专利名称：水质模拟方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含工业废水或工厂废水的废水的处理，更详细地，涉及在含有具有生物分解性的化合物成分的废水的生物学需氧处理工艺中的水质模拟方法和装置。本申请主张2008年11月14日向日本申请的特愿2008-292519号的优先权，并将其内容引用于此。
背景技术：
近年的封闭性水域的水质规定处于强化趋势，下水道、工业废水、工厂废水的对策是当务之急。为了遵守水质规定值，需要预测将哪个成分处理到哪种程度为止才满足标准。 以往，在下水通领域中，采用了活性污泥法等利用生物学处理工艺的污水的处理方法。其运转管理大多主要基于管理者的经验而进行，难以得到稳定的处理水质。例如，在流入水质改变的情况下，应该改变的操作条件、操作量在各个污水处理场中不同。因此，作为不依赖于管理者的经验的水质预测和运转支援工具，提出了 IWA(国际水协会)提倡的活性污泥模型(Activated Sludge Model ；ASM)。活性污泥模型大体由以下工序构成(1)将流入废水的COD浓度根据溶解性不活泼性有机物、易分解性有机物、浮游不活泼性有机物、慢速分解性有机物等的性质来划分，分别设定成COD浓度基础的变量；(2)在异养生物的增殖和自分解等各个工艺中，设定变量间的化学计量和工艺的反应速度公式；(3)通过耗氧速度试验或来自水质的实测数据的校准，确定化学计量系数和反应速度常数的参数；(4)实行模拟，计算出生物处理槽、处理水的COD浓度等。该活性污泥模型作为管理工具而被提出，并提出了使用了活性污泥模型的污水处理管理系统(以下，参照专利文献1)。另一方面，对于具有与污水不同的成分的工业废水或工厂废水等，也进行利用生物学处理工艺的工业废水或工厂废水的处理。但是，对于这些废水，没有在水质模拟方法中应用活性污泥模型的先例。尤其是由钢铁厂的焦炭工厂产生的废水被称作氨水，并以苯酚、硫代硫酸、硫氰酸为主要成分，但是，它们是不包含在污水中的成分，未见对于活性污泥模型的适用性进行了研究的先例。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-300093公报非专利文献非专利文献1 ；味埜俊、活性污泥 7 >、日本、株式会社環境新聞社、2005年1月 31日非专利文献 2 ；J. S. Cech> J. Chudoba and P. Grau、Determination ofKineticConstants of Activated Sludge Microorganisms> Water Science andTechnology、Vol. 17、pp. 259-272U98
发明内容
发明所要解决的问题如上所述，作为生物学需氧处理中的水质模拟方法，一般使用活性污泥模型，但是，没有应用于工业废水或工厂废水的生物学需氧处理的先例。作为其原因，可举出以下两
点ο(1)在活性污泥模型中，可举出以下情况；仅对污水那样的混合有多种成分的废水进行生物学需氧处理时的流入废水和处理水的COD浓度进行预测，但是不能预测具有生物分解性的化合物成分的浓度。例如，在焦炭制造过程中产生的氨水中，氨水中所含的苯酚是废水标准项目之一，需要通过模拟来预测苯酚浓度，但是，在活性污泥模型中，特别是对氨水那样的混合有多种成分的废水进行生物学需氧处理后的处理水中的苯酚浓度难以进行预测，因此，将活性污泥模型适用于工业废水或工厂废水中的意义较小。(2)在工业废水或工厂废水中含有溶解性慢速分解性的有机物(表面活性剂，例如直链烷基苯磺酸等)、或者无机物(例如，硫代硫酸、硫氰酸)。但是，在活性污泥模型中， 在作为对象的城市污水中并不含有那么多的分解速度非常慢的溶解性慢速分解性成分，未考虑对模型的氧平衡造成的影响。即，由于最初溶解性慢速分解性成分的概念不包含在活性污泥模型中，因此，难以将活性污泥模型应用于工业废水或工厂废水中。因此，本发明的目的在于提供一种水质模拟方法和装置，该方法和装置在生物反应槽内对含有具有生物分解性的化合物成分的工业废水或工厂废水等废水进行生物学需氧处理的工艺中构建新的活性污泥模型，在生物学需氧处理后能够推定废水中的该化合物的浓度如何变化。用于解决问题的手段本发明的目的在于提供一种能够应用于含有具有生物分解性的化合物成分的工业废水或工厂废水的水质模拟方法，该方法通过对废水中的各种成分进行划分，并对各种成分设定将成分分解的细菌的种类和变量以及反应工艺，从而利用了活性污泥模型的生物学需氧处理工艺的模拟成为可能，求出处理水中的成分浓度，进而，即使是含有溶解性慢速分解性成分的废水，由于对废水中的各种成分进行划分，因此不存在使用溶解性慢速分解性成分这一概念，利用了活性污泥模型的生物学需氧处理工艺的模拟成为可能。具体而言，本发明为以下的[1] W][1] 一种水质模拟方法，其是在生物反应槽内对含有具有生物分解性的化合物成分的废水进行生物学需氧处理的工艺中的水质模拟方法，其包含以下工序分析工序，其对流入到所述生物反应槽中的所述废水中的所述化合物成分的各成分浓度进行分析；COD换算工序，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个 COD浓度的相互关系，将各成分浓度的分析值换算成各成分的COD浓度；参数设定工序，其设定作为化学计量参数的增殖收率、作为反应速度公式参数的饱和常数、最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度；
