水质信息计算处理装置的制作方法

专利名称：水质信息计算处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水质信息计算处理装置，特别涉及为支持活性污泥工艺的设计和运行，适于进行水质模拟用的水质信息计算处理装置。
背景技术：
下水和工厂排水等污水，事先用被称为活性污泥的微生物群所净化，这种处理称为活性污泥工艺。现在运行的下水处理厂以活性污泥工艺为主流，采用主要目的在于除去有机物的标准活性污泥法。标准活性污泥法，是使流入下水中的有机物在生物反应槽中被活性污泥所摄取或者使之氧化分解后，在后端设置的最终沉淀池中使活性污泥沉降后，放出上清液。
近年来，对封闭性水域中的氮和磷的总量提出限制，所以下水处理厂中引入了除去这些营养性盐类的深度处理的方式。深度除去下水中氮和磷的处理方式，大体上分为物理化学法和生物学法。生物学法由于能够将作为已有设施的标准活性污泥法改造构筑而成，所以不断被下水处理厂所采用。标准活性污泥法，由于向生物反应槽全体供给空气，所以生物反应槽常常处于存在溶解氧的好氧状态下。与此相比，所谓利用生物学氮、磷除去机沟的下水深度处理，是指使生物反应槽处于不存在溶解氧的厌氧状态下，与好氧状态组合除去磷、除去氮的方法。
生物学除氮由好氧状态下的硝化工序与无氧状态下的脱氮工序构成。一般而言，将进行硝化反应的细菌称为硝化菌或自养菌(以下称为自养菌)，并将进行脱氮反应的细菌称为脱氮菌或异养菌(以下称为异养菌)。生物学除磷，是利用厌氧状态下的磷释放工序和在好氧状态下的过量磷摄取工序，来除去下水中磷的处理方法。因此，一般将具有进行过量磷摄取能力的细菌称为磷积累菌。
这种下水的深度处理，通过将与除去有机物、氮、磷有关的异养菌、自养菌、磷积累菌维持在适当的生存环境下可以发挥其性能。而且活性污泥中各种微生物的生存环境，被流入条件和运行条件所显著制约，与标准活性污泥法相比，处理设施的设计和维护管理复杂。
但是，迄今为止尚没有能够计算和提示有关有机物、氮和磷之间复杂反应过程的方法，关于下水深度处理的设计和运行依赖于经验和直觉。因此，常常发生不能预测目前尚无经历的流入下水的水质和数量、生物反应槽结构和运行条件的事件，因而存在逐件研究对策的问题。
另一方面，有人提出了将生物反应模型化，利用数值模拟法评价活性污泥过程特性的方法。作为生物反应模型的实例，在国外提出了由国际水协会(IWA)发表的活性污泥模型ASM No.1(1986)、No.2(1995)、No.2d(1998)和No.3(1999)。作为除去氮和磷的模型，现在利用最多的是活性污泥模型ASM No.2(以下称为ASM-No2)和No.2d(ASM-No.2d)。但是这些活性污泥模型，是用数学法描述生物反应的结构，未能提供模拟软件。而且在特开2000-167585号公报和特开2002-1370号公报上，提出了通过采用生物模型的下水处理过程模拟仪计算水质的方法。
专利文献1特开2000-167585号公报专利文献2特开2002-1370号公报发明的公开发明要解决的课题已有技术中，在由国际水协会(IWA)发表的活性污泥模型ASM-No2和ASM-No.2d中，硝化、脱氮、磷释放、磷摄取、有机物分解、菌体增殖和自分解等反应过程的反应速度，可以分别用异养菌、自养菌、磷积累菌的浓度计算。因此，为了正确计算上述反应过程的反应速度，必须掌握活性污泥中异养菌、自养菌、磷积累菌的浓度。在国际水协会的活性污泥模型中，利用基于重铬酸钾的COD(化学需氧量，以下略记为CODcr)、呼吸速度和反应速度，表示异养菌、自养菌、磷积累菌的浓度。单位为gCOD/m3。但是，若要计算呼吸速度和反应速度，不仅需要特殊的仪器和技术，而且还需要抑制其他反应所需的各种前处理，因而存在不能轻易在处理场所实施的问题。其中所述的前处理，例如在测定异养菌的呼吸速度之际，是对硝化反应的抑制处理。
