排水管道中硫化氢产生量的预测方法技术

本发明专利技术公开了排水管道中硫化氢产生量的预测方法，包括：S1、对排水管内的污水进行密集采样特性分析，同时获得该排水管的管道参数；S2、基于ASM3模型，建立水质模块、动态生物膜模块和液‑气扩散模块；S3、获取用户输入的预测模型的模拟参数以及生物膜初始值；S4、运行预测模型，获得稳定的生物膜参数；S5、计算获得每隔一段时间后排水管道末端出水的硫化物和硫化氢气体浓度；S6、对预测模型进行校准；S7、采用校准后的预测模型对排水管道中硫化氢的产生量进行实时预测。本发明专利技术可以模拟排水管道中的生物动态变化，准确的预测获得硫化氢的产生量，可广泛应用于污染气体的产生预测领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及给排水系统的污染气体产生预测领域，特别是涉及排水管道中硫化氢产生量的预测方法。
技术介绍
名词解释：COD：全称ChemicalOxygenDemand，化学需氧量，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量；H2S：硫化氢；NH3：氨气；CH4：甲烷；SRB：硫酸盐还原菌；ASM：活性污泥系列模型(ActivatedSludgeModels:ASM1,ASM2,ASM2DandASM3)；T：温度；VFA：挥发性有机酸；DO：溶解氧；SO42-：硫酸盐；DS：溶解性硫化物；TS：总硫化物；TCOD：总化学需氧量；SCOD：溶解性化学需氧量；VSS：挥发性悬浮物；NH4-N：氨氮；NOx-N：硝态氮；Q：流量；HRT：水力停留时间；ASM模型组分相关名词解释：SO：可溶性组分包括溶解氧；SF：易生物降解可溶性有机物；SI：惰性可溶性有机物；SNH：铵盐和氨氮；N2：分子氮；SNO：硝态氮；SALK：碱度；SSO4：硫酸盐；SH2S：水中硫化物；XI：颗粒性惰性有机物；XS：慢速生物降解物质；XH：异养生物量；XSTO：异氧生物的细胞内贮藏产物；XA：硝化生物；XTS：悬浮物；XINA：惰化微生物；XSRB：硫酸盐还原菌；XNR-SOB：反硝化脱硫细菌。城市排水管网是城市基础设施必不可少的组成部分。近年来。随着城市的快速发展，排水管网的规模也逐渐增大，然而在污水运输的过程中，在生物化学作用下，一些物质会以有害气态的形式出现，如H2S、NH3、CH4等等。其中，硫化氢H2S作为一种可以导致水质恶化、变黑发臭的恶臭污染物，同时还具有毒性、腐蚀性，对管道维护等等都有威胁。硫化氢的威胁包括：①H2S导致排水管道腐蚀。美国休斯顿渠务署的一项研究表明，该市70％的受损排水管道是由硫化氢腐蚀造成的；而比利时的Flanders，由于硫化氢腐蚀造成的损失达5百万欧元/年，约为该城市每年污水收集处理费用的10％；在我国上海市，硫化氢的腐蚀也是导致排水管道损坏的主因之一。②H2S具有恶臭，逸散到空气中会造成臭味污染。③H2S具有强烈的神经毒性，可致人急性重度中毒并迅速昏迷甚至猝死，在上海、浙江、江苏、广东等沿海地区已多起发生下水道维护工人中毒死亡事件。一般来说，城市居民生活污水并不含有硫化物，而排污管内的硫化物是污水在管道运输过程中，由管壁的生物膜内层的SRB产生，并经扩散释放到大气中的。下水道硫化氢的产生是一个复杂过程，它受到温度、有机物浓度、硫酸盐浓度、生物膜结构、多种微生物作用、溶解氧浓度、硝酸盐浓度、水力停留时间、污水流速等等诸多因素的影响。同时，城市排水管网具有很高的复杂性，水质水量具有不稳定性，因此H2S的产生位置、浓度、时间具有很高的不确定性，且呈现明显的日夜波动和季节波动特点。