專利名稱：水質(zhì)模擬方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含工業(yè)廢水或工廠廢水的廢水的處理，更詳細(xì)地，涉及在含有具有生物分解性的化合物成分的廢水的生物學(xué)需氧處理工藝中的水質(zhì)模擬方法和裝置。本申請主張2008年11月14日向日本申請的特愿2008-292519號的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容引用于此。
背景技術(shù)：
近年的封閉性水域的水質(zhì)規(guī)定處于強化趨勢，下水道、工業(yè)廢水、工廠廢水的對策是當(dāng)務(wù)之急。為了遵守水質(zhì)規(guī)定值，需要預(yù)測將哪個成分處理到哪種程度為止才滿足標(biāo)準(zhǔn)。 以往，在下水通領(lǐng)域中，采用了活性污泥法等利用生物學(xué)處理工藝的污水的處理方法。其運轉(zhuǎn)管理大多主要基于管理者的經(jīng)驗而進(jìn)行，難以得到穩(wěn)定的處理水質(zhì)。例如，在流入水質(zhì)改變的情況下，應(yīng)該改變的操作條件、操作量在各個污水處理場中不同。因此，作為不依賴于管理者的經(jīng)驗的水質(zhì)預(yù)測和運轉(zhuǎn)支援工具，提出了 IWA(國際水協(xié)會)提倡的活性污泥模型(Activated Sludge Model ；ASM)?；钚晕勰嗄Ｐ痛篌w由以下工序構(gòu)成(1)將流入廢水的COD濃度根據(jù)溶解性不活潑性有機物、易分解性有機物、浮游不活潑性有機物、慢速分解性有機物等的性質(zhì)來劃分，分別設(shè)定成COD濃度基礎(chǔ)的變量；(2)在異養(yǎng)生物的增殖和自分解等各個工藝中，設(shè)定變量間的化學(xué)計量和工藝的反應(yīng)速度公式；(3)通過耗氧速度試驗或來自水質(zhì)的實測數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，確定化學(xué)計量系數(shù)和反應(yīng)速度常數(shù)的參數(shù)；(4)實行模擬，計算出生物處理槽、處理水的COD濃度等。該活性污泥模型作為管理工具而被提出，并提出了使用了活性污泥模型的污水處理管理系統(tǒng)(以下，參照專利文獻(xiàn)1)。另一方面，對于具有與污水不同的成分的工業(yè)廢水或工廠廢水等，也進(jìn)行利用生物學(xué)處理工藝的工業(yè)廢水或工廠廢水的處理。但是，對于這些廢水，沒有在水質(zhì)模擬方法中應(yīng)用活性污泥模型的先例。尤其是由鋼鐵廠的焦炭工廠產(chǎn)生的廢水被稱作氨水，并以苯酚、硫代硫酸、硫氰酸為主要成分，但是，它們是不包含在污水中的成分，未見對于活性污泥模型的適用性進(jìn)行了研究的先例?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2003-300093公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 ；味埜俊、活性污泥 7 >、日本、株式會社環(huán)境新聞社、2005年1月 31日非專利文獻(xiàn) 2 ；J. S. Cech> J. Chudoba and P. Grau、Determination ofKineticConstants of Activated Sludge Microorganisms> Water Science andTechnology、Vol. 17、pp. 259-272U98
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題如上所述，作為生物學(xué)需氧處理中的水質(zhì)模擬方法，一般使用活性污泥模型，但是，沒有應(yīng)用于工業(yè)廢水或工廠廢水的生物學(xué)需氧處理的先例。作為其原因，可舉出以下兩
點ο(1)在活性污泥模型中，可舉出以下情況；僅對污水那樣的混合有多種成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理時的流入廢水和處理水的COD濃度進(jìn)行預(yù)測，但是不能預(yù)測具有生物分解性的化合物成分的濃度。例如，在焦炭制造過程中產(chǎn)生的氨水中，氨水中所含的苯酚是廢水標(biāo)準(zhǔn)項目之一，需要通過模擬來預(yù)測苯酚濃度，但是，在活性污泥模型中，特別是對氨水那樣的混合有多種成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理后的處理水中的苯酚濃度難以進(jìn)行預(yù)測，因此，將活性污泥模型適用于工業(yè)廢水或工廠廢水中的意義較小。(2)在工業(yè)廢水或工廠廢水中含有溶解性慢速分解性的有機物(表面活性劑，例如直鏈烷基苯磺酸等)、或者無機物(例如，硫代硫酸、硫氰酸)。但是，在活性污泥模型中， 在作為對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，未考慮對模型的氧平衡造成的影響。