曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件

組員：王晶晶李英特任云趙偉高韓金峰孫騫騫指導(dǎo)教師：王燦有機(jī)物降解動力學(xué)模型組員：王晶晶李英特任云趙偉高韓金11.污水生物處理動力學(xué)模型簡介2.有機(jī)物降解動力學(xué)模型案例9/6/20231.污水生物處理動力學(xué)模型簡介8/3/20232（1）靜態(tài)模型典型動力學(xué)模型有Eckenfelder、Grau、Lawrence-Mccarty和Mckinney模型。這些模型所導(dǎo)出的穩(wěn)態(tài)結(jié)果基本滿足工藝設(shè)計(jì)要求，并且具有模型變量可直接測定、動力學(xué)參數(shù)測定及方程的求解比較方便等特點(diǎn)。但是它們具有限制性條件：只針對易降解的溶解性底物的；微生物被假定在電子受體不受限制的環(huán)境中生長；它們只針對某一種工藝狀態(tài)，例如只去除含碳有機(jī)底物或只是硝化。9/6/2023（1）靜態(tài)模型8/3/20233（2）動態(tài)模型主要有Andrews模型、WRC模型、IAWQ模型。其中，ASMs數(shù)學(xué)模型是代表性機(jī)理動態(tài)模型，通過反應(yīng)過程來描述發(fā)生在一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)中的組分活動，量化每個(gè)過程的動力學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)，將活性污泥過程作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)研究，除碳、脫氮、除磷進(jìn)行了描述分析，彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒蛔恪?/6/2023（2）動態(tài)模型8/3/20234動態(tài)模型對生物膜傳質(zhì)和反應(yīng)過程描述十分清楚，但是有生物膜厚度、氧利用系數(shù)、生物膜微環(huán)境的水力混合特性等大量的參數(shù)需要確定，且這些參數(shù)隨填料和反應(yīng)器流態(tài)變化而變化，因此在工程實(shí)際中難以運(yùn)用。盡管靜態(tài)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)際系統(tǒng)和過程機(jī)理作了很大的簡化，但這些模型所導(dǎo)出的穩(wěn)態(tài)結(jié)果基本滿足工藝設(shè)計(jì)要求，并且具有模型變量可直接測定、動力學(xué)參數(shù)測定及方程的求解比較方便等特點(diǎn)，在確定進(jìn)水流量、進(jìn)水污染物濃度等相關(guān)設(shè)計(jì)條件后，即可預(yù)測出水污染物濃度，對設(shè)計(jì)可起指導(dǎo)作用。9/6/2023動態(tài)模型對生物膜傳質(zhì)和反應(yīng)過程描述十分清楚，但是有生物膜厚度5實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)用水試驗(yàn)用水由葡萄糖，NH4Cl，KH2PO4，無水CaCl2，MgSO4，F(xiàn)eCl3等原料按照一定的比例：（BOD:N:P=100:5:1）配制而成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)用水6本試驗(yàn)中BAF裝置的反應(yīng)器為Φ10cm、高230cm的有機(jī)玻璃柱，填料粒徑3.5～5.5mm。濾柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)由下至上依次是承托層（由不同粒徑的鵝卵石按級配由大到小依次堆成，高20cm）和填料層（高140cm）。本試驗(yàn)中BAF裝置的反應(yīng)器為Φ10cm、高230cm7（1）反應(yīng)器是理想的推流式反應(yīng)器。（2）生物膜均勻地覆蓋于填料表面，且生物膜密度、微生物特性、有機(jī)物在生物膜內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)，在整個(gè)生物膜膜厚范圍內(nèi)是均勻的。且生物膜處于一個(gè)動態(tài)平衡，即生物膜的生長與死亡之間存在著動態(tài)平衡。（3）整個(gè)濾池中，動力學(xué)參數(shù)在溶液中與在生物膜內(nèi)相一致，且各點(diǎn)溫度和值不變，且整個(gè)生物濾池的流速是相同的。（4）反應(yīng)器進(jìn)出水中所有可降解的基質(zhì)均以溶解狀態(tài)存在，且不含有微生物，反應(yīng)器內(nèi)的生物降解主要由生物膜所致。（5）反應(yīng)器內(nèi)只存在著縱向的濃度梯度，即底物只在橫向有混合現(xiàn)象，縱向完全不存在混合。（6）忽略不計(jì)反應(yīng)器內(nèi)的懸浮生物量，只考慮填料上的生物膜對有機(jī)物的降解作用要考慮濾池對進(jìn)水中的懸浮顆粒的物理截流作用。（1）反應(yīng)器是理想的推流式反應(yīng)器。