一种硝化细菌增长速率预测方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种硝化细菌增长速率预测方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着智慧城市的建设和智慧水务的发展，相关模型算法的建立和优化成为垂直领域应用的热门需求。活性污泥法去除污水中的氮磷等营养物质是世界各国普遍采取的污水处理方式，生化工艺包括以ao，a2o，氧化沟等为代表的连续流工艺，以sbr、cass等为代表的序批式工艺。活性污泥法的基本原理是通过创造不同的反应条件使污泥中的专性微生物能够利用污水中的氮磷营养物质，从而达到污染物被分解利用而去除的目的，如好氧自养菌在溶解氧为2.0-4.0mg/l，温度适宜，碱度充足的条件下，将氨氮氧化为硝态氮，从而实现氨氮的去除；再如异养菌在溶解氧小于0.5mg/l的缺氧或厌氧条件下，以可利用的有机碳为电子供体，将硝态氮还原为氮气，从而实现对总氮的脱除。生物利用基质进行代谢的过程本身也是其增殖迭代的过程。
3.由于硝化细菌处理污水过程是一种连续处理，因此往往要求管理者能够提前预测硝化细菌的增长速率，从而提前一定时间或工序做出调整，避免硝化细菌由于温度过高或过低等原因增长速率变化过大，从而影响下游出水品质。因此，亟待提供一种硝化细菌增长速率预测方法和计算机可读存储介质。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种渐渗区段鉴定方法及计算机可读存储介质，以至少部分地解决上述的技术问题。
5.根据本发明的一个方面，本发明提供一种硝化细菌增长速率预测方法，包括下列步骤：
6.基于所述硝化细菌的种类获得初始温度、临界温度和越界温度，所述初始温度、所述临界温度和所述越界温度依次升高，所述初始温度和所述临界温度适于所述硝化细菌增长，所述越界温度不利于所述硝化细菌增长；
7.基于所述越界温度，通过所述硝化细菌的实际增长情况获得所述硝化细菌在所述越界温度下的越界增长速率；
8.基于所述初始温度和所述临界温度，通过阿伦尼乌斯公式获得所述硝化细菌在所述初始温度、在所述临界温度以及在所述初始温度和所述临界温度之间的温度的至少三个计算增长速率；
9.基于所述越界增长速率和所述计算增长速率，通过拟合获得所述硝化细菌的越界温度增长模型，并基于所述越界温度增长模型对所述硝化细菌的增长速率进行预测，所述越界温度增长模型用于描述所述硝化细菌在高于所述临界温度范围内的增长速率随温度的变化。
10.优选地，所述临界温度位于22℃至25℃之间。
11.优选地，所述初始温度与所述临界温度之间的温差不小于5℃。
12.优选地，所述越界温度位于28℃至35℃之间。
13.优选地，所述越界温度为30℃。
14.优选地，所述通过拟合获得所述硝化细菌的越界温度增长模型包括：
15.通过三阶函数拟合获得所述硝化细菌的越界温度增长模型。
16.优选地，在基于所述越界温度增长模型对所述硝化细菌的增长速率进行预测之后，还包括下列步骤：
17.获得一差异阈值，判断所述预测结果与所述硝化细菌的实际增长速率之间的差异是否大于所述差异阈值；
18.若大于，增大或减小所述临界温度0.5℃。
19.优选地，在基于所述越界温度增长模型对所述硝化细菌的增长速率进行预测之后，还包括下列步骤：
20.获得一差异阈值，判断所述预测结果与所述硝化细菌的实际增长速率之间的差异是否大于所述差异阈值；
21.若大于，增大或减小所述初始温度0.5℃。
22.优选地，获得所述硝化细菌在所述初始温度和所述临界温度之间的至少五个不同的计算增长速率。
23.根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的硝化细菌增长速率预测方法。
24.本发明基于硝化细菌的种类获得初始温度、临界温度和越界温度，并通过硝化细菌的实际增长情况获得硝化细菌在越界温度下的越界增长速率，以及基于越界增长速率和计算增长速率，通过拟合获得硝化细菌的越界温度增长模型并对硝化细菌的增长速率进行预测，从而可以相对准确地通过较为表观的温度预测硝化细菌的增长速率，从而衡量当前污水处理能力，提高了控制出水品质的操控效率。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1是根据本发明的硝化细菌增长速率预测方法的示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.本技术实施例中的硝化细菌，是指包括亚硝酸菌属及硝酸菌属的一类细菌，其形