另一方面在下水处理厂中，日常的污泥管理是借助于反应槽内的污泥浓度(MLSS)(单位mg/L)进行的。其理由是因为利用手工分析和自动计测仪器能够容易得出MLSS的缘故。MLSS的手工测定，是用滤纸过滤反应槽内的混合液，干燥残留在滤纸上的固形物，测量该固形物的重量这一简单方法进行的，所以可以在日常进行。而且随着MLSS自动计测仪器的性能提高，处理厂往往利用MLSS计进行连续测定。在下水处理厂中，例如SRT(固形物滞留时间，单位日)、A-SRT(好氧固形物滞留时间，单位日)和SVI(污泥容量指标，单位mL/gSS)等管理指标，全部是以MLSS作为基准的。其中，所述的SRT是指活性污泥以剩余污泥形式收回之前的平均滞留时间，所述的SVI是指基于SV30(污泥容量，单位％)以1克污泥所占的容量毫升数表示的指标。所述的SV30(％)表示将生物反应槽内的混合液注入1升量筒中，静置30分钟后以百分数表示的沉降的污泥量。在最终沉淀池中污泥的沉降状况，可以用SV30或者SVI来管理。SVI越大污泥的沉降性能越差，未沉降的污泥与处理水一起向体系外流出。SVI是一项重要的指标，其定义示于下式。
SVI(mL/gSS)＝SV30(％)×0.01×1000(mL)/(MLSS(mg/L)×1(L)×0.001)…(1)但是正如国际水协会的活性污泥模型那样，一旦采用gCOD/m3表示异养菌、自养菌、磷积累菌的浓度，由于不能计算MLSS(mg/L)，所以不能计算提示作为管理指标的SRT、A-SRT和SVI。
而且在低水温时，为了提高自养菌在系统内的保持时间必须增大A-SRT，为此必须提高MLSS。另一方面，一旦提高MLSS由于空气量增加，所以从能量节省的观点来看希望保持低水平。若要适当管理这种相反的条件，必须要求能够维持A-SRT的最低MLSS值。此外，MLSS除了用在处理过程的维持管理中，还可以作为反应罐容量设计因素使用。因此，对于活性污泥工艺过程来说，MLSS是不可缺少的必要指标。所以用MLSS表示活性污泥尽管非常重要，但是却存在不能用国际水协会的活性污泥模型表示的这一课题。
而且就这些问题而言，在已有的下水处理模拟器中，与国际水协会的活性污泥模型同样，为了用gCOD/m3表示微生物浓度，却不能表示MLSS，因而不能解决上述课题。

发明内容
于是本发明目的在于克服上述已有技术中的问题，为了以MLSS为基准来定义污泥中的微生物浓度和惰性固形物浓度，反映生物模型，支援满足目标处理条件的适当的生物反应槽的土木结构、曝气条件、计测器装备和运行条件。
为了达成上述目的，本发明构成为，具有输入反应槽内的污泥浓度信息的机构，和根据污泥浓度信息计算微生物浓度信息和惰性固形物浓度信息的机构。
或者说，为了支援活性污泥工艺的设计和运行，是进行水质模拟的活性污泥工艺过程的一种模拟系统，其特征在于具有设定流入水的水量和水质的流入条件设定机构，设定处理过程的尺寸和生物反应槽的分割用的土木结构设定机构，设定MLSS的机构，设定该MLSS中惰性固形物浓度的机构，由MLSS和所述的惰性固形物浓度计算微生物浓度的机构，计算MLSS中自养菌浓度的机构，计算MLSS中磷积累菌浓度的机构，计算MLSS中异养菌浓度的机构，设定处理过程运行条件的机构，输入最终沉淀池的污泥沉降指标的SVI设定机构，计算生物反应槽、最终沉淀池的处理水和返送污泥的水质和污泥浓度的模型计算机构，容纳用所述的模型计算机构计算的水质数据和污泥浓度的数据库，从所述的数据库取出水质数据和污泥浓度的数据编辑机构，和数据显示机构。
而且其特征在于所述的微生物浓度计算机构具有基于MLSS与惰性固形物浓度之差计算微生物浓度的机构。
而且其特征在于所述的自养菌浓度计算机构具有利用A-SRT计算自养菌浓度的机构。
此外，其特征在于所述的磷积累菌浓度计算机构，具有利用MLSS中磷浓度、惰性固形物中磷浓度和微生物中磷浓度计算磷积累菌浓度的机构。
而且其特征在于所述的异养菌浓度计算机构，具有基于微生物浓度与自养菌浓度和磷积累菌浓度差计算异养菌浓度的机构。
而且其特征在于所述的模型计算机构，具有计算生物反应的生物模型计算机构、计算流体的输送模型的计算机构、和计算曝气装置的溶解氧供给能力的溶解氧模型计算机构。
此外其特征在于所述的生物模型计算机构，具有计算MLSS的时间变化的机构。
而且其特征在于所述的输送模型计算机构，具有用所述的SVI设定机构设定的SVI表示最终沉淀池的污泥沉速度的机构，和计算返送污泥浓度和剩余污泥浓度的机构。
而且其特征在于所述的数据编辑的机构，具有利用由所述的生物模型计算机构计算的MLSS、和由所述的输送模型计算机构计算的返送污泥浓度和剩余污泥浓度，计算单位时间的反应槽污泥质量、返送污泥质量和剩余污泥质量的机构；和计算SRT的机构。
