專利名稱：基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能科學與環(huán)境工程學科領域，具體涉及一種三維細胞自動機的動態(tài)
可視化模型。該模型實時地展示了污水處理的凈化過程，通過直觀觀測微生物和有機污染
物的反應變化，可以及時監(jiān)測出水水質BOD，便于實時指導控制的決策，便于污水處理廠的 設計和動態(tài)模擬。
背景技術：
隨著國民經濟的增長和公眾環(huán)保意識的增強，污水處理技術迎來了前所未有的發(fā) 展機遇，然而由于污水處理廠的復雜性，以及反應過程的不可重復性和不可再現(xiàn)性等特點， 使得預測的模型不利于控制的決策，控制方法比較落后，因此，建立更可靠完善實用的可視 化污水處理系統(tǒng)的模型，已成為污水控制工程領域研究的重要課題。因此，本發(fā)明的研究成 果具有廣闊的應用前景。 由于具有處理效果好、運行成本低等特點，污水的活性污泥法生物處理已成為污 水處理的一項基本與主要的方法?；钚晕勰辔鬯幚磉^程是一個復雜的生化反應過程，它 是利用活性污泥的吸附和生化氧化作用來分解去除廢水中的有機物質，從而使廢水得到凈 化。該過程具有高度非線性、時變、不確定性和時滯等特點，因此模型的建立異常困難。
目前活性污泥系統(tǒng)的模型主要有ASM系列模型、智能模型以及混合模型。ASM系列 模型中許多定量關系是由經驗得到的，未知參數(shù)多，不確定參數(shù)在不同的環(huán)境呈現(xiàn)不確定 變化。智能模型與ASM系列模型相比并非優(yōu)越，只是當對問題的機理不甚了解或不能用數(shù) 學模型表明的系統(tǒng)，智能建模往往是最有利的工具。智能模型是一種"黑箱模型"，這種建模 方法限制了人們對污水生物處理機理的認識和研究?；旌夏Ｐ褪菍⑶皟煞N模型相結合的模 型，它綜合了兩者的優(yōu)勢，但是增加了模型的復雜性，沒有克服兩種模型的缺陷，不利于活 性污泥系統(tǒng)的控制和應用。同時，以上模型均未實現(xiàn)污水處理過程的可視化，限制了人們對 其生物機理的認識和研究，不能實時觀測污水處理的凈化過程，以及不能及時監(jiān)測出水水 質，從而不便于污水處理廠控制的設計和動態(tài)模擬。

發(fā)明內容
由于二維模型在活性污泥動力學基礎上定量的設計了演化規(guī)則，該規(guī)則下，粒子 的分布不能超過一定的密度，否則易產生局部反應。為了更加真實的反應了污水處理的動 態(tài)演化過程，本發(fā)明在二維模型的基礎上，結合活性污泥動力學特性和細胞自動化的特性 設計了一種三維的動態(tài)變化的概率演化規(guī)則，提出了三維的格子氣細胞自動機的改進模 型。 該模型基于三維格子氣細胞自動機，通過對微生物的增殖規(guī)律和活性污泥的動力 學模型分析，設計了微生物吸附與代謝的概率演化規(guī)則；不同階段，微生物的演化概率不 同，解決了污水處理過程的復雜性問題；通過實時觀測污水處理的凈化過程，可以及時監(jiān)測 出水水質BOD，便于實時指導控制的決策，便于污水處理廠的設計和動態(tài)模擬。
本發(fā)明的具體技術方案包括以下步驟
(1)設計細胞結構 采用如圖1所示的三維格子氣細胞自動機模型，細胞自動機的細胞結構由立方體 表示，立方體的中心結點表示為細胞的靜止結點，立方體的六個面的中心結點表示為細胞 的擴散結點，立方體組成的三維網絡表示粒子的反應空間；細胞的狀態(tài)由結點的狀態(tài)表示， 每個結點的狀態(tài)表示粒子的存在或不存在，存在表示有反應粒子，不存在表示無粒子；
用Ci標記結點狀態(tài)，其中i G {0，1，2，3，4，5，6}表示細胞的七個結點。當1=0 時，表示靜止結點；當iG {1，2，3，4，5，6}，表示擴散結點。Ci取值為0或1， 1表示該結點 存在粒子，O表示該結點不存在粒子。Ni(t， r)表示在t時刻，細胞r內第i個結點的粒子 狀態(tài)，S(t，r)表示為當前時刻細胞r的狀態(tài)。則t時刻細胞r的狀態(tài)表示為
<formula>formula see original document page 5</formula> (2)確定粒子狀態(tài) 由于活性污泥法凈化廢水的過程實質是有機物污染物作為營養(yǎng)物質被活性污泥
