文章解析

　　造纸废水处理过程具有高维、非线性和不稳定性等特点，并且其温室气体排放受诸多因素影响，目前缺乏可描述该过程的模型，因此难以对造纸废水处理过程的温室气体排放进行有效地管控与优化。近日，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室满奕副研究员及其所在研究团队基于活性污泥基准仿真1号模型（BSM1），深入分析废水处理过程中各部分温室气体的产生机理，并提出将响应面模型（RSM）、Kriging等方法与高维模型表征（HDMR）相结合，建立造纸废水处理过程中温室气体排放的代理模型，为能够有效地管控与优化温室气体排放提供基础参考。

　　BSM1作为废水处理基本的模拟平台，是国内外废水生化处理过程公认的仿真模型，其布局设置如图1。而造纸废水处理过程中温室气体主要可分为直接排放和间接排放。直接温室气体排放主要来源于厌氧和好氧等生化反应过程，间接温室气体排放则来源于电力消耗和污泥处理过程。本研究根据各部分温室气体排放机理的不同，通过物质守恒和排放因子等方法进行了详细的计算。

图1 BSM1的工厂布局设置

　　根据温室气体排放量的计算结果，本研究分别建立了RSM-HDMR和Kriging-HDMR代理模型，并通过R²、相对平均绝对误差（RAAE）、相对最大绝对误差（RMAE）3个评价指标对模型精度进行对比分析，结果如图2，可以发现Kriging-HDMR的预测精度明显优于RSM-HDMR，证明了其更适用于高维、非线性的造纸废水处理过程。

图2 RSM-HDMR和Kriging-HDMR中R²、RAAE和RMAE的箱型图

　　基于Kriging-HDMR，本研究中还对过程中的9个变量进行了灵敏度分析，结果如图3所示。由图3可得，影响因素最大的变量为外循环流量（Q_r），其大小极大地影响着反应器中的微生物含量和污染物的降解效率。在进水流量和组分中，进水流量（Q_in）和COD对温室气体排放的影响较大，而S_nh和TN因为含量较少，其在降解过程中产生的温室气体排放量也较少。另外，溶解氧浓度是关键的控制参数，溶解氧传递系数K_La₃、K_La₄和K_La₅受曝气机影响，其对生化反应效率也起着关键影响作用。

图3 温室气体排放的一阶和全局灵敏度

论文信息

　　题目：造纸废水处理过程温室气体排放代理模型研究

　　作者：郑鸿泽  何正磊  洪蒙纳  满奕*

　　单位：华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，琶洲实验室

　　引文格式：

　　郑鸿泽, 何正磊, 洪蒙纳, 等. 造纸废水处理过程温室气体排放代理模型研究[J].中国造纸学报, 2023, 38(2):59-68. 

　　ZHENG H Z, HE Z L, HONG M N, et al. Study on Surrogate Model of Greenhouse Gas Emission in Papermaking Wastewater Treatment Process[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2023,38(2):59-68.