态可以是杆菌、球菌和螺旋菌。亚硝酸菌包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌。硝酸菌包括硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌。两类菌均为专性好氧菌，在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。大多数为专性化能合成自养型，不能在有机培养基上生长，例如亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶菌、硝化刺菌、硝化球菌等。
30.硝化细菌的增长速率与污水处理能力关系密切，当硝化细菌增长速率较慢时，相同时间内污水中的含氮污染物处理率会降低，而当硝化细菌增长速率较快时，又容易导致污水所提供的养分不足以供养其增长导致菌群数量波动，因此，在连续的污水处理过程中，其实是希望能够获得一个较为稳定的硝化细菌菌群数量，从而提供一个相对稳定的污水处理能力。在诸多能够供管理者预测硝化细菌增长速率的指标中，温度是最敏感且常用的环境条件指标。
31.本技术实施例所提供的硝化细菌增长速率预测方法主要是基于温度对硝化细菌增长速率的影响，建立一个温度与当前污水处理系统中所含有的硝化细菌的增长速率的关系模型，从而可以方便地基于温度对当前硝化细菌的增长速率做出快速预测，便于控制污水处理流程。管理者可以利用本技术实施例所提供的硝化细菌增长速率预测方法建立多种硝化细菌的预测模型并综合判断，根据需要进行实施即可。
32.如图1所示，本技术所提供的硝化细菌增长速率预测方法包括下列步骤：
33.s101：基于硝化细菌的种类获得初始温度、临界温度和越界温度，初始温度、临界温度和越界温度依次升高，初始温度和临界温度适于硝化细菌增长，越界温度不利于硝化细菌增长；
34.s102：基于越界温度，通过硝化细菌的实际增长情况获得硝化细菌在越界温度下的越界增长速率；
35.s103：基于初始温度和临界温度，通过阿伦尼乌斯公式获得硝化细菌在初始温度、在临界温度以及在初始温度和临界温度之间的温度的至少三个计算增长速率；
36.s104：基于越界增长速率和计算增长速率，通过拟合获得硝化细菌的越界温度增长模型，并基于越界温度增长模型对硝化细菌的增长速率进行预测，越界温度增长模型用于描述硝化细菌在高于临界温度范围内的增长速率随温度的变化。
37.在s101中，由于硝化细菌的种类繁多，且不同种类的硝化细菌在不同温度下的增长速率变化程度也不同，因此首先要根据硝化细菌的种类确定初始温度、临界温度和越界温度。这里的初始温度优选地可以是硝化细菌在理想条件下能够进行指数增长的最低温度，临界温度优选地可以是硝化细菌能够进行指数增长的最高温度，这样在后续进行阿伦尼乌斯公式处理时可以取得较为准确且分布广泛的数据。
38.在处理s102中，获得越界增长速率的方式有很多种，可以是实验室培养，也可以是在实际污水处理过程中对菌群数量增长速度进行统计等，能够获得较为接近真实情况下硝化细菌在越界温度下的实际增长速率的越界增长速率即可。
39.在处理s103中，由于温度对生物反应影响较大，在适宜的范围内，温度越高，生物活性越强，其对污染物的去除效率也越高，因此，一般在生物动力学表达式中，以阿伦尼乌斯方程来计算不同温度下的生物增长速率，阿伦尼乌斯方程有如下两种表达方式：
[0040][0041][0042]
式中：
[0043]kt
——给定温度t下的动力学参数k；
[0044]k20
——20℃下的动力学参数k；
[0045]
θ
pow
——温度修正系数，幂次方表达；
[0046]
θ
exp
——温度修正系数，指数函数表达；
[0047]
t——温度，℃。
[0048]
两个温度校正系数可以通过下式互换：
[0049][0050]