微生物攝取、代謝與利用的過程，所以本發(fā)明確定擴散結點粒子狀態(tài)為有機污染物、吸附有
機物、生成微生物、氣體四種狀態(tài)；靜止結點粒子狀態(tài)為微生物、氣體兩種狀態(tài)； 有機污染物的狀態(tài)為2，具有自由擴散功能；吸附有機物的狀態(tài)為4，表示被細胞
內的微生物粒子吸附，是靜止的；生成微生物的狀態(tài)是l，表示吸附有機物被細胞內的微生
物粒子合成自身物質，由于該粒子沒有經過馴化，所以不具有吸附和代謝功能，可自由擴
散；氣體的狀態(tài)是O，表示吸附有機物被細胞內的微生物粒子分解代謝成氣體和水；微生物
的狀態(tài)是3，表示該粒子是馴化好的微生物，具有代謝和吸附的功能。為了滿足排他原理，對
于每個結點，最多有一個粒子。 當iG {1，2，3，4，5，6}，即i為擴散結點時，Ni(t，r) G {0， 1， 2， 4}，表示該結點當 前的粒子狀態(tài)能夠取氣體、生成微生物、有機物、被吸附的有機物四種狀態(tài)。當i = 0，即i 為靜止結點時，N。(t，r) G {0，3}，表示靜止結點的粒子狀態(tài)只能取氣體、微生物兩種狀態(tài)。
(3)建立模型 該模型以nXnXm的長方體作為容器，nXnXn的立方體作為容器中污水反應空 間(m>=n);將污水反應空間劃分為LXLXL個結點作為初始模型的靜止結點。由于每 個細胞只有一個靜止結點，所以靜止結點個數(shù)也是細胞的個數(shù)；(L+1) X (L+l) X (L+l)個 結點作為初始模型的擴散結點，L為整數(shù)；
(4)設定模型的初始化狀態(tài) 由于初始時刻粒子還沒有參與反應，該模型在初始時刻只有微生物和有機污染物 兩種狀態(tài)；微生物分布在靜止結點，有機污染物分布在擴散結點上，考慮到狀態(tài)是有一定程 度的隨機性，初始時刻某狀態(tài)在結點以概率a出現(xiàn)，或以概率l-a不出現(xiàn)，即服從概率上的 (0-1)分布，其中，O < a < 1 ;
(5)設計演化規(guī)則 細胞中每個相同狀態(tài)的粒子具有相同的質量濃度，粒子的變化影響微生物和有機 物的濃度大小。細胞自動機中每個細胞下一時刻的狀態(tài)只依賴該時刻它的細胞狀態(tài)，因此 其演化規(guī)則具有局部特性，并對所有細胞是同一的，并同時應用于每一個細胞。
5
在細胞自動機的模型中，時間t被離散化，且對于每個離散狀態(tài) t = k A T (2) 其中，k二 {0，1，2，...}是離散時間序列，AT為離散時間間隔。 模型的演化規(guī)則主要包括三個過程擴散過程、反應過程、沉降過程。 ①擴散過程。 如果t時刻
6 S(rJ) = 2c,W,(,，。 + 0 (3) 即靜止結點沒有微生物粒子，則擴散結點的粒子做擴散運動，此時，該運動保持粒 子數(shù)守恒。擴散運動主要分為兩種情況。 當擴撒結點無吸附有機物粒子時，粒子將在細胞內做自由擴散運動，則t+AT時 刻該細胞的狀態(tài)S(r， t+AT)為 S(r， t+AT) = c^N^c^Ni+CsNA+qNs+CsNe+CeNs (4) 當擴散結點有吸附有機物粒子時，該結點的吸附粒子靜止。如果其它擴散結點有 粒子，粒子將在其它格位之間做自由擴散運動。
②反應過程
如果t時刻
6 SOV) = J]c,7V,( ) + 3 (5) 即靜止結點有被馴化好的微生物粒子，該微生物粒子具有吸附、分解和合成該細 胞內擴散結點有機物的功能，同時也具有內源呼吸的功能。微生物代謝是建立在吸附基礎 上的，即有機物只有被微生物吸附了 ，才有可能被分解代謝或合成代謝。
基于以上分析，反應過程的演化規(guī)則主要分為以下四個規(guī)則。 吸附規(guī)則當此時微生物的增長沒有進入穩(wěn)定期時(即微生物增長期增長量> 0. 8mg/L)，有機污染物粒子將以概率P。被微生物攝取為吸附有機物，由于有機物被吸附與 靜止結點的微生物和擴散結點的有機物有關，所以吸附概率與微生物和有機物的分布有 關，即 (6)