8基于上述假設(shè)，建立BAF降解有機(jī)物的速率方程可表示為：9/6/2023有機(jī)物在BAF中的降解過程與活性污泥法基本相同，CODcr降解服從一級反應(yīng)動力學(xué)，α=1，則速率反應(yīng)方程可寫為：基于上述假設(shè)，建立BAF降解有機(jī)物的速率方程可表示為：89BAF中微生物量是濾料比表面積的函數(shù)：BAF中微生物量是濾料比表面積的函數(shù)：10曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件11曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件12k*——反映了濾池中生物膜的活性，并影響有機(jī)物的沿程去除率。k*越高，(Ce/C0)值越低,有機(jī)物去除效果越好。影響生物膜的因素有很多，比如填料的粒徑、形狀和密度，水流的狀態(tài)和方向，曝氣量，微生物種群，反應(yīng)器大小等都會對生物膜的生長產(chǎn)生影響，這些都會最終引起生物膜活性和厚度的變化。n——控制著進(jìn)水有機(jī)物濃度的改變對出水有機(jī)物去除率變化大小的影響。n值越小，表示進(jìn)水有機(jī)物濃度在較小的范圍內(nèi)變化時(shí)，出水有機(jī)物的去除率將會有較大變化。k*——反映了濾池中生物膜的活性，并影響有機(jī)物的沿程去除率13曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件14曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件15根據(jù)式4-12，得圖4-1的線性擬合：9/6/2023由圖4-1得到的參數(shù)表：根據(jù)式4-12，得圖4-1的線性擬合：8/3/2023由圖416可得BAF有機(jī)物去除動力學(xué)模型為：曝氣生物濾池baf處理高速公路服務(wù)區(qū)廢水課件179/6/20238/3/202318（2）研究了生物量沿填料層高度的變化規(guī)律，對于實(shí)際運(yùn)行與觀測具有一定的參考意義（2）研究了生物量沿填料層高度的變化規(guī)律，對于實(shí)際運(yùn)行與觀測19上述模型假設(shè)條件過多，部分假設(shè)不合理，不具普適性，我們試建立一個(gè)具有普適性的新模型。9/6/2023上述模型假設(shè)條件過多，部分假設(shè)不合理，不具普適性，我們試建立20Eckenfelder（埃肯菲爾德）動力學(xué)模型以Monod方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)以底物的降解服從一級反應(yīng)為基礎(chǔ)當(dāng)微生物處于生長率上升階段時(shí)，基質(zhì)濃度高，微生物生長速度與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)：當(dāng)微生物處于生長率下降階段時(shí)，微生物生長主要受食料不足的限制，微生物的增長與基質(zhì)的降解遵循一級反應(yīng)關(guān)系：當(dāng)微生物處于內(nèi)源代謝階段時(shí)，微生物進(jìn)行自身氧化：9/6/2023Eckenfelder（?？戏茽柕拢﹦恿W(xué)模型以Monod方21（1）反應(yīng)系統(tǒng)只有兩部分組成，即微生物和BOD5或COD指標(biāo)表示的底物；（2）反應(yīng)器完全混合，微生物和底物的濃度不隨位置變化；（3）反應(yīng)在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行，即整個(gè)反應(yīng)器中的微生物濃度不隨時(shí)間變化，進(jìn)水基質(zhì)濃度不隨時(shí)間變化。（4）水質(zhì)有機(jī)物含量較低，符合Eckenfelder（?？戏茽柕拢﹦恿W(xué)模型。9/6/2023（1）反應(yīng)系統(tǒng)只有兩部分組成，即微生物和BOD5或COD指標(biāo)22實(shí)驗(yàn)采用自配含苯酚模擬工業(yè)廢水，裝置采用活性污泥反應(yīng)器。因本試驗(yàn)中污水濃度低，符合Eckenfelder模式要求的進(jìn)水BOD5小于300mg/L的低基質(zhì)濃度條件，故采用Eckenfelder模式來擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和求解有機(jī)物降解動力學(xué)參數(shù)。9/6/2023實(shí)驗(yàn)采用自配含苯酚模擬工業(yè)廢水，裝置采用活性污泥反應(yīng)器。8/239/6/2023我們從有機(jī)底物降解速率方程入手，結(jié)合微生物生長速率方程，聯(lián)立求得有機(jī)底物降解隨時(shí)間變化的關(guān)系：8/3/2023我們從有機(jī)底物降解速率方程入手，結(jié)合微生物生249/6/20238/3/2023259/6/20238/3/202326結(jié)果：A(1)=-K1=-27167.5809885387A(2)=-K/Y=-0.00129106027398796A(3)=S0Y=8.58316285812472A(4)=a=10.6207207041534A(5)=b=0.705870127511861A(6)=X0=0.329560598652052相關(guān)系數(shù)r=0.781160724800212

9/6/2023結(jié)果：A(1)=-K1