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，難以將活性污泥模型應(yīng)用于工業(yè)廢水或工廠廢水中。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種水質(zhì)模擬方法和裝置，該方法和裝置在生物反應(yīng)槽內(nèi)對含有具有生物分解性的化合物成分的工業(yè)廢水或工廠廢水等廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理的工藝中構(gòu)建新的活性污泥模型，在生物學(xué)需氧處理后能夠推定廢水中的該化合物的濃度如何變化。用于解決問題的手段本發(fā)明的目的在于提供一種能夠應(yīng)用于含有具有生物分解性的化合物成分的工業(yè)廢水或工廠廢水的水質(zhì)模擬方法，該方法通過對廢水中的各種成分進(jìn)行劃分，并對各種成分設(shè)定將成分分解的細(xì)菌的種類和變量以及反應(yīng)工藝，從而利用了活性污泥模型的生物學(xué)需氧處理工藝的模擬成為可能，求出處理水中的成分濃度，進(jìn)而，即使是含有溶解性慢速分解性成分的廢水，由于對廢水中的各種成分進(jìn)行劃分，因此不存在使用溶解性慢速分解性成分這一概念，利用了活性污泥模型的生物學(xué)需氧處理工藝的模擬成為可能。具體而言，本發(fā)明為以下的[1] W][1] 一種水質(zhì)模擬方法，其是在生物反應(yīng)槽內(nèi)對含有具有生物分解性的化合物成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理的工藝中的水質(zhì)模擬方法，其包含以下工序分析工序，其對流入到所述生物反應(yīng)槽中的所述廢水中的所述化合物成分的各成分濃度進(jìn)行分析；COD換算工序，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個 COD濃度的相互關(guān)系，將各成分濃度的分析值換算成各成分的COD濃度；參數(shù)設(shè)定工序，其設(shè)定作為化學(xué)計量參數(shù)的增殖收率、作為反應(yīng)速度公式參數(shù)的飽和常數(shù)、最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度；
溶解氧濃度測定工序，其測定所述生物反應(yīng)槽的溶解氧濃度；計算工序，其使用所述各成分的COD濃度、所述增殖收率、所述飽和常數(shù)、所述最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度、以及溶解氧濃度，通過下述運算式(1)計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中各成分的COD濃度，[數(shù)學(xué)式1]{式中，Ci為各成分濃度，i為表示各成分的連續(xù)編號，Pu為化學(xué)計量參數(shù)，j為表示各工藝的連續(xù)編號，并且為反應(yīng)速度公式(包含反應(yīng)速度公式參數(shù)的速度公式)。}； 以及成分濃度換算工序，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個COD濃度的相互關(guān)系，將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的COD濃度換算成各成分濃度。[2]根據(jù)上述[1]所述的水質(zhì)模擬方法，其中，所述參數(shù)設(shè)定工序使用下述方法 (1)和方法O)中任意的方法來設(shè)定所述化學(xué)計量參數(shù)和所述反應(yīng)速度參數(shù)，所述方法(1)為使用在所述流入的廢水和處理水中事先按照時間序列另外采集的各個具有生物分解性的化合物成分濃度和溶解氧濃度，通過校準(zhǔn)來確定的方法；所述方法( 為分別對于所述各成分，各成分單獨地進(jìn)行所述生物學(xué)需氧處理， 連續(xù)地測定溶解氧濃度，由該測定值計算出耗氧速度，由該計算出的耗氧速度的數(shù)據(jù)來確定的方法。[3]根據(jù)權(quán)利要求[1]或[2]所述的水質(zhì)模擬方法，其中，所述廢水為在焦炭制造工序中產(chǎn)生的氨水，在所述化合物成分中，有機物成分為苯酚，并且，無機物成分為硫代硫酸和硫氰酸；對于硫代硫酸和硫氰酸的模擬，具有下述工序硫換算工序，其對硫代硫酸和硫氰酸濃度進(jìn)行硫換算來代替所述COD換算工序；硫計算工序，其計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽中進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的硫濃度；以及硫再換算工序，其將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的硫濃度再換算成硫代硫酸濃度和硫氰酸濃度。