P = PUP22 (7) 式中，A S表示A T內有機物的濃度增加量，mg/L ;S是t時刻有機物的濃度，mg/ L ;P表示t時刻有機物的分布在微生物周圍的概率；PU表示t時刻每個格位微生物的占有 概率；P22表示t時刻每個格位上有機物的占有概率。 分解代謝規(guī)則該過程為合成代謝提供能量。當此時微生物的增長沒有進入穩(wěn) 定期時，且合成代謝沒有能量時，每個吸附有機物粒子將以概率Pi被微生物分解成氣體、 水和能量。由于每分解一個有機物粒子的能量，可以供微生物合成兩個微生物粒子(基于 Mcki皿ey模型)，因此吸附有機物被分解與合成的概率比值二 1 : 2。又由于分解代謝與合 成代謝是建立在有機物被吸附的基礎上，且每一時步只能發(fā)生一種反應，所以微生物的代 謝概率等于有機物上一時刻的吸附概率。則分解概率Pi為上一時刻吸附概率的1/3，即
6《=尸。兮 (8) . 式中，P。'表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率。 合成代謝規(guī)則該過程消耗能量，為微生物增長階段。當此時微生物的增長沒有進 入穩(wěn)定期時，且細胞具有能量時，每個吸附有機物粒子將以概率P2被微生物合成生成微生 物，且合成概率P2為上一時刻吸附概率的2/3，即
尸2=《 (9)
式中，P。'表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率。 內源呼吸規(guī)則當此時微生物的增長進入穩(wěn)定期后(即微生物增長期增長量< = 0. 8mg/L)，進入內源呼吸階段。在此階段，每個生成微生物以概率P3被活性污泥微生物內 源呼吸氧化成氣體、水和能量，產生的能量用來維持生命活動。由于內源呼吸掉的微生物是 生成微生物，所以內源呼吸概率與生成微生物的概率分布有關，即 尸1=~^ (10) 3 az尸 P, =PnP22, 式中，AX表示AT內微生物的濃度增加量，mg/L ; AX'表示t時刻生成微生物的 濃度，mg/L ;P'表示t時刻生成微生物分布在微生物周圍的概率；Pn表示t時刻每個格位 微生物的占有概率；P22'表示t時刻每個格位上生成微生物的占有概率
③沉降過程 當內源呼吸作用逐漸減弱，微生物的減小量沒有明顯變化時(即微生物減少期減 少量<=0. 5mg/L)，停止曝氣。微生物和被吸附的有機物由于受到重力的作用，進行沉降； 小部分沒有被降解的有機物將仍然漂浮在水體中。沉降規(guī)則遵循微生物和被吸附的有機物 下沉，沒有被吸附的有機物、氣體和水上浮。
為保證反應正常進行，對污水處理系統(tǒng)有如下限制條件曝氣池中污水的營養(yǎng)源
中的bod : n : p = ioo : 5 : i，符合微生物生長所需的營養(yǎng)物的比例；曝氣池中含有足
夠的氧，且溶解氧的濃度維持在3 4mg/L，并均勻分布在曝氣池中，有利于微生物的生理 活動正常反應；進水中無有毒物質，并且系統(tǒng)運行溫度控制在20 3(TC，ra值在6. 5 8. 5 之間，保證細菌代謝過程中酶的活性和營養(yǎng)物質的正常利用；沉降過程不發(fā)生生化反應，僅 有物理沉淀作用。 本發(fā)明具有以下有益效果 (1)本發(fā)明針對污水處理廠的復雜性，以及反應過程的不可重復性和不可再現(xiàn)性 等特點，基于現(xiàn)有的模型難以克服活性污泥系統(tǒng)的復雜性的問題，根據(jù)細胞自動機可以在 一個微觀領域用一個簡單的規(guī)則實現(xiàn)宏觀的復雜物理現(xiàn)象的特點，采用了三維格子氣細胞 自動機對其建模，結合了流體力學思想，具有真實性強、直觀性好等特點；便于人們實時觀 測到污水處理的凈化過程。 (2)本發(fā)明根據(jù)微生物的增殖規(guī)律和活性污泥的動力學特性確定了動態(tài)的概率演 化規(guī)則，建立接近真實世界的虛擬代謝過程的模擬模型，更直觀地刻畫了活性污泥法污水 處理過程的動態(tài)演化行為，使得活性污泥系統(tǒng)微觀的演化行為更為明晰和易于把握，通過直觀觀測反應變化，可以及時監(jiān)測出水水質BOD，便于實時指導控制的決策，便于污水處理 廠的設計和動態(tài)模擬。


圖1是三維格子氣細胞自動化的細胞結構示意圖；