若谈到上述构成的效果，则混合液的浮游物质由进行生物反应的微生物和与生物反应无关的惰性固形物组成。因此，通过用表示反应槽的活性污泥浓度的MLSS定义异养菌、自养菌和磷积累菌，不仅能计算处理水质，而且还能计算反应后的MLSS、返送污泥浓度和剩余污泥浓度。而且利用返送污泥浓度和剩余污泥浓度，也能计算每单位时间的返送污泥质量和剩余污泥质量。此外，利用MLSS、反应槽容积和单位时间的剩余污泥质量，能够计算出SRT和A-SRT。
而且能够提示可以满足流入水量、流入水质、季节、运行条件变动时和处理水质的MLSS，并支援过程的维持管理。
因此，通过不仅像已有技术那样计算放出水的水质，而且还像本发明那样计算MLSS，能够提示土木、机械、计测器装备、污泥状况的综合情况，而且还能提高污浊物质的除去性能，容易进行最佳化设计和最佳化运行。
综上所述，按照本发明，能够支援满足目标处理水条件的适当的生物反应槽的土木结构、曝气条件、计测器装备、运行条件等。


图1是表示本发明活性污泥工艺中一种模拟系统实施例的结构图。
图2是表示本发明中自养菌浓度计算机构的实施例。
图3是表示本发明中磷积累菌浓度计算机构的实施例。
图4是表示本发明中生物模型计算机构的实施例。
图5是表示本发明一实施例的模拟顺序的流程图。
图6是表示本发明中设定MLSS的画面实例。
图7是表示本发明中系数设定装置的画面实例。
图8是表示本发明的污泥成浆速度的实施例。
图9是表示本发明污泥浓度计算结果的实施例。
图10是表示本发明污泥质量计算结果的实施例。
图11是表示本发明维持管理的实施例。
符号的说明1…生物反应槽；2…最终沉淀池；3…流入水；4…返送泵；5…返送污泥管；6…剩余泵；7…剩余污泥管；8…循环泵；9…循环污泥管；10…放流管；11…鼓风机；12…送风管；13…送风装置；14…开关阀门；16…溶解氧浓度(DO)计；17…MLSS计；20…模拟器；30…数据设定装置；31…流入条件设定机构；32…土木结构设定机构；33…运转条件设定机构；34…MLSS初期数值设定机构；35…惰性固形物浓度设定机构；36…SVI设定机构；40…微生物浓度计算装置；41…微生物浓度计算机构；42…自养菌浓度计算机构；43…磷积累菌浓度计算机构；44…异养菌浓度计算机构；50…模型计算装置；51…生物模型计算机构；52…输送模型计算机构；53…溶解氧模型计算机构；60…数据编辑机构；65…系数设定装置；70…输入装置；71…键盘；72…鼠标；73…监视器；80…工厂输入机构；90…数据库。
发明的最佳实施方式图1是采用本发明模拟活性污泥工艺的一个实施例。
图1中，说明由厌氧槽1a、无氧槽1b和好氧槽1c构成的三槽生物反应槽1，和从好氧槽1c向无氧槽1b循环的厌氧-无氧-好氧法。流入污水在沉沙池(图中未示出)中沉降除去土沙和垃圾等大的固形物后，流入最初沉淀池(未图示)。在最初沉淀池中沉淀除去固形物，将含有有机物、氨性氮和磷等的上清液作为流入水3被送入生物反应槽1中。在生物反应槽1中流入来自最初沉淀池的流入水3和来自返送污泥管5的返送污泥(活性污泥)，在其中进行搅拌混合。另一方面，经由送气管12和送气装置13，将来自鼓风机11的空气送入生物反应槽1中。进而利用循环泵8使污泥经过污泥循环管9在生物反应槽1中从好氧槽1c向无氧槽1b循环。其中好氧槽1a中溶解氧(DO)和硝酸氮(NO3)均不存在的状态，主要进行磷(PO4-P)的放出反应。
在厌氧槽1a中，活性污泥将储藏在体内的磷水解后排放到下水中。而且活性污泥在放出磷的同时吸附有机物储藏在菌体内。通过这种生物反应，厌氧槽1a中磷增加，有机物减少。
从厌氧槽1a流出的下水和返送污泥的混合水及来自好氧槽1c内的循环水流入无氧槽1b中，可以利用机械搅拌设备(图中未示出)搅拌混合。硝酸性氮(NO3)自好氧槽1c在无氧槽1b循环，而且处于不存在溶解氧的环境，硝酸性氮被还原后以氮气(N2)形式被放入大气中。将其称为脱氮反应。