[4] 一種水質(zhì)模擬裝置，其為在生物反應(yīng)槽內(nèi)對含有具有生物分解性的化合物成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理的工藝中使用的水質(zhì)模擬裝置，其包含以下機構(gòu)分析機構(gòu)，其對流入到所述生物反應(yīng)槽中的所述廢水中的所述化合物成分的各成分濃度進(jìn)行分析；COD換算機構(gòu)，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個 COD濃度的相互關(guān)系，將各成分濃度的分析值換算成各成分的COD濃度；參數(shù)設(shè)定機構(gòu)，其設(shè)定作為化學(xué)計量參數(shù)的增殖收率、作為反應(yīng)速度公式參數(shù)的飽和常數(shù)、最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度；溶解氧濃度測定機構(gòu)，其測定所述生物反應(yīng)槽的溶解氧濃度；
計算機構(gòu)，其使用所述各成分的COD濃度、所述增殖收率、所述飽和常數(shù)、所述最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度、以及溶解氧濃度，通過下述運算式(1)計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的COD濃度，[數(shù)學(xué)式2]
權(quán)利要求
1. 一種水質(zhì)模擬方法，其是在生物反應(yīng)槽內(nèi)對含有具有生物分解性的化合物成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理的工藝中的水質(zhì)模擬方法，其包含以下工序分析工序，其對流入到所述生物反應(yīng)槽中的所述廢水中的所述化合物成分的各成分濃度進(jìn)行分析；COD換算工序，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個COD 濃度的相互關(guān)系，將各成分濃度的分析值換算成各成分的COD濃度；參數(shù)設(shè)定工序，其設(shè)定作為化學(xué)計量參數(shù)的增殖收率、作為反應(yīng)速度公式參數(shù)的飽和常數(shù)、最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度； 溶解氧濃度測定工序，其測定所述生物反應(yīng)槽的溶解氧濃度； 計算工序，其使用所述各成分的COD濃度、所述增殖收率、所述飽和常數(shù)、所述最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度、以及溶解氧濃度，通過下述運算式(1)計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的COD濃度，式中，Ci為各成分濃度，i為表示各成分的連續(xù)編號，Pij為化學(xué)計量參數(shù)，j為表示各工藝的連續(xù)編號，并且P j為反應(yīng)速度公式，所述反應(yīng)速度公式為包含反應(yīng)速度公式參數(shù)的速度公式；以及成分濃度換算工序，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個 COD濃度的相互關(guān)系，將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的COD濃度換算成各成分濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水質(zhì)模擬方法，其中，所述參數(shù)設(shè)定工序使用下述方法(1)和方法O)中任意的方法來設(shè)定所述化學(xué)計量參數(shù)和所述反應(yīng)速度公式參數(shù)，所述方法(1)為使用在所述流入的廢水和處理水中事先按照時間序列另外采集的各個具有生物分解性的化合物成分濃度和溶解氧濃度，通過校準(zhǔn)來確定的方法；所述方法( 為分別對于所述各成分，各成分單獨地進(jìn)行所述生物學(xué)需氧處理，連續(xù)地測定溶解氧濃度，由該測定值計算出耗氧速度，由該計算出的耗氧速度的數(shù)據(jù)來確定的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水質(zhì)模擬方法，其中，所述廢水為在焦炭制造工序中產(chǎn)生的氨水，在所述化合物成分中，有機物成分為苯酚，并且，無機物成分為硫代硫酸和硫氰酸；對于硫代硫酸和硫氰酸的模擬，具有下述工序硫換算工序，其對硫代硫酸和硫氰酸濃度進(jìn)行硫換算來代替所述COD換算工序；硫計算工序，其計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽中進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的硫濃度；以及硫再換算工序，其將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的硫濃度再換算成硫代硫酸濃度和硫氰酸濃度。