圖2a是有機物和微生物的初始分布示意圖； 圖2a h是活性污泥凈化過程的示意圖；2a h表示時間的增加；
圖3是細胞自動機模型與經典模型的微生物的增殖曲線。
具體實施例方式以下結合具體實施方式
以對本發(fā)明進行詳細的說明 現(xiàn)以某城市間歇培養(yǎng)的活性污泥污水處理作為實施例，某日排污水量為15700m3， 原污水中混合液的污泥質量濃度為2500mg/L，進水的BOD濃度為200mg/L，反應器的容積為 1500m3。 (1)初始模型及狀態(tài)的設定 該模型以1.0X1.0X1.3的長方體作為容器，1.0XI. 0X1.0的立方體作為容器 中污水反應空間，表示1500m3。將污水反應空間劃分為10X10X10個結點作為初始模型的 靜止結點，即細胞個數(shù)；11X11X11個結點作為初始模型的擴散結點。經過對活性污泥凈 化機理的分析和部分實驗的驗證，本發(fā)明選定AT= 1/3h，初始微生物以3/5概率分布在每 個細胞的靜止結點，有機物以1/2概率分布在每個細胞的擴散結點。通過初始的設定和對 活性污泥動力學特性的分析，可以得到初始污泥負荷F/M = 0. 837kgB0D/(kgMLVSS d)，吸 附概率P。 = 0. 868，分解概率Pi = 0，合成概率P2 = 0，內源呼吸概率P3 = 0。(2)確定演化規(guī)則 演化規(guī)則主要包括三個過程
①擴散過程 如果t時刻，靜止結點沒有微生物粒子，則擴散結點的粒子做擴散運動，此時，該 運動保持粒子數(shù)守恒，且當擴散結點有吸附粒子時，該粒子靜止。擴散運動主要分為兩種情 況。 當擴撒結點無吸附有機物粒子時，粒子將在細胞內做自由擴散運動，則t+AT時 刻該細胞的狀態(tài)S(r， t+AT)為 S(r， t+AT) = c^N^c^Ni+CsNA+qNs+CsNe+CeNs (12) 當擴散結點有吸附有機物粒子時，該結點的吸附粒子靜止。如果其它擴散結點有 粒子，粒子將在其它格位之間做自由擴散運動。
②反應過程 如果t時刻靜止結點有微生物粒子，該微生物粒子具有吸附、分解和合成該細胞 內擴散結點有機物的功能，同時也具有內源呼吸的功能。反應過程的演化規(guī)則主要分為以 下四個規(guī)則。 吸附規(guī)則當此時微生物增長期增長量> 0.8mg/L，有機污染物粒子將以概率P。 被微生物攝取為吸附有機物，吸附概率P。為
8
尸。=苦 (13)
P = PUP22 (14) 式中，AS(根據(jù)活性污泥的動力學特性求的)表示AT內有機物的濃度增加量， mg/L ;S是t時刻有機物的濃度，mg/L ;P表示t時刻有機物的分布在微生物周圍的概率；Pn 表示t時刻每個格位微生物的占有概率；P22表示t時刻每個格位上有機物的占有概率。
分解代謝規(guī)則該過程為合成代謝提供能量。當此時微生物增長期增長量> 0. 8mg/L時，且合成代謝沒有能量時，每個吸附有機物粒子將以概率Pi被微生物分解成氣 體、水和能量。每分解一個有機物粒子的能量，可以供微生物合成兩個微生物粒子(基于 Mckinney模型)。分解概率為
A=《《 (15)
式中，P。'表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率。 合成代謝規(guī)則該過程消耗能量，為微生物增長階段。當此時微生物增長期增長 量>0. 8mg/L，且細胞具有能量時，每個吸附有機物粒子將以概率&被微生物合成生成微生
物，且合成概率&為
尸2=尸0'嗜 (16)
式中，P。'表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率。 內源呼吸規(guī)則當微生物增長期增長量<=0. 8mg/L，進入內源呼吸階段。在此階 段，每個生成微生物以概率P3被活性污泥微生物內源呼吸氧化成氣體、水和能量，產生的能 量用來維持生命活動。內源呼吸概率為 (17) <formula>formula see original document page 9</formula> <formula>formula see original document page 9</formula>(18) 式中，AX(根據(jù)活性污泥的動力學特性求的)表示A T內微生物的濃度增加量， mg/L;AX'表示t時刻生成微生物的濃度，mg/L;P'表示t時刻生成微生物分布在微生物 周圍的概率；PU表示t時刻每個格位微生物的占有概率；P22'表示t時刻每個格位上生成 微生物的占有概率