当前对下水道恶臭气态污染物的控制主要采取曝气充氧、投加硝酸盐、氢氧化钠、铁盐等方法，但是由于排水管网中水量、水质波动大，H2S等恶臭气态污染物在不同时间、不同污水管段中的浓度差异很大，这就导致了药剂成本过高或控制效果的低效的现象。为了实现下水道硫化氢的定量控制，建立数学模型、预测下水道中硫化氢的产生、排放位置与浓度是关键。对下水道硫化氢的产生量进行预测的相关数学模型，目前主要有丹麦Aalborg大学开发的WATS模型和澳大利亚昆士兰大学开发的SewerX模型，但上述模型存在缺陷，不能模拟下水道生物动态变化，体现不了生物膜对下水道硫化氢产生与转化的重要影响，因此用于硫化氢产排预测多有不便，无法准确地预测获得硫化氢的排放量。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供排水管道中硫化氢产生量的预测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：排水管道中硫化氢产生量的预测方法，包括以下步骤：S1、对排水管内的污水进行密集采样特性分析，测得实时的进水水质参数和出水水质参数，同时获得该排水管的管道参数；S2、基于ASM3模型，建立水质模块、动态生物膜模块和液-气扩散模块，形成硫化氢产生量的预测模型，并将进水水质水量参数和排水管的管道参数作为该预测模型的输入；S3、获取用户输入的预测模型的模拟参数以及生物膜初始值；S4、运行预测模型，采用水质模块进行水质参数计算，并采用动态生物膜模块进行生物膜的动态变化计算、物理作用模拟和生物化学作用模拟，进而在到达管道生物膜稳定期后，获得稳定的生物膜参数；S5、将管道参数和实时的进水水质水量参数作为预测模型的输入，运行预测模型计算获得气、水和生物膜内物质的浓度，并按设定时间输出每隔一段时间的排水管道末端出水的硫化物和硫化氢气体浓度；S6、根据预测获得的每个时刻的硫化氢气体浓度与其对应的出水水质水量参数中的硫化氢气体浓度之间的差值，对预测模型进行校准；S7、采用校准后的预测模型对排水管道中硫化氢的产生量进行实时预测。进一步，所述进水水质水量参数和出水水质水量参数均包括pH值、温度以及挥发性有机酸、溶解氧、硫酸盐、溶解性硫化物、总硫化物、总化学需氧量、溶解性化学需氧量、挥发性悬浮物、氨氮、硝态氮、和气相硫化氢气体的浓度，所述排水管的管道参数包括管道流态、管道形状、管长、管径、坡降、粗糙率以及管道流量。进一步，所述步骤S2中所述水质模块用于计算水相中有机物的水解、SF的好氧贮藏、SF的厌氧贮藏、XH好氧生长、XH厌氧生长、XH的好氧呼吸、XH的厌氧呼吸、XSTO的好氧呼吸、XSTO厌氧呼吸、硝化作用、XA的好氧呼吸以及XA的厌氧呼吸的微生物反应速率，并进行温度校正。进一步，所述步骤S2中动态生物膜模块是通过以下方式建立的：S21、获取初始状态下生物膜的分层数、单层厚度、每个分层中的每类溶解态物质以及每个分层中的每类颗粒态物质后，结合下式进行计算，并不断调整单层厚度、每个分层中的每类溶解态物质以及每个分层中的每类颗粒态物质，直到满足下式后获得动态生物膜模型： ϵ l + Σ i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
