原标题:【模型工具】基于时间序列分析的污水处理厂入流水质模型
原
文
信
息
原文题目:Empirical Sewer Water Quality Model for Generating Influent Data for WWTP Modelling
作者:Jeroen Langeveld, Petra Van Daal et al.
第一作者单位:Section Sanitary Engineering, Department of Water Management, Delft University of Technology
期刊:Water
时间:2017年
导读
污水处理厂(Wastewater treatment plants,WWTP)模型在水厂设计、运行和控制中均有重要作用,而生成水厂入流水质数据是建模不可或缺的环节。但受限于对机理过程(如沉积物的输送)的认识不足和管网数据的匮乏,机理和经验的生成方式均有其固有局限性。本文采用时间序列分析方法来刻画水厂入流水质动态变化的过程。
案例水厂位于荷兰城市Eindhoven,服务人口75万。受纳水体Dommel河水质没有达到欧盟标准,亟需构建水厂模型以改善水质(系统概化如图1所示)。

图1 案例水厂入流概化图
该研究在上图标有“A”的位点处监测入流水质(TSS、COD等)和水量,时间间隔分别为2分钟和1分钟。监测数据用于入流水质生成模型的率定与验证。该生成模型将水厂入流划分为四个阶段:旱季(Dry Weather Flow, DWF),雨季开始(onset),稀释(dilution)和恢复(recovery),各阶段入流水质分别建模(如图2所示)。

图2 水厂入流阶段示意
DWF阶段,入流水质按照由10天监测数据平均得到的旱季模式生成。雨季三个阶段分别由经验方程表示(形式为二次函数、指数函数等),这些经验方程的参数(如稀释系数、恢复系数等)根据监测数据进行率定。同时需要输入监测的流量数据。不同阶段切换的判据为水厂集水井的液位、流量等,判断阈值是模型参数,也需要率定。
文章采用DREAM算法,通过马尔可夫链对参数进行采样,确定了两种水质模型,即COD模型和氨氮模型的相关参数。研究发现,对于COD模型,模型参数在大雨和中雨下有明显差异,而氨氮模型则趋同。模型验证结果(以氨氮为例)如下图所示:

图3 入流水质验证结果
由图可知,模型结果和监测数据间整体具有良好的一致性,但旱季阶段模拟值偏高,反映出旱季水质存在波动,而雨季动态变化过程拟合较好。
本文构建的入流水质模型实质为多个经验模型的组合,其特点是将入流过程划分为不同阶段,并分别概化。在案例区域,该方法具有良好的表现,初步证实了其可行性。由于结构简单,该模型可以较为方便地应用到污水处理厂的建模。但在迁移到其他污水厂时,还需进一步验证水质变化过程是否符合研究所归纳的特点。
责任编辑: