·420 智能系统学报 第5卷 程.这一过程主要包括吸附、氧化、沉淀3个阶段： 结点，另一部分表示作用空间.作用粒子结点由图1 1)吸附阶段.活性污泥在表面上富集着大量的 标出的7个结点组成，其中白色标出的结点表示扩散 微生物，其外部覆盖着多糖类的黏质层.当废水与其 结点，黑色标出的结点表示静止结点；作用空间表示 接触时，废水中的有机污染物通过活性污泥的吸附 粒子反应空间（即水体），由立方体组成的方形网络组 作用被去除. 成每个细胞的状态由7个结点的粒子状态表示 2)氧化阶段.被吸附在活性污泥表面的有机污 染物，一部分被微生物氧化分解生成气体和水等无 机物质，并从中获取合成新细胞物质所需要的能量； 另一部分被微生物用于合成新细胞.在曝气池的末 端，由于营养物质的匮乏，微生物通过自身的细胞物 质代谢来维持生命，即微生物进行内源呼吸或自身 氧化. 3)沉降阶段.当内源呼吸作用逐渐减弱，微生 图1细胞的结构 物的减小量没有明显变化时，停止曝气.静置一段时 Fig.1 Configuration of cellular automata 间后，活性污泥开始在重力作用下沉降， 2.1粒子状态选择 1.2间歇培养的活性污泥增长动力学 基于活性污泥的净化机理，选用扩散结点粒子 间歇培养方式，即废水中的有机污染物一次投加 状态为有机污染物、吸附有机物、生成微生物、气体 到反应器中.间歇培养的活性污泥微生物的生长过程 和水4种状态，静止结点粒子状态为微生物、气体和 包含对数增殖期、减速增殖期和内源呼吸期] 水2种状态. ~般地，有机污染物量与活性污泥量的F/M比 有机污染物的状态为2，具有自由扩散功能；吸 值>2 kgBOD/(kgMLVSS·d)时，活性污泥微生物 附有机物的状态为4，表示被细胞内的微生物粒子 处于对数增长阶段，表示为 吸附，是静止的：生成微生物的状态是1，表示吸附 △X=KX△t (1) 有机物被细胞内的微生物粒子合成自身物质，由于 式中：X是t时刻（以d来计算）活性污泥微生物浓 该粒子没有经过驯化，所以不具有吸附和代谢功能， 度，单位为mg·L;K是活性污泥微生物对数增 可自由扩散；气体和水的状态是0，表示吸附有机物 被细胞内的微生物粒子分解代谢成气体和水；微生 长速率常数，单位为d1,K1值约为2~7d- 物的状态是3，表示该粒子是驯化好的微生物，具有 当F/M比值<2 kgBOD/(kgMLVSS·d)时，活 代谢和吸附的功能.为了满足排他原理，对于每个结 性污泥微生物处于减速增殖期阶段，表示为 点，最多有1个粒子. △S=-K,XS△t. (2) 2.2演化规则 AX=-Yoh△S. (3) 为保证反应正常进行，对污水处理系统有如下 式中：S是t时刻（以d计）底物浓度，单位为mg· 限制条件：1)曝气池中污水的营养源中的 L;X是t时刻（以d计）活性污泥微生物浓度，单位 B0D:N:P=100:5:1,符合微生物生长所需的营养 为mg·L-;K2是减速增长速率常数，单位为mg1· 物的比例；2)曝气池中溶解氧的浓度维持在 d-1,活性污泥系统中约为0.003~0.02mg·d-; 3~4mg·L,且均匀分布在曝气池中，有利于微生 Y。为表观产率系数，即去除单位底物实际生成的微 物的生理活动正常反应；3)进水中无有毒物质，并 生物量，生活污水一般取0.5~0.65. 且系统运行温度控制在20~30℃，PH值在6.5~ 当微生物的增长趋于稳定时，进入内源呼吸阶 8.5之间；4)保证细菌代谢过程中酶的活性和营养 段，表示为 物质的正常利用. △X=-KX△t (4) 细胞自动机中每个细胞下一时刻的状态只依赖该 式中：K是活性污泥微生物衰减常数，单位为d, 时刻它的细胞状态，因此其演化规则具有局部特性，并 活性污泥系统中平均为0.06d1, 对所有细胞是统一的，并同时应用于每一个细胞 2三维细胞自动机的模型设计 用c:标记结点状态，N(t,r)表示在t时刻，细 胞r内第i个结点的粒子状态，S(t,r)表示为当前时 本文提出的三维格子气细胞自动机的结构如图 刻元胞r的状态.则t时刻细胞r的状态表示为 1所示.该细胞由2部分组成，一部分表示作用粒子