事先在好氧槽1c的底部设置送气装置(散气装置13)，自鼓风机11经由送气管(空气管)12被输送的空气，经送气装置(散气装置)13散气，对好氧槽1c内的由下水和活性污泥组成的混合液进行搅拌的同时供给氧。在送气管(空气管)12上设置的开关阀门14，能调节送入好氧槽中的风量。鼓风机11根据输送事先设定的风量的控制方式，以及按照被设置在好氧槽1c上的溶解氧浓度(DO)计16的数值维持在预定数值的方式送风的控制方式运转。好氧槽1c内混合液的污浊物质，在因供给氧而活化的活性污泥作用下得到处理。例如，活性污泥吸附有机物，吸收了供给空气中的氧将有机物氧化氧化分解，转变成二氧化碳和水。而且磷在好氧条件下被储藏在活性污泥中的菌体内，在厌氧槽1a放出后、被摄取，比流入下水中的浓度减少。而且氨性氮被氧化成硝酸性氮。将其称为硝化反应。这些有机物、磷、氨性氮等污浊物质中的一部分，也被利用于活性污泥的增殖。MLSS计17测量生物反应槽内的混合液浓度，用于污泥管理。
将经过这样生物反应后的处理水导入最终沉淀池2中。使活性污泥在最终沉淀池2中产生重力沉降，上清液经氯消毒后经放出管10放出。利用返送泵4经由返送污泥管5将最终沉淀池2中的一部分沉降污泥送入生物反应槽1中，其余的污泥利用剩余泵6经由剩余污泥管7向系统之外排出。通过对返送污泥量的控制，和对返送污泥量和流入下水量比率的控制，返送泵4进行运转。通过对循环液量的控制，和循环液量与流入下水量比率的控制，循环泵8进行运转。通过对剩余污泥量的控制，和剩余污泥量与流入下水量比率的控制，剩余泵6进行运转。
以上说明了以厌氧-无氧-好氧法作为对象的模拟器20的构成，以下继续用图1进行说明。
模拟器20由数据设定装置30、微生物浓度计算装置40(这里所述的微生物浓度信息表示包括微生物浓度的、与微生物浓度实质上具有相同数值的信息。)、模型计算装置50、数据编辑机构60、系数设定装置65、输入输出装置70和数据库90所构成。以下就适于工厂设计用的实例进行说明。数据设定装置30，利用键盘71或鼠标72输入模拟所需的数据，由监视器73显示。流入条件设定机构31对流入污水量、流入水质的浓度和水温进行设定。这里所述的水质是指例如有机物(易分解性和难分解性)、氨性氮、总氮、磷、悬浮物浓度、碱度、溶解氧、硝酸性氮等。数据既可以是利用工厂输入机构80输入的工厂24小时实测数据，也可以是用日平均值与24小时波动图案制成的24小时数据，还可以是经过24小时内的一定数值。土木结构设定机构32，对生物反应槽和最终沉淀池的有效宽度、有效长度和有效水深的尺寸数据进行设定，对生物反应槽的槽内分割和配管进行设定。所述的配管设定，在本实施例中例如是对循环污泥管9、送气管(空气管)12和返送污泥管5的设置状况进行设定。运转条件设定机构33，设定自鼓风机11向生物反应槽1的送风量、自好氧槽1c向无氧槽1b循环的污泥量、自沉淀池2向厌氧槽1a返送的污泥量、和剩余污泥量等运转条件。
MLSS初期值设定机构34，将设定经手工分析或MLSS计测定的生物反应槽MLSS(其中所述的污泥浓度信息是指包括污泥浓度的，与污泥浓度具有实质上相同数值的信息。)。
惰性固形物浓度设定机构35，对MLSS中不参与生物反应的惰性固形物浓度进行设定(这里所述的惰性固形物浓度信息是指包括惰性固形物浓度的，与惰性固形物浓度具有实质上相同数值的信息。)。在通常的活性污泥工艺中，这种惰性固形物虽然主要是流入水中的无机物和微生物自分解时的生成物，但是当添加凝聚剂等化学药品的活性污泥工艺的情况下，因化学反应而生成的盐类将会变成惰性固形物。微生物自分解时虽然可以说将生成大约10％的惰性不溶物，但是既可以参考这一点定义惰性不溶物浓度，也可以设定由实际数据解析和实验得到的结果。作为一种惰性不溶物浓度设定机构35的实例，可以举出式(2)所示的计算实例，添加了含铝凝聚剂(例如硫酸铝，PAC)的工艺中惰性固形物浓度的计算实例。
惰性固形物浓度(mg/L)＝fAl(gAl/gSS)×fss_Al(gSS/gAl)×MLSS(mg/L)…(3)式中，fAl是与SS相当的Al含量；fss_Al是与Al相当的固形物发生量。
与SS(污泥固形物量)相当的Al含量，既可以参照污泥分析值，也可以利用由凝聚剂的注入率得到的工作曲线来设定。而且与Al相当的固形物发生量fss_Al，因凝聚剂的种类而异，既可以参考文献值，也可以是实验得到的实测值。此外，下水处理厂一般采用的凝聚剂有铝(Al)和铁(Fe)盐等。式(2)的实施例中，虽然表示的是使用了含铝(Al)凝聚剂的实例，但是采用像硫酸亚铁和氯化铁溶液之类含铁凝聚剂的情况下也能同样设定。
SVI设定机构36将设定根据手工分析测定的SVI。