溶解氧浓度测定工序，其测定所述生物反应槽的溶解氧浓度；计算工序，其使用所述各成分的COD浓度、所述增殖收率、所述饱和常数、所述最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度、以及溶解氧浓度，通过下述运算式(1)计算出在所述生物学反应槽内进行了所述生物学需氧处理后的处理水中各成分的COD浓度，[数学式1]{式中，Ci为各成分浓度，i为表示各成分的连续编号，Pu为化学计量参数，j为表示各工艺的连续编号，并且为反应速度公式(包含反应速度公式参数的速度公式)。}； 以及成分浓度换算工序，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个COD浓度的相互关系，将该计算出的生物学处理水的各成分的COD浓度换算成各成分浓度。[2]根据上述[1]所述的水质模拟方法，其中，所述参数设定工序使用下述方法 (1)和方法O)中任意的方法来设定所述化学计量参数和所述反应速度参数，所述方法(1)为使用在所述流入的废水和处理水中事先按照时间序列另外采集的各个具有生物分解性的化合物成分浓度和溶解氧浓度，通过校准来确定的方法；所述方法( 为分别对于所述各成分，各成分单独地进行所述生物学需氧处理， 连续地测定溶解氧浓度，由该测定值计算出耗氧速度，由该计算出的耗氧速度的数据来确定的方法。[3]根据权利要求[1]或[2]所述的水质模拟方法，其中，所述废水为在焦炭制造工序中产生的氨水，在所述化合物成分中，有机物成分为苯酚，并且，无机物成分为硫代硫酸和硫氰酸；对于硫代硫酸和硫氰酸的模拟，具有下述工序硫换算工序，其对硫代硫酸和硫氰酸浓度进行硫换算来代替所述COD换算工序；硫计算工序，其计算出在所述生物学反应槽中进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的硫浓度；以及硫再换算工序，其将该计算出的生物学处理水的各成分的硫浓度再换算成硫代硫酸浓度和硫氰酸浓度。[4] 一种水质模拟装置，其为在生物反应槽内对含有具有生物分解性的化合物成分的废水进行生物学需氧处理的工艺中使用的水质模拟装置，其包含以下机构分析机构，其对流入到所述生物反应槽中的所述废水中的所述化合物成分的各成分浓度进行分析；COD换算机构，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个 COD浓度的相互关系，将各成分浓度的分析值换算成各成分的COD浓度；参数设定机构，其设定作为化学计量参数的增殖收率、作为反应速度公式参数的饱和常数、最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度；溶解氧浓度测定机构，其测定所述生物反应槽的溶解氧浓度；
计算机构，其使用所述各成分的COD浓度、所述增殖收率、所述饱和常数、所述最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度、以及溶解氧浓度，通过下述运算式(1)计算出在所述生物学反应槽内进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的COD浓度，[数学式2]
权利要求
1. 一种水质模拟方法，其是在生物反应槽内对含有具有生物分解性的化合物成分的废水进行生物学需氧处理的工艺中的水质模拟方法，其包含以下工序分析工序，其对流入到所述生物反应槽中的所述废水中的所述化合物成分的各成分浓度进行分析；COD换算工序，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个COD 浓度的相互关系，将各成分浓度的分析值换算成各成分的COD浓度；参数设定工序，其设定作为化学计量参数的增殖收率、作为反应速度公式参数的饱和常数、最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度； 溶解氧浓度测定工序，其测定所述生物反应槽的溶解氧浓度； 计算工序，其使用所述各成分的COD浓度、所述增殖收率、所述饱和常数、所述最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度、以及溶解氧浓度，通过下述运算式(1)计算出在所述生物学反应槽内进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的COD浓度，式中，Ci为各成分浓度，i为表示各成分的连续编号，Pij为化学计量参数，j为表示各工艺的连续编号，并且P j为反应速度公式，所述反应速度公式为包含反应速度公式参数的速度公式；以及成分浓度换算工序，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个 COD浓度的相互关系，将该计算出的生物学处理水的各成分的COD浓度换算成各成分浓度。
