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环境数模课程设计-活性污泥系统生化反应器中底物降解与微生物增长数学模型的建立精选
2016《环境数学模型》课程设计说明书
题目
活性污泥系统生反应器底物降解与微生物增长数学模型的建立实验方法
本设计采用的工艺流程如下图所示:
图1 活性污泥系统工艺流程图
本设计工艺采用活性污泥法处理污水,工艺的主要反应器包括生化反应器和沉淀池。污水通过蠕动泵恒速加到生化反应器中,反应器内活性污泥和污水在机械搅拌设备和鼓风曝气设备的共同作用下充分接触,并在氧气充足的条件下进行反应。经处理后,污泥混液通过管道自流到沉淀池中,在里面实现泥水分离。分离后的水通过溢流堰从周边排出,直接被排放到下水道系统,沉淀下来的污泥则通过回流泵,全部被抽回进行回流。
系统进出水流量
实验的进水为实验室配置的污水,污水分别以葡萄糖为碳源100:40:1(浓度比),TOC含量为200mg/L。生化反应器内污泥混液的容量为12L,污水停留时间为6h。系统运行时间为两周,第一周是调适阶段,第二周取样测试,测得的数据作为建模的原始数据。
表1 污水中各营养物质的含量
每隔24h取一次样,通过虹吸管取样。每次取样时,先取进水和出水水样用于测水体的COD指标,其中进水直接取配得的污水溶液,出水取沉淀池上清液。取得的水样过膜除去水中的悬浮固体和微生物,保存在5ml玻璃消解管中,并在4℃下冷藏保存。
取完用于测
本实验一共分析进出水两个指标2007)方法进行分析,SS采用《水质 悬浮物的测定 重量法》(GB 11901-89)方法进行分析。
准确取2ml经过膜处理的水样于5mlcod消解管中,以重铬酸钾为氧化剂,硫酸银-浓硫酸为催化剂,硫酸汞为抗氯离子干扰剂,按一定比例与水样混合均匀。将消解管放在COD消解仪中,在150℃条件下消解2h。待经消解的溶液冷却后,以空白样为参比液,在COD分析仪上读出待测水样的COD值,记录数据。
将装在已衡重称重的坩埚中的污泥混液放在烘箱中
实验过程的
实验结果
实验数据实验测得数据如下表
表2 活性污泥系统水质分析结果MLSS(mg/L) 进水COD(mg/L) 出水COD(mg/L) 消耗COD(mg/L) DAY 1 420 223 0 223 DAY 2 1610 453 0 453 DAY 3 2260 273 75 199 DAY 4 2580 547 66 482 DAY 5 5880 414 0 414
数据分析根据表中数据
本设计配的营养液中葡萄糖浓度为5g/L,对应的理论/L。实际测得的进水/L,这是由于葡萄糖非常容易被微生物降解利用营养液暴露在空气中可以被空气中的微生物利用使得实际测得值偏低另一个可能原因是实验所用的
进水中碳源葡萄糖为溶解性有机物容易被微生物利用进水COD含量不算高停留时间长达 3和75mg/L。这是由于人员操作失误,在测COD时没有进行空白样的参比,由此致使出水COD值比其他时期的要高。
数学建模
模型假设与前提
为了简化实际问题,方便研究问题,在建立底物降解与微生物增长数学模型时对反应系统作出如下假设:
生化反应器处于完全混合状态,所有生物反应均在恒定温度下进行;
进水中的微生物浓度与曝气池中的活性污泥微生物浓度相比很小,可以忽略;
系统处于稳定状态;
二沉池中没有微生物的活动,没有污泥累积,泥水分离良好;
生化反应器曝气充足,污泥混液氧含量为常数,不存在微生物的厌氧代谢;
反应系统的PH维持在适宜微生物生长代谢的水平,PH为常数;
反应系统的氮含量很低,与以溶解性可生化有机物的代谢相比,微生物的氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及有机氮的水解作用水平很低,可以忽略。
不考虑颗粒态有机物因吸附作用而从反应体系中被除去
为了使建立的数学模型更符合实际实验情况,建立模型采用的工艺流程尽量接近实际情况。基于这样的考虑,本设计采用的模型工艺流程与反应器如下图所示:
模型处于稳定运行的理想状态进出水流量相等污水从进水管流入生化反应器生化反应器内的活性污泥代谢处理
模型的建立是基于活性污泥1号模型(Activated Sludge Model No.Ⅰ,简称ASM1)建立。ASM1采用了Dold等人1980年提出的死亡—再生理论对单级活性污泥系统的碳氧化、硝化和反硝化三种主要生物学过程中的相关速率进行了定量描述。模型中采用Monod比生长速率动力学来解释自养菌或异养菌的生长,与生长速率有关的单个过程中各组分之间的数量关系用化学当量系数描述。为简化单位的换算,模型对全部有机组分和生物体统一采用COD当量来表示。ASM1从呼吸过程中电子受体的角度将活性污泥体系划分为8个过程,包括异养菌的好氧和厌氧生长、自养菌的好氧生长、异养菌和自养菌的衰减、可溶性有机氮的氨化以及网捕性有机物、有机氮的水解。
本实验
表1 ASM1方程式与本实验模型方程式对比 异养菌的衰减速率 网捕性有机物的水解速
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