由这种数据设定装置30设定的模拟条件被储存在数据库90之中。而且在监视器73上以曲线等形式显示设定的内容。
微生物浓度计算装置40，基于数据库90的模拟条件，利用微生物浓度计算机构41、自养菌浓度计算机构42、磷积累菌浓度计算机构43和异养菌浓度计算机构44对与生物反应有关的微生物浓度的初期值进行计算，将计算结果储存在数据库90中。
微生物浓度计算机构41，利用由MLSS初期值设定机构34设定的MLSS，和由惰性固形物浓度设定机构35设定的惰性固形物浓度，对MLSS中的进行生物反应的微生物浓度进行设定。微生物浓度可以由式(3)得到。
微生物浓度(mg/L)＝MLSS(mg/L)-惰性固形物浓度(mg/L)…(3)自养菌浓度计算机构42，例如利用由式(3)得到的微生物浓度，借助于式(4)计算自养菌浓度。
自养菌浓度(mg/L)＝(A-SRT实绩/θXA)×φ(gSS/gSS)×微生物浓度(mg/L) …(4)式中，φ与微生物相当的最大自养菌量(gSS/gSS)θXA硝化所需的A-SRT(日)而且作为自养菌硝化所需的A-SRT的θXA，既可以根据下水道设计图和设计思想利用式(5)计算，也可以依靠实验确定。
θXA＝δ×20.6×exp(-0.0627×T)…(5)式中，T水温δ对流入水T-N波动的补正系数以下利用图2说明自养菌浓度计算机构42的计算流程。
图2是自养菌浓度计算机构42的计算流程的一个实例。步骤S1中，利用由流入条件设定机构31设定的水温和式(5)，计算硝化所需的A-SRT。步骤S2中，基于由MLSS初期值设定机构34得到的MLSS，由土木结构设定机构32得到的反应槽容积、和由运转条件设定机构33得到的剩余污泥量来计算A-SRT的实际值。步骤S3中，利用由式(3)得到的微生物浓度、在步骤S1中得到的硝化所需的A-SRT和步骤S2中得到的A-SRT实际值，借助于式(4)计算自养菌浓度。
以下返回图1说明磷积累菌浓度计算机构43。
磷积累菌浓度计算机构43，由MLSS所含的磷浓度、例如式(2)得到的惰性固形物浓度、和例如式(3)得到的微生物浓度，计算出磷积累菌浓度设定值。式(6)示出了一个实例。
磷积累菌浓度(mg/L)＝(Sp(mgP/L)-Bp(mgP/L)-Ip(mgP/L))/fpp(gP/gSS) …(6)式中，fpp与磷积累菌相当的多磷酸含量(gP/gSS)，而且在式(6)中，Sp、Bp和Ip能够分别由式(7)、(8)和(9)定义。
Sp(mgP/L)＝MLSS(mg/L)×fsp(gP/gSS) …(7)Bp(mgP/L)＝微生物浓度(mg/L)×fxp(gP/gSS)…(8)Ip(mgP/L)＝惰性固形物浓度(mg/L)×fip(gP/gSS)…(9)式中，Fsp与MLSS相当的P含量fxp与微生物相当的P含量fip与惰性固形物相当的P含量fsp、fxp、fip和fpp既可以参照文献值，也可以采用实验得到的实验值。当然这些数值会因活性污泥工艺不同而异。
以下利用图32说明磷积累菌浓度计算机构43的计算流程。
图3是磷积累菌浓度计算机构43计算流程的一个实例。步骤S11中，由MLSS初期值设定机构34得到的MLSS，利用式(7)计算MLSS所含的磷浓度。步骤S12中，由式(3)得到的微生物浓度，利用式(8)计算微生物所含的磷浓度。步骤S13中，由式(2)得到的惰性固形物浓度，利用式(9)计算惰性固形物所含的磷浓度。步骤S14中，由步骤S11得到的MLSS中所含的磷浓度、步骤S12中得到的微生物中所含的磷浓度、和步骤S113得到的惰性固形物中所含的磷浓度，利用式(6)计算磷积累菌浓度。
以下返回图1，说明异养菌浓度计算机构44。
图1的异养菌浓度计算机构44，例如利用由式(3)得到的微生物浓度、由式(4)得到的自养菌浓度和由式(6)得到的磷积累菌浓度计算出异养菌浓度。式(10)表示一个实例。
异养菌浓度(mg/L)＝微生物浓度(mg/L)
-自养菌浓度(mg/L)-磷积累菌浓度(mg/L)…(10)因此由微生物浓度计算装置40算出的模拟条件被储存在数据库中。而且用监视器73以曲线形式显示出计算的内容。
模拟计算装置50，基于数据库90的模拟条件，利用生物模型计算机构51、输送模型计算机构52和溶解氧模型计算机构53，计算出生物反应槽、最终沉淀池、返送污泥、和剩余污泥的水质，污泥浓度及流量，其结果将储存在数据库90中。