4.一種水質(zhì)模擬裝置，其為在生物反應(yīng)槽內(nèi)對含有具有生物分解性的化合物成分的廢水進(jìn)行生物學(xué)需氧處理的工藝中使用的水質(zhì)模擬裝置，其包含以下機構(gòu)分析機構(gòu)，其對流入到所述生物反應(yīng)槽中的所述廢水中的所述化合物成分的各成分濃度進(jìn)行分析；COD換算機構(gòu)，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個COD 濃度的相互關(guān)系，將各成分濃度的分析值換算成各成分的COD濃度；參數(shù)設(shè)定機構(gòu)，其設(shè)定作為化學(xué)計量參數(shù)的增殖收率、作為反應(yīng)速度公式參數(shù)的飽和常數(shù)、最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度； 溶解氧濃度測定機構(gòu)，其測定所述生物反應(yīng)槽的溶解氧濃度； 計算機構(gòu)，其使用所述各成分的COD濃度、所述增殖收率、所述飽和常數(shù)、所述最大比增殖速度、以及將所述化合物成分分解的細(xì)菌的種類和濃度、以及溶解氧濃度，通過下述運算式(1)計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的COD濃度，式中，Ci為各成分濃度，i為表示各成分的連續(xù)編號，Pij為化學(xué)計量參數(shù)，j為表示各工藝的連續(xù)編號，并且P j為反應(yīng)速度公式，所述反應(yīng)速度公式為包含反應(yīng)速度公式參數(shù)的速度公式；以及成分濃度換算機構(gòu)，其基于所述各成分濃度與選自C0D&、CODsfa和理論耗氧量中的一個 COD濃度的相互關(guān)系，將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的COD濃度換算成各成分濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水質(zhì)模擬裝置，其中，所述參數(shù)設(shè)定機構(gòu)使用下述機構(gòu)(1)和機構(gòu)O)中任意的機構(gòu)來設(shè)定所述化學(xué)計量參數(shù)和所述反應(yīng)速度公式參數(shù)，所述機構(gòu)(1)為使用在所述流入的廢水和處理水中事先按照時間序列另外采集的各個具有生物分解性的化合物成分濃度和溶解氧濃度，通過校準(zhǔn)來確定的機構(gòu)；所述機構(gòu)( 為分別對于所述各成分，各成分單獨地進(jìn)行所述生物學(xué)需氧處理，連續(xù)地測定溶解氧濃度，由該測定值計算出溶解氧濃度，由該計算出的耗氧速度的數(shù)據(jù)來確定的機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的水質(zhì)模擬裝置，其中，所述廢水為在焦炭制造工序中產(chǎn)生的氨水，在所述化合物成分中，有機物成分為苯酚，并且，無機物成分為硫代硫酸和硫氰酸；對于硫代硫酸和硫氰酸的模擬，具有下述機構(gòu)硫換算機構(gòu)，其對硫代硫酸和硫氰酸濃度進(jìn)行硫換算來代替所述COD換算機構(gòu)；硫計算機構(gòu)，其計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽中進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的硫濃度；以及硫再換算機構(gòu)，其將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的硫濃度再換算成硫代硫酸濃度和硫氰酸濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水質(zhì)模擬方法和裝置，該方法包含下述工序分析工序，其對流入到生物反應(yīng)槽中的廢水中的化合物成分的各成分濃度進(jìn)行分析；COD換算工序，其將所述各成分濃度的分析值換算成各成分的COD濃度；參數(shù)設(shè)定工序，其設(shè)定化學(xué)計量參數(shù)和反應(yīng)速度公式參數(shù)；溶解氧濃度測定工序，其測定所述生物反應(yīng)槽的溶解氧濃度；計算工序，其使用所述各成分的COD濃度、參數(shù)以及溶解氧濃度，計算出在所述生物學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)進(jìn)行了所述生物學(xué)需氧處理后的處理水中的各成分的COD濃度；以及成分濃度換算工序，其將該計算出的生物學(xué)處理水的各成分的COD濃度換算成各成分濃度。
文檔編號C02F3/12GK102209688SQ200980144768
公開日2011年10月5日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者佐藤弘泰, 加藤敏朗, 加藤文隆, 味埜俊, 莊司仁 申請人:國立大學(xué)法人 東京大學(xué), 新日本制鐵株式會社