基于Labview的水处理工艺设计

第1I卷第28期2011年lO月1671—1815(2011)28-6922—05科学技术与工程ScienceTechnlogyandEngineeringVo1．11No．28Oct．2011⑥2011Sci．Tech．Engrg．环境科学基于Labview的水处理工艺设计耿雅妮(宝鸡文理学院灾害监测与机理模拟陕西省重点实验室，宝鸡721013)摘要为了仿真设计活性污泥水处理工艺，采用Labview软件平台，以污水处理反应动力学为基础，构造虚拟设备主程序和子模块。虚拟设备能够模拟传统活性污泥工艺控制过程，仿真运行可获得动态输出结果。关键词污水处理活性污泥法虚拟设备中图法分类号X52；文献标志码B生活污水处理工艺主要为活性污泥法。通常的工艺有氧化沟工艺、A／O工艺、SBR工艺等，其主要机理都是利用微生物，采用莫诺特方程，推导出污水中有机物的降解和微生物增值的数学模型。在数学仿真模型中，国内外通常采用系统方法或活性污泥数学模型(ASM)模拟仿真技术¨J。采用虚拟设备技术仿真设计，可以缩短系统组建时间，降低开发费用J。Labview软件平台是一种图形编程仿真平台，又称“虚拟仪器”，利用G图形语言可视化技术J，以微生物反应动力学模型为基础，按照氧传递规则构造充氧虚拟设备，配合终沉池虚拟子模块，就可以仿真模拟活性污泥工艺运行。1活性污泥水处理工艺虚拟设备的程序结构1．1活性污泥水处理工艺简介活性污泥法是由曝气、沉淀、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成的污水处理工艺。其中，曝气池是一个生物反应池。通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生生物好氧代谢反应。随后，混合液流人终沉池，混合液中2011年6月28日收到宝鸡文理学院院级项目(ZK1022)资助作者简介：耿雅妮(1977一)，女，陕西咸阳人，讲师，硕士，研究方向：水质评价与模拟仿真。E—mail：gyn1977@126．com。的悬浮固体在终沉池中沉下来和水分离。活性污泥法运行方式灵活，运行费用较低，但管理要求高。活性污泥水处理工艺流程图如图1。进水⋯‘西疆出水丽一回流枵泥剩余行泥图1活性污泥生物处理工艺流程图1．2活性污泥水处理工艺虚拟设备的程序结构框图活性污泥水处理虚拟设备程序结构图如图2所示：包括充氧模块、曝气模块、污泥沉淀模块和泥龄模块。在确定了运行参数以后，主程序仿真运行。通过运行参数的调整就可以模拟污水处理工艺运行。图2虚拟设备的程序结构图28期耿雅妮：基于Labview的水处理工艺设计2活性污泥虚拟设备设计子程序设计2．1活性污泥反应池曝气模块子程序由生物反应动力学可以得出水BOD浓度计算式为：一()㈩V一硝化区容积(m)；Q一污水设计流量(In／d)；一污泥浓度(km)；S。，S一分别为进水、出水BOD浓度(m#L)；一污泥龄(d)；污泥净产率系数(kgMISS／kgBOD)；K一污泥自身氧化率(d)，对于城市污水，一般为(0．05．1)d～。反硝化区脱氮量计算为：Nt：No—Nw—Ne(2)24×㈩：㈩g如．一需还原的硝酸盐氨量(kg／d)；一去除的总氮浓度(mg／L)；一进水总氮浓度(mg／L)；Ne一出水总氮浓度(m#L)；一反硝化区容积(Ill)；X一MLVSS浓度(mg／L)；qa~,r一反硝化速率[kgN／(kgMLSS．d)]；Ⅳ一须除去的硝酸氮量[kg(N0，一N)／d)]。根据公式(1)～式(4)，利用Labview软件平台编程，可以得到曝气反应模块的控制面板图和相应的G语言子程序。曝气模块的程序框图如图3所示图3曝气反应模块的程序框图2．2其他模块子程序设计其他模块包括充氧反应模块、污泥沉淀模块和泥龄模块。充氧反应模块根据风量、风压、水温及污水中氧传输特性和需氧量等因素，求解出溶解氧质量浓度。根据氧传输动力学理论]，将标准状态下的供气量，折算为单位时间的供氧量S(0．3G)，并求出氧利用量R。(SEA)，EA(％)为曝气器的氧转移效率。终沉池模块主要是计算活性污泥浓度，根据污泥回流比兄和SV／(污泥体积指数)来确定，从而影响曝气池出水水质，成为控制曝气出水的主要参数。污泥泥龄模块是计算曝气池中微生物细胞的平均停留时间。泥龄模块结合pH值、溶解氧浓度、温度等参数编程计算出污泥龄。其各子模块程序图如图4～图6。6924科学技术与工程11卷图4充氧反应模块的程序图图5污泥沉淀模块的程序图图6泥龄模块的程序图28期耿雅妮：基于Labview的水处理工艺设计69253活性污泥水处理工艺虚拟设备主程序的建立用Labview软件平台控制模板中的控件来调用前面建立的各模块子程序，从而建立活性污泥水处理工艺虚拟设备的主程序。软件设计可以分为两部分：前面板和程序框图。在前面板，输入输出分别用控件来实现，程序运行结果直接输出。程序框图是完成程序功能的图