[发明专利]一种活性污泥污水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法

权利要求书

1.一种活性污泥体系中水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

将活性污泥视为固相，该固相与曝入活性污泥系统中的气相（气泡）以及液相（污水）构成三相复合体系，采用多相流运动方程描述污水处理系统中的“泥-水-气”的运动特征及相间物理作用；进一步结合氧传质方程和污染物迁移转化方程，将污水与空气间发生的氧传质过程及活性污泥与污水间所发生的生化反应模型以源项的形式耦合进多相流运动方程中得到耦合方程，进而能够准确地预测系统中溶解氧的分布特征、污染物的迁移转化特征以及相间的生化作用特征。

2.权利要求1的模拟方法，所述的多相流运动方程为：

连续方程：

∂∂t(αqρq)+▿·(αqρqv→q)=Σp=13(mpq-mqp)+Sq---(1)]]>

动量方程为：

∂∂t(αqρqv→q)+▿·(αqρqv→qv→q)=-αq▿p+▿·τq+αqρqg→+Σp=1n(R→pq+mpqv→pq-mqpv→qp)]]>

+(Fq→+F→lift,q+F→vm,q)---(2)]]>

式中p为压力项，相间作用力，为从第p相至第q相间的传质速度，为因从第p相至第q相的传质作用而引起的动量变化，为外部作用体积力,为升力,为虚拟质量力，τ_q为第q相的压力张量：

k-ε紊动方程为：

∂∂t(αqρqkq)+▿·(αqρqv→qkq)=▿·(αqμqσk▿kq)+αqGk,q-αqρqϵq+αqρqΠkq---(3)]]>

∂∂t(αqρqϵq)+▿·(αqρqv→qϵq)=▿·(αqμqσϵ▿ϵq)+αqϵqkq(C1ϵGk,q-C2ϵρqϵq)+αqρqΠϵq---(4)]]>

式中k_q为单位质量的第q相的紊动能，ε_q为第q相的紊动消散率，G_k,q为第q相由速度梯度而产生的紊动能，C_1ε及C_2ε为常数，σ_k及σ_ε为紊动Prandtl值。∏_kq及∏_εq表示离散相对连续相的作用。

所述的污染物迁移转化方程：

可溶性污染物被定义为液相中的组分，颗粒态的污染物及自养菌和异养菌被定义为固相中的组分，氧气被定义为气相中的组分，这些组分在各自的相态中以对流—扩散的形式运动，控制方程为：

∂∂t(αkρkYk,i)+▿·(αkρkv→kYk)=-▿·(αkJ→k,i)+m.k,i+Rk,i---(5)]]>

式中Y_k，i为组分i在k相中的质量比例，为组分i在k相中因传质而导致的质量变化,R_k，i为组分i在k相中因化学反应而产生或消耗的量，及R_k,i均为源汇项，为组分i在k相中的扩散项，其可由以下公式计算：

J→k,i=-(ρkDk,i+μt,mSct)▿Yk,i---(6)]]>

式中D_k,i组分i在k相中的扩散系数,Sc_t为紊动Schmidt数。

所述的氧传质方程为：

考虑到污水中氧传质速率与清水中氧传质速率有所区别，特构建以下氧传质模型：

式中K_La_L为氧传质速率，α为氧传质修正系数，α_g为气相的体积含量，D_L为氧气在水中的扩散系数，U_slip为气泡的漂移速度，d_b为气泡直径。为将氧传质过程耦合进组分输移方程中，需将式（7）以的形式耦合至式（5）中。

所述生化反应模型如下表：

为将生化反应过程耦合进组分输移方程中，需将反应速率以R_k,i的形式耦合至式（5）中。例如，因异养菌好氧生长而消耗的快速生物降解有机物S_S的速率需以源项R_k，i的形式耦合至式（5）中。