生物模型计算机构51，借助于生物反应模型计算变化的水质、和MLSS。对于这些生物反应模型而言，既可以采用国际水协会发表的ASM-No.2、ASM-No.2d等公知模型，也可以采用利用化学反应式制成的模型和实验求出的模型。这里用式(11)表示ASM-No.2的异养菌增殖的反应速度。
数1ρ=μH·SO2KO2+SO·SFKF+SF·SFSF+SA·SNH4KNH4+SNH·SPO4KPO4+SPO·SALKKALK+SAL·XH...(11)]]>式中，SO2溶解氧(g O2/m3)；Sp易分解的有机物(g COD/m3)；SA发酵产物(乙酸)(g COD/m3)；SNH4氨态氮(g N/m3)；SNO3硝酸态氮(g N/m3)；SPO4溶解性磷酸(g P/m3)；SALK碱度(g COD/m3)；X11异养菌(g COD/m3)；μH最大增殖速度(l/d)；KO2SO2的饱和系数(g O2/m3)；KFSF的饱和系数(g COD/m3)；KNH4SNH4的饱和系数(g N/m3)；KPO4SPO4的饱和系数(g P/m3)；KALKSALK的饱和系数(g COD/m3)。
正如发明要解决的课题中所述的那样，在国际水协会的活性污泥模型中，为了用g COD/m3表示微生物浓度，例如式(10)中得到的异养菌浓度(mg/L)不能直接用作式(11)中的Xh。
以下利用图4说明本发明的生物模型计算机构51的一个实施例。图4表示将本发明的微生物浓度(mg/L)用于ASM-No.2的实施例。步骤S21中，将由式(4)得到的自养菌浓度(mg/L)、式(6)得到的磷积累菌浓度(mg/L)和式(10)得到的异养菌浓度(mg/L)变换成g COD/m3。式(12)表示将mg/L单位变换成g COD/m3的一个实例。
SM(g COD/m3)＝S(mg/L)×θ(g COD/m3)…(12)式中，SM、S是微生物浓度，θ是单位变换值。
其中单位变换值θ，因微生物而异，既可以参照文献值，也可以采用各自的实验数据。
在步骤S22中，将从步骤S21得到的异养菌浓度(g COD/m3)、自养菌浓度(g COD/m3)和磷积累菌浓度(g COD/m3)用于ASM-No2中，计算水质及微生物浓度、慢分解性固形物浓度(单位g COD/m3)的变化。所述的慢分解性固形物是在微生物自分解时生成的固形物。
步骤S23中，将由步骤S22得到的反应后的异养菌浓度(g COD/m3)、以及反应后自养菌浓度、反应后磷积累菌浓度和反应后慢分解性固形物浓度的单位，从g COD/m3变换成mg/L。式(13)表示将g COD/m3单位变换成mg/L的一个实例。
S(mg/L)＝SM(g COD/m3)/θ(g COD/m3)…(13)步骤S24中，利用由式(13)得到的、反应后异养菌浓度(mg/L)、反应后自养菌浓度(mg/L)、反应后磷积累菌浓度(mg/L)和反应后慢分解性固形物浓度(mg/L)，利用式(14)计算反应后的MLSS。
反应后的MLSS(mg/L)＝反应后异养菌浓度(mg/L)+反应后自养菌浓度(mg/L)+反应后磷积累菌浓度(mg/L)+反应后慢分解性固形物浓度(mg/L)+反应前惰性固形物浓度(mg/L)…(14)因此，能够用生物模型计算机构51计算MLSS的浓度变化。而且生物模型计算机构51不仅适用于生物反应槽，而且同样也能适用于最终沉淀池，这种情况下还能够计算最终沉淀池中污泥的浓度变化。
这里再回到图1说明输送模型计算机构52。
图1的输送模型计算机构52，基于流入污水量、返送污泥量、剩余污泥量和循环污泥量的流体，计算变化的水质、以及污泥浓度。而且在最终沉淀池中，利用由微生物浓度计算装置(SVI设定机构)40得到的SVI，表示污泥沉降速度，计算沉降污泥的污泥浓度的变化。
溶解氧模型计算机构53，例如利用综合氧移动容量系数的概念，能够计算由送风量供给好氧槽1c的溶解氧。
这些模型计算装置50的计算结果被存储在数据库90之中。
系数设定装置65，例如利用键盘71或鼠标72输入微生物浓度计算装置40所需的系数数据，和生物模型计算机构51所需的系数数据，可以用监视器显示。上述微生物浓度计算装置40所需的系数数据，例如是式(2)的fss_Al、式(6)的fpp等，上述生物模型计算机构51所需的系数数据，例如是式(11)的μH、KO2和KNH4等。