排水管道中硫化氢产生量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对排水管内的污水进行密集采样特性分析，测得实时的进水水质参数和出水水质参数，同时获得该排水管的管道参数；S2、基于ASM3模型，建立水质模块、动态生物膜模块和液‑气扩散模块，形成硫化氢产生量的预测模型，并将进水水质水量参数和排水管的管道参数作为该预测模型的输入；S3、获取用户输入的预测模型的模拟参数以及生物膜初始值；S4、运行预测模型，采用水质模块进行水质参数计算，并采用动态生物膜模块进行生物膜的动态变化计算、物理作用模拟和生物化学作用模拟，进而在到达管道生物膜稳定期后，获得稳定的生物膜参数；S5、将管道参数和实时的进水水质水量参数作为预测模型的输入，运行预测模型计算获得气、水和生物膜内物质的浓度，并按设定时间输出每隔一段时间的排水管道末端出水的硫化物和硫化氢气体浓度；S6、根据预测获得的每个时刻的硫化氢气体浓度与其对应的出水水质水量参数中的硫化氢气体浓度之间的差值，对预测模型进行校准；S7、采用校准后的预测模型对排水管道中硫化氢的产生量进行实时预测。

【技术特征摘要】
1.排水管道中硫化氢产生量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对排水管内的污水进行密集采样特性分析，测得实时的进水水质参数和出水水质
参数，同时获得该排水管的管道参数；
S2、基于ASM3模型，建立水质模块、动态生物膜模块和液-气扩散模块，形成硫化氢产生
量的预测模型，并将进水水质水量参数和排水管的管道参数作为该预测模型的输入；
S3、获取用户输入的预测模型的模拟参数以及生物膜初始值；
S4、运行预测模型，采用水质模块进行水质参数计算，并采用动态生物膜模块进行生物
膜的动态变化计算、物理作用模拟和生物化学作用模拟，进而在到达管道生物膜稳定期后，
获得稳定的生物膜参数；
S5、将管道参数和实时的进水水质水量参数作为预测模型的输入，运行预测模型计算
获得气、水和生物膜内物质的浓度，并按设定时间输出每隔一段时间的排水管道末端出水
的硫化物和硫化氢气体浓度；
S6、根据预测获得的每个时刻的硫化氢气体浓度与其对应的出水水质水量参数中的硫
化氢气体浓度之间的差值，对预测模型进行校准；
S7、采用校准后的预测模型对排水管道中硫化氢的产生量进行实时预测。
2.根据权利要求1所述的排水管道中硫化氢产生量的预测方法，其特征在于，所述进水
水质水量参数和出水水质水量参数均包括pH值、温度以及挥发性有机酸、溶解氧、硫酸盐、
溶解性硫化物、总硫化物、总化学需氧量、溶解性化学需氧量、挥发性悬浮物、氨氮、硝态氮、
和气相硫化氢气体的浓度，所述排水管的管道参数包括管道流态、管道形状、管长、管径、坡
降、粗糙率以及管道流量。
3.根据权利要求1所述的排水管道中硫化氢产生量的预测方法，其特征在于，所述步骤
S2中所述水质模块用于计算水相中有机物的水解、SF的好氧贮藏、SF的厌氧贮藏、XH好氧生
长、XH厌氧生长、XH的好氧呼吸、XH的厌氧呼吸、XSTO的好氧呼吸、XSTO厌氧呼吸、硝化作用、XA的好氧呼吸以及XA的厌氧呼吸的微生物反应速率，并进行温度校正。
4.根据权利要求1所述的排水管道中硫化氢产生量的预测方法，其特征在于，所述步骤
S2中动态生物膜模块是通过以下方式建立的：
S21、获取初始状态下生物膜的分层数、单层厚度、每个分层中的每类溶解态物质以及
每个分层中的每类颗粒态物质后，结合下式进行计算，并不断调整单层厚度、每个分层中的
每类溶解态物质以及每个分层中的每类颗粒态物质，直到满足下式后获得动态生物膜模
型：
ϵ l + Σ i = 1 n ϵ X i , j f = 1 ϵ l = 0.2 + ( 0.5 500 * 0.25 ( 10 3 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：江峰，梁爽，梁振声，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44