途径；步骤（2）：全面分析影响N₂O产生的各类工况条件，明确影响各类生化反应的关键环境因子；具体的，导致N₂O产生最本质的原因即NOR生物酶失活或活性降低，而导致NOR生物酶失活或活性降低的工况条件和关键因子主要有溶解氧、pH值、温度、COD/N比、NO₂^‑浓度；步骤（3）：基于活性污泥3号模型（ASM3）并根据已确定的半反应方程式与关键因子，利用化学计量学与组分间能量转化关系，建立模型的矩阵表达形式进而建立基于ASM3的N₂O动力学模型；具体的，在完成步骤（1）和步骤（2）之后，利用化学计量学与组分间能量转换关系，在ASM3号模型的构架中增加与N₂O产生有关的物质组分和反应速率方程，进而表达N₂O动力学模型，同时ASM3号模型得到相应的扩展；步骤（4）：利用MATLAB最优化算法，对建模过程中的未知参数进行参数估计与参数识别，并确定未知参数的置信区间；具体的，在构建完基于ASM3模型的N₂O动力学模型后，利用MATLAB最优化算法，对新建模型中的未知参数进行拟合求解，并得到未知参数95%的置信区间；所述MATLAB最优化算法为非线性最小二乘法；步骤（5）：在参数确定之后，利用MATLAB数学软件编写程序对N₂O动力学模型进行动态模拟，并对动力学和化学计量学参数进行灵敏度分析，找出对模型模拟效果影响最大的关键参数并进行修改；具体的，利用MATLAB对N₂O动力学模型进行动态模拟时，主要调用的程序为四五阶Runge‑Kutta算法和基于数值差分的可变阶算法（BDFs，Gear）；当对参数进行灵敏度分析时，主要运用的是相对灵敏度函数S_jⁱ；步骤（6）：基于MATLAB图形用户界面设计，建立N₂O动力学模型动态模拟软件。