数据编辑机构60，以条线图、趋势曲线、计算结果一览表、除去率和物；物料平衡形式输出被储存在数据库90中的数据。
以下图5所示是本发明的一个模拟动作实施例的流程图。步骤S31中，利用流入条件设定机构31设定流入水量、流入水质(有机物、氨性氮、磷、SS、碱度等)的浓度和水温。步骤S32中，利用土木结构设定机构32对生物反应槽和最终沉淀池的尺寸、生物反应槽的槽分割、配管进行设定。在步骤S33中，利用运转条件设定机构33对鼓风机11的控制条件(送风量、DO目标)、返送泵4的控制条件(返送污泥量、返送率的目标值、计时器的控制)、剩余泵6的控制条件(剩余污泥量、剩余率的目标值、计时器的控制)、和循环泵8的控制条件(循环污泥量、循环率的目标值)进行设定。在步骤S34中，利用MLSS初期值设定机构34设定MLSS的初期数值。步骤S35中，利用式(2)设定惰性固形物浓度。在步骤S36中，利用SVI设定机构36设定SVI。在步骤S37中，利用式(3)设定微生物浓度的初期数值。在步骤S38中，利用式(4)计算自养菌浓度的初期数值。在步骤S39中，利用式(6)计算磷积累菌浓度的初期数值。在步骤S40中，利用式(10)计算异养菌浓度的初期数值。在步骤S41中利用式(12)，将步骤S37、38、39设定的自养菌浓度、磷积累菌浓度和异养菌浓度的单位，由mg/L换算成g COD/m3。
在步骤S42中基于以上条件进行模拟，计算有机物、氮、磷、微生物、慢分解性固形物的浓度。在步骤S43中，利用式(13)将自养菌浓度、磷积累菌浓度、异养菌浓度和慢分解性固形物的单位，由g COD/m3换算成mg/L。在步骤S44中，利用式(14)计算MLSS、返送污泥浓度和剩余污泥浓度的变化。
图6表示图5所示实施例的步骤S34、S35和S36的设定画面实例。
图7表示系数设定装置65的实施例。图7表示设定式(6)的磷积累菌浓度的计算所需的系数数据的画面实例。在图5的实施例步骤S39中，利用实施例图7的系数，按照式(6)计算磷积累菌浓度。
图8表示利用由微生物浓度计算装置(SVI设定机构)40输入的SVI表示最终沉淀池中污泥沉降速度的实施例。SVI越小污泥的沉降速度越快，反之SVI越大污泥的沉降速度越小。因此，利用SVI表示污泥沉降速度的情况下，能够表示最终沉淀池的沉降污泥的污泥浓度，计算返送污泥浓度和剩余污泥浓度。
图9是表示由图5的实施例步骤S44计算的返送污泥浓度的24小时趋势曲线的实施例。因此，能够计算经常变动的污泥浓度(包括微生物和惰性固形物)。
图10是表示数据编辑机构60的一个实施例。图10中表示，利用图5的实施例中得出的反应槽馏出MLSS、返送污泥浓度和剩余污泥浓度，计算单位时间的污泥质量的实例。单位时间的污泥质量可以用式(15)得到。
污泥质量(kg/h)＝污泥浓度(mg/L)×流量(m3/h) …(15)其中，式(15)的实施例虽然表示了每小时所相当的污泥量，但是也可以同样计算每日相当的污泥量。如图10的实施例所示，在生物反应槽和最终沉淀池中，利用各污泥的收支情况能够计算SRT和A-SRT，利用SRT和A-SRT的管理成为可能。其中SRT可以用式(16)得到。
SRT(日)＝(MLSS(mg/L)×反应槽容积(m3))÷(剩余污泥浓度(mg/L)×剩余量(m3/h)×24(h/日))…(16)图11表示本发明维持管理的实施例。图11中，表示减去剩余污泥量进行模拟的结果的实施例。一旦剩余污泥量减少，MLSS就会随着时间的推移而增加，放流水T-N伴随着MLSS的增加而减少。图11中表示，经过t时间后，当MLSS达到2300mg/L时，放流水T-N能够满足10mg/L的实例。本发明的维持管理，例如基于图11的结果对剩余污泥量进行操作，使反应槽内的MLSS维持在2300mg/L水平上。因此，能够提示流入水量、流入水质、运转条件和水温的波动时间、以及如图11所示能够满足处理水质的MLSS，因而能够反映处理过程的维持管理。
在以上模拟运行中通过改变过程的土木结构和计测器设备、污泥状况和运行条件，能够把握过程内的水质和污泥的变动。其结果，由于过程全体将发挥最佳除去性能，所以容易把握应当加以改善的任何土木结构和运行条件。
