[发明专利]污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型及预测方法

说明书

本发明公开了一种污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型及预测方法，属于污水处理技术领域，所述预测模型是利用污水厂活性污泥处理段的运行参数、进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数建立的ASM‑OMPs预测模型，可解决在实际污水处理过程中有机微污染物定量费时费力，浓度变化规律难以预测的问题。所述预测方法为：(1)确定反应体系中涉及的关键组分和过程，构建ASM‑OMPs预测模型的矩阵网络；(2)测定污水组分，初始化ASM‑OMPs预测模型；(3)对ASM‑OMPs预测模型参数进行灵敏度分析和校准；(4)优化ASM‑OMPs预测模型并预测一定时间范围内污水中有机微污染物浓度的连续变化规律。本发明的预测方法具有快速预测、准确定量、操作简便等优点，对解决污水水质问题具有现实意义。

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型及预测方法。

背景技术

有机微污染物(Organic micropollutants,OMPs)是指含量少且有毒有害难降解的污染物，其中包括药品与个人护理品、多环芳烃、有机农药等。污水处理厂出水是OMPs进入水环境的主要途径之一。尽管污水处理厂出水中OMPs浓度不高(ng/L-ug/L)，但OMPs长期暴露会对生态环境和人体健康产生不利影响，因此预测污水中OMPs的浓度变化从而掌握其去除规律是目前急需解决的问题。

活性污泥工艺是目前污水处理厂去除OMPs的主要工艺。目前对OMPs的定量方法为液相色谱技术、液相色谱-质谱联用技术等分析技术，这类技术存在经济成本高、费时费力等缺陷，同时OMPs在活性污泥工艺中的去除受到运行参数、水质参数、微生物的生长代谢等多种因素影响，因此实际污水中OMPs浓度变化规律难以准确预测。数学模型是预测并精准调控复杂条件下污染物去除规律的重要手段。国际水协会于1986年起相继推出活性污泥1、2、2d、3号模型，活性污泥模型利用矩阵表达系统中涉及的关键组分和过程，通过定量描述与物质降解、微生物生长等过程相关的动力学和化学计量系数，解释系统内部的各个主要活动，并能外推出其他实验条件下的过程，进行更有效的实验设计。活性污泥模型已广泛应用于预测碳氮磷等传统物质的去除。随着污水中OMPs等新兴污染物的不断增加及其潜在的不利影响，如何修改和扩展已有的活性污泥模型以适用于预测污水中OMPs浓度变化规律是一个挑战。Plósz等人(2010)提出可用于评价外源痕量物质去除的活性污泥模型(ASM- X)，该模型仅包括液相中母体化合物和可逆转化化合物以及固相中的吸附化合物三个组分，不考虑其余可溶性化合物和生物量组分，无法将OMPs的去除规律与运行参数、水质参数、微生物的生长代谢等实际复杂条件联系起来。因此，如何开发适用于预测实际活性污泥体系复杂条件下OMPs的浓度变化规律有待研究。

发明内容

本发明的目的是要解决在实际活性污泥处理过程中，现有有机微污染物定量方法费时费力，且无法对其连续变化规律进行准确预测的问题，进而提供一种污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型及其应用。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种污水中有机微污染物浓度变化规律的预测模型，是基于有机微污染物在活性污泥体系中的生物降解机制，利用污水厂活性污泥处理段进水中的组分浓度、动力学参数和化学计量数建立的 ASM-OMPs预测模型，具体建立方法为：

(a)选择活性污泥系统中有机微污染物去除所涉及的主要组分，包括具有有机微污染物降解性能的微生物氨氧化细菌和异养菌，微生物生长代谢所需的有机物、氨氮、亚硝氮、硝氮等基质和颗粒惰性物质、颗粒慢速降解物质等衰减产物；

(b)对COD、氮和微生物这些组分进行实测定量，并将组分初始值输入ASM-OMPs预测模型；

(c)选择活性污泥系统中有机微污染物的不同去除过程，包括直接代谢和共代谢生物降解过程，以及微生物的生长代谢与衰减过程；采用Monod动力学描述微生物的生长和对有机微污染物的代谢；