2.根据权利要求1所述的水质模拟方法，其中，所述参数设定工序使用下述方法(1)和方法O)中任意的方法来设定所述化学计量参数和所述反应速度公式参数，所述方法(1)为使用在所述流入的废水和处理水中事先按照时间序列另外采集的各个具有生物分解性的化合物成分浓度和溶解氧浓度，通过校准来确定的方法；所述方法( 为分别对于所述各成分，各成分单独地进行所述生物学需氧处理，连续地测定溶解氧浓度，由该测定值计算出耗氧速度，由该计算出的耗氧速度的数据来确定的方法。
3.根据权利要求1或2所述的水质模拟方法，其中，所述废水为在焦炭制造工序中产生的氨水，在所述化合物成分中，有机物成分为苯酚，并且，无机物成分为硫代硫酸和硫氰酸；对于硫代硫酸和硫氰酸的模拟，具有下述工序硫换算工序，其对硫代硫酸和硫氰酸浓度进行硫换算来代替所述COD换算工序；硫计算工序，其计算出在所述生物学反应槽中进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的硫浓度；以及硫再换算工序，其将该计算出的生物学处理水的各成分的硫浓度再换算成硫代硫酸浓度和硫氰酸浓度。
4.一种水质模拟装置，其为在生物反应槽内对含有具有生物分解性的化合物成分的废水进行生物学需氧处理的工艺中使用的水质模拟装置，其包含以下机构分析机构，其对流入到所述生物反应槽中的所述废水中的所述化合物成分的各成分浓度进行分析；COD换算机构，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个COD 浓度的相互关系，将各成分浓度的分析值换算成各成分的COD浓度；参数设定机构，其设定作为化学计量参数的增殖收率、作为反应速度公式参数的饱和常数、最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度； 溶解氧浓度测定机构，其测定所述生物反应槽的溶解氧浓度； 计算机构，其使用所述各成分的COD浓度、所述增殖收率、所述饱和常数、所述最大比增殖速度、以及将所述化合物成分分解的细菌的种类和浓度、以及溶解氧浓度，通过下述运算式(1)计算出在所述生物学反应槽内进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的COD浓度，式中，Ci为各成分浓度，i为表示各成分的连续编号，Pij为化学计量参数，j为表示各工艺的连续编号，并且P j为反应速度公式，所述反应速度公式为包含反应速度公式参数的速度公式；以及成分浓度换算机构，其基于所述各成分浓度与选自C0D&、CODsfa和理论耗氧量中的一个 COD浓度的相互关系，将该计算出的生物学处理水的各成分的COD浓度换算成各成分浓度。
5.根据权利要求4所述的水质模拟装置，其中，所述参数设定机构使用下述机构(1)和机构O)中任意的机构来设定所述化学计量参数和所述反应速度公式参数，所述机构(1)为使用在所述流入的废水和处理水中事先按照时间序列另外采集的各个具有生物分解性的化合物成分浓度和溶解氧浓度，通过校准来确定的机构；所述机构( 为分别对于所述各成分，各成分单独地进行所述生物学需氧处理，连续地测定溶解氧浓度，由该测定值计算出溶解氧浓度，由该计算出的耗氧速度的数据来确定的机构。
6.根据权利要求4或5所述的水质模拟装置，其中，所述废水为在焦炭制造工序中产生的氨水，在所述化合物成分中，有机物成分为苯酚，并且，无机物成分为硫代硫酸和硫氰酸；对于硫代硫酸和硫氰酸的模拟，具有下述机构硫换算机构，其对硫代硫酸和硫氰酸浓度进行硫换算来代替所述COD换算机构；硫计算机构，其计算出在所述生物学反应槽中进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的硫浓度；以及硫再换算机构，其将该计算出的生物学处理水的各成分的硫浓度再换算成硫代硫酸浓度和硫氰酸浓度。
全文摘要
本发明提供一种水质模拟方法和装置，该方法包含下述工序分析工序，其对流入到生物反应槽中的废水中的化合物成分的各成分浓度进行分析；COD换算工序，其将所述各成分浓度的分析值换算成各成分的COD浓度；参数设定工序，其设定化学计量参数和反应速度公式参数；溶解氧浓度测定工序，其测定所述生物反应槽的溶解氧浓度；计算工序，其使用所述各成分的COD浓度、参数以及溶解氧浓度，计算出在所述生物学反应槽内进行了所述生物学需氧处理后的处理水中的各成分的COD浓度；以及成分浓度换算工序，其将该计算出的生物学处理水的各成分的COD浓度换算成各成分浓度。
文档编号C02F3/12GK102209688SQ200980144768
公开日2011年10月5日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年11月14日
发明者佐藤弘泰, 加藤敏朗, 加藤文隆, 味埜俊, 庄司仁 申请人:国立大学法人 东京大学, 新日本制铁株式会社