综上所述，不仅能计算处理水质，而且还能计算反应后的MLSS、返送污泥浓度和剩余污泥浓度。而且利用返送污泥浓度和剩余污泥浓度，还可以计算与单位时间的返送污泥质量和剩余污泥质量。此外，利用MLSS、反应槽容积和单位时间的剩余污泥量，能够计算出SRT和A-SRT。而且能够提示流入水量、流入水质、季节、运转条件变动时间、能够满足处理水质的MLSS，能够支援过程的维持管理。
因此，在土木、机械、计测化、污泥状况的整合得到提示的情况下，由于能使污泥浓度条件和运转最佳化，所以将流入条件、曝气、返送和剩余等运转条件加以组合进行模拟，能够容易提高有机物、氮、磷的除去性能。
权利要求
1.一种水质信息计算处理装置，在对下水处理过程进行模拟的水质信息计算处理装置中，其特征在于具有输入反应槽内的污泥浓度信息的机构，和根据所述的污泥浓度信息，计算微生物浓度信息和惰性固形物浓度信息的机构。
2.按照权利要求1所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有基于污泥浓度信息与惰性固形物浓度信息之间的相对差来计算微生物浓度信息的机构。
3.按照权利要求1所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有利用好氧性固形物滞留时间计算自养菌浓度的机构。
4.按照权利要求1所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有利用污泥中磷浓度、惰性固形物中磷浓度和微生物中磷浓度，计算磷积累菌浓度的机构。
5.按照权利要求1所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有从微生物浓度中减去自养菌浓度和磷积累菌浓度以计算异养菌浓度的机构。
6.按照权利要求1所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有计算生物反应的生物模型计算机构、计算流体的输送模型计算机构、和计算曝气装置的溶解氧供给能力的溶解氧模型计算机构。
7.按照权利要求6所述的水质信息计算处理装置，其特征在于所述的生物模型计算机构，具有计算污泥浓度信息的时间变化的机构。
8.按照权利要求6或7所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有设定最终沉淀池的污泥沉降指标的SVI设定机构，所述的输送模型计算机构具有利用由所述的SVI设定机构所设定的污泥沉降指标显示最终沉淀池的污泥沉降速度的机构，以及计算返送污泥浓度和剩余污泥浓度的机构。
9.按照权利要求8所述的水质信息计算处理装置，其特征在于具有利用由所述的生物模型计算机构所计算的污泥浓度信息、和由所述的输送模型计算机构所计算的所述返送污泥浓度和所述剩余污泥浓度，计算反应槽污泥质量、返送污泥质量和剩余污泥质量的机构和计算固形物滞留时间的机构。
10.一种模拟方法，在利用水质信息计算处理装置模拟下水处理过程的模拟方法中，其特征在于，所述的水质信息计算处理装置变换自养菌浓度、磷积累菌浓度和异养菌浓度的单位，进行所述的模拟，变换由所述的模拟算出的自养菌浓度、异养菌浓度、磷积累菌浓度、以及作为在微生物自分解时生成的固形物浓度的慢分解性固形物浓度的单位，把惰性固形物浓度、所述算出的自养菌浓度、异养菌浓度、磷积累菌浓度、和慢分解性固形物浓度加在一起，计算出污泥浓度。
全文摘要
一种水质信息计算处理装置，具有反应槽内污泥浓度的设定机构，污泥浓度信息中惰性固形物浓度的设定机构，由污泥浓度信息和上述惰性固形物浓度计算微生物浓度的机构，计算污泥浓度信息中的自养菌浓度的机构，计算污泥浓度信息中的磷积累菌浓度的机构，计算污泥浓度信息中的异养菌浓度的机构，处理过程中运转条件设定机构，输入最终沉淀池中污泥沉降指标的SVI设定机构。根据本发明，能够对满足目标处理水条件的适当生物反应槽的土木结构、曝气条件、计测器装备、运转条件等进行支援。
文档编号G06F19/00GK1576245SQ20041007126
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年7月18日
发明者木村文智, 原直树 申请人:株式会社日立制作所