本领域技术人员对于上述使用阿伦尼乌斯公式计算硝化细菌的增长速率的方式应当较为熟知，此处不过多赘述。通过阿伦尼乌斯公式，即可获得在初始温度和临界温度之间不同温度的硝化细菌理论增长速度，也就是处理s103中的计算增长速率，该速率与硝化细菌在实际情况下的生长速率较为接近，因此可以代替真实速率进行使用。
[0051]
在处理s104中，优选的情况下，可以使用f(t)＝ax3 bx2 cx d这样的三阶函数对其进行拟合，当然也可以是三角函数等其他能够满足实际需要的函数进行拟合，本领域技术人员对于如何进行拟合应当熟知，此处不过多赘述。申请人发现，使用三阶函数进行拟合所得到的越界温度增长模型准确度较高，并且能够降低拟合过程中的运算量。在得到越界温度增长模型后，通过输入温度，即可得到不同温度下的硝化细菌的增长速率，从而可以判断当前应当进行何种操作。
[0052]
本发明涉及环保技术领域，提供一种硝化细菌增长速率预测方法及计算机可读存储介质，本发明基于硝化细菌的种类获得初始温度、临界温度和越界温度，并通过硝化细菌的实际增长情况获得硝化细菌在越界温度下的越界增长速率，以及基于越界增长速率和计算增长速率，通过拟合获得硝化细菌的越界温度增长模型并对硝化细菌的增长速率进行预测，从而可以相对准确地通过较为表观的温度预测硝化细菌的增长速率，从而衡量当前污水处理能力，提高了控制出水品质的操控效率。
[0053]
作为一种优选的实现方式，在处理s101中，临界温度位于22℃至25℃之间。这是申请人总结了大部分硝化细菌的临界温度后得到的范围，能够适用于绝大部分硝化细菌的越界温度增长模型建立过程。在确定了临界温度后，优选的情况下，初始温度与临界温度之间的温差不小于5℃。这样可以为后续进行阿伦尼乌斯公式处理提供一个较宽的温度选择范围，便于得到更多的计算增长速率。例如，可以在初始温度与临界温度之间选取五个不同的温度并计算对应的五个不同的计算增长速率，从而为后续拟合提供足够多的数值点。
[0054]
作为一种优选的实现方式，越界温度位于28℃至35℃之间。尤其可以是设置越界温度为30℃。在这个温度范围内，硝化细菌的增长受到抑制，但并未完全停止，因此可以在这个范围内选取越界温度，尤其是选取30℃，该温度下硝化细菌的受到抑制的性状较为明显，便于进行后续拟合。
[0055]
作为一种优选的实现方式，在基于越界温度增长模型对硝化细菌的增长速率进行
预测之后，还包括下列步骤：
[0056]
获得一差异阈值，判断预测结果与硝化细菌的实际增长速率之间的差异是否大于差异阈值；
[0057]
若大于，增大或减小临界温度0.5℃。
[0058]
这样处理的好处在于可以通过不断修改临界温度，从而优化得到的越界温度增长模型，避免由于临界温度选取不当导致所得到的越界温度增长模型不准确的问题。
[0059]
作为一种优选的实现方式，在基于越界温度增长模型对硝化细菌的增长速率进行预测之后，还包括下列步骤：
[0060]
获得一差异阈值，判断预测结果与硝化细菌的实际增长速率之间的差异是否大于差异阈值；
[0061]
若大于，增大或减小初始温度0.5℃。
[0062]
这样处理的好处在于可以通过不断修改初始温度，从而优化得到的越界温度增长模型，避免由于初始温度选取不当导致所得到的越界温度增长模型不准确的问题。
[0063]
本发明基于硝化细菌的种类获得初始温度、临界温度和越界温度，并通过硝化细菌的实际增长情况获得硝化细菌在越界温度下的越界增长速率，以及基于越界增长速率和计算增长速率，通过拟合获得硝化细菌的越界温度增长模型并对硝化细菌的增长速率进行预测，从而可以相对准确地通过较为表观的温度预测硝化细菌的增长速率，从而衡量当前污水处理能力，提高了控制出水品质的操控效率。
[0064]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0065]
本技术还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所描述的硝化细菌增长速率预测方法。该计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动，媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0066]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。