③沉降過程 當內源呼吸作用逐漸減弱(即微生物減少期減少量<=0. 5mg/L)，停止曝氣。微 生物和被吸附的有機物由于受到重力的作用，進行沉降；小部分沒有被降解的有機物、氣體 和水將仍然漂浮在水體中。沉降規(guī)則遵循微生物和被吸附的有機物下沉，沒有被吸附的有 機物、氣體和水上浮。 空間中的每個細胞按照上述規(guī)則隨時間進行演化，多次循環(huán)迭代，每個時間間隔 演化的結果作為下一時刻演化的初始態(tài)，最終有機污染物被活性污泥微生物吸附代謝、絮 凝沉降，實現(xiàn)污水凈化。 圖2中，白色粒子表示有機污染物，黑色粒子表示微生物。該演化過程主要展示了有機污染物被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程以及沉降過程。圖2(a)表示初始時 刻有機物和微生物均勻分布在曝氣池中。從圖2(a) 2(e)中可以看出，有機物在不斷減 少，微生物在不斷的增加。這表明微生物不斷從其周圍環(huán)境中攝取廢水中的有機污染物作 為營養(yǎng)加以攝取、吸收。被微生物攝入的有機物一部分被氧化分解成穩(wěn)定的無機物質，一部 分被合成新細胞物質。從圖2(e) 2(f)中可以看出，微生物減少，這表明隨著有機物濃度 的不斷減少和微生物濃度的不斷增加，微生物的營養(yǎng)物質越來越少?；钚晕勰辔⑸镉捎?得不到充足的營養(yǎng)物質，而開始大量地利用自身內貯存的物質或衰亡菌體進行內源呼吸以 維持生命活動。從圖2(f) 2(h)中可以看出，微生物和被吸附有機物開始沉降。這表明 隨著內源呼吸逐漸減弱，微生物的減小量沒有明顯變化，停止曝氣，在重力的作用下微生物 和被吸附有機物開始沉降。 圖3中曲線②為細胞自動機模擬的微生物的增長曲線，曲線①為相同條件下 Eckenfelder模型的微生物的增長曲線。從曲線②中可以看出，在初始階段，活性污泥的 量沒有增加，表明此階段主要以吸附為主，隨后進入了微生物的減速增值階段，隨著有機物 濃度的減少，微生物的增值速率越來越小，對應于圖2(b) 2(d);之后微生物進入了穩(wěn)定 期與內源呼吸期，穩(wěn)定期表明營養(yǎng)物質殆盡，微生物增值速率幾乎為0，對應于圖2(d) 2(e);內源呼吸期表明由于內源呼吸作用，活性污泥微生物量減少，對應于圖2(e) 2 (f)。 從圖中可以看出，細胞自動機的仿真曲線很好地模擬了活性污泥生長模式曲線的增殖期、 穩(wěn)定期和衰亡期，與理論上Eckenfelder模型的模式曲線基本一致，驗證了其有效性。
權利要求
基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法，其特征在于包括以下步驟(1)設計細胞結構采用三維格子氣細胞自動機模型，細胞自動機的細胞結構由立方體表示，立方體的中心結點表示為細胞的靜止結點，立方體的六個面的中心結點表示為細胞的擴散結點，立方體組成的三維網絡表示粒子的反應空間；細胞的狀態(tài)由結點的狀態(tài)表示，每個結點的狀態(tài)表示粒子的存在或不存在，存在表示有反應粒子，不存在表示無粒子；(2)確定粒子狀態(tài)擴散結點粒子狀態(tài)為有機污染物、吸附有機物、生成微生物、氣體四種狀態(tài)；靜止結點粒子狀態(tài)為微生物、氣體兩種狀態(tài)；有機污染物具有自由擴散功能；吸附有機物是靜止的；生成微生物不具有吸附和代謝功能，可自由擴散；微生物具有代謝和吸附的功能；(3)建立模型該模型以n×n×m的長方體作為容器，n×n×n的立方體作為容器中污水反應空間(m＞＝n)；將污水反應空間劃分為L×L×L個結點作為初始模型的靜止結點，由于每個細胞只有一個靜止結點，所以靜止結點個數(shù)也是細胞的個數(shù)；(L+1)×(L+1)×(L+1)個結點作為初始模型的擴散結點，L為整數(shù)；(4)設定模型的初始化狀態(tài)上述模型在初始時刻只有微生物和有機污染物兩種狀態(tài)；微生物分布在靜止結點，有機污染物分布在擴散結點上，考慮到狀態(tài)是有一定程度的隨機性，初始時刻某狀態(tài)在結點以概率a出現(xiàn)，或以概率1-a不出現(xiàn)，即服從概率上的(0-1)分布，其中，0＜a＜1；(5)設計演化規(guī)則模型的演化規(guī)則主要包括三個過程擴散過程、反應過程、沉降過程。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法，其特 征在于所述的擴散過程，即靜止結點沒有微生物粒子的演化過程，該過程主要分為兩種情 況；當擴撒結點無吸附有機物粒子時，下一時刻粒子將在細胞內按動量守恒和粒子數(shù)守恒 做自由擴散運動；當擴散結點有吸附有機物粒子時，該結點的吸附粒子靜止；如果其它擴散結點有粒子， 粒子將在其它格位之間做自由擴散運動。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法，其 特征在于所述的反應過程，即靜止結點有微生物粒子的演化過程，該過程分為以下四個規(guī) 則；吸附規(guī)則當微生物增長期增長量> 0. 8mg/L時，有機污染物粒子將以概率P。被微生 物吸附，吸附概率P。為P = PnP22 (2)式中，AS(根據(jù)活性污泥的動力學特性求的)表示AT內有機物的濃度增加量，mg/L ; S是t時刻有機物的濃度，mg/L ;P表示t時刻有機物的分布在微生物周圍的概率；Pu表示t時刻每個格位微生物的占有概率；P22表示t時刻每個格位上有機物的占有概率；分解代謝規(guī)則當微生物增長期增長量> 0. 8mg/L，且合成代謝沒有能量時，每個吸附有機物粒子以概率Pi被微生物分解成(A、水和能量，分解概率p工為(3)式中，P'。表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率；合成代謝規(guī)則當微生物增長期增長量> 0. 8mg/L，且細胞具有能量時，每個吸附有機物粒子以概率P2被微生物合成生成微生物，合成概率P2為尸2=《 (4)式中，P'。表示t-AT時刻有機污染物的吸附概率；內源呼吸規(guī)則當微生物增長期增長量<=0. 8mg/L時，每個生成微生物以概率P3被 微生物分解成(A、水和能量，內源呼吸概率P3為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，AX(根據(jù)活性污泥的動力學特性求的)表示AT內微生物的濃度增加量，mg/L ; AX'表示t時刻生成微生物的濃度，mg/L;P'表示t時刻生成微生物分布在微生物周圍的 概率；Pn表示t時刻每個格位微生物的占有概率；P' 22表示t時刻每個格位上生成微生物 的占有概率。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法，其特 征在于所述的沉降過程，當微生物的減少量< =0. 5mg/L，微生物和吸附有機物沉降，沒有 被吸附的有機物、氣體和水上浮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于細胞自動機模型的污水凈化過程可視化模擬方法，屬于智能科學與環(huán)境工程學科領域。該方法采用三維格子氣細胞自動機模型，以立方體表示細胞自動機的細胞結構，立方體的中心結點分別表示細胞的靜止結點和擴散結點。通過設計不同結點的狀態(tài)和包括擴散過程、反應過程、沉降過程的演化規(guī)則，來動態(tài)模擬污水處理的凈化過程。通過本發(fā)明所提供的方法建立的模擬模型，可以更直觀地刻畫活性污泥法污水處理過程的動態(tài)演化行為，使得活性污泥系統(tǒng)微觀的演化行為更為明晰和易于把握，通過直觀觀測反應變化，可以及時監(jiān)測出水水質BOD，便于實時指導控制的決策，便于污水處理廠的設計和動態(tài)模擬。
文檔編號C02F3/12GK101774700SQ20091024443
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者喬俊飛, 郭迎春, 魏垚 申請人:北京工業(yè)大學