1、组员：王晶晶 李英特 任云 赵伟高 韩金峰 孙骞骞指导教师：王灿有机物降解动力学模型1.污水生物处理动力学模型简介2.有机物降解动力学模型案例2/6/2023（1）静态模型典型动力学模型有Eckenfelder、Grau、Lawrence-Mccarty和Mckinney模型。这些模型所导出的稳态结果基本满足工艺设计要求，并且具有模型变量可直接测定、动力学参数测定及方程的求解比较方便等特点。但是它们具有限制性条件：只针对易降解的溶解性底物的；微生物被假定在电子受体不受限制的环境中生长；它们只针对某一种工艺状态，例如只去除含碳有机底物或只是硝化。2/6/2023（2）动态模型主要有Andrews
2、模型、WRC模型、IAWQ模型。其中，ASMs数学模型是代表性机理动态模型，通过反应过程来描述发生在一个或多个系统中的组分活动，量化每个过程的动力学和化学计量学，将活性污泥过程作为一个复杂系统进行动态研究，除碳、脱氮、除磷进行了描述分析，弥补了经验模型不足。2/6/2023动态模型对生物膜传质和反应过程描述十分清楚，但是有生物膜厚度、氧利用系数、生物膜微环境的水力混合特性等大量的参数需要确定，且这些参数随填料和反应器流态变化而变化，因此在工程实际中难以运用。尽管静态经验模型对实际系统和过程机理作了很大的简化，但这些模型所导出的稳态结果基本满足工基本满足工艺设计要求，并且具有模型变量可直接测定、
3、动力艺设计要求，并且具有模型变量可直接测定、动力学参数测定及方程的求解比较方便学参数测定及方程的求解比较方便等特点，在确定进水流量、进水污染物浓度等相关设计条件后，即可预测出水污染物浓度，对设计可起指导作用。2/6/2023实验设计-实验用水 试验用水由葡萄糖，NH4Cl，KH2PO4，无水 CaCl2，MgSO4，FeCl3等原料按照一定的比例：（BOD:N:P=100:5:1）配制而成本试验中 BAF 装置的反应器为10cm10cm、高高 230cm230cm 的有机玻璃柱，填料粒径 3.53.55.5mm5.5mm。滤柱内部结构由下至上依次是承托层（由不同粒径的鹅卵石按级配由大到小依次堆
4、成，高 20cm）和填料层（高 140cm）。（1）反应器是理想的推流式反应器。（2）生物膜均匀地覆盖于填料表面，且生物膜密度、微生物特性、有机物在生物膜内的扩散系数，在整个生物膜膜厚范围内是均匀的。且生物膜处于一个动态平衡，即生物膜的生长与死亡之间存在着动态平衡。（3）整个滤池中，动力学参数在溶液中与在生物膜内相一致，且各点温度和值不变，且整个生物滤池的流速是相同的。（4）反应器进出水中所有可降解的基质均以溶解状态存在，且不含有微生物，反应器内的生物降解主要由生物膜所致。（5）反应器内只存在着纵向的浓度梯度，即底物只在横向有混合现象，纵向完全不存在混合。（6）忽略不计反应器内的悬浮生物量，只
5、考虑填料上的生物膜对有机物的降解作用要考虑滤池对进水中的悬浮颗粒的物理截流作用。基于上述假设，建立 BAF 降解有机物的速率方程可表示为：2/6/2023有机物在 BAF 中的降解过程与活性污泥法基本相同，CODcr降解服从一级反应动力学，=1，则速率反应方程可写为：BAF 中微生物量是滤料比表面积的函数：k k*反映了滤池中生物膜的活性，并影响有机物的沿程去除率。k*越高，(Ce/C0)值越低,有机物去除效果越好。影响生物膜的因素有很多，比如填料的粒径、形状和密度，水流的状态和方向，曝气量，微生物种群，反应器大小等都会对生物膜的生长产生影响，这些都会最终引起生物膜活性和厚度的变化。n n控制
6、着进水有机物浓度的改变对出水有机物去除率变化大小的影响。n 值越小，表示进水有机物浓度在较小的范围内变化时，出水有机物的去除率将会有较大变化。根据式4-12，得图4-1的线性拟合：2/6/2023-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.6-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0 ln(Cc/C0)Q=0.096m3/dQ=0.192m3/d Q=0.288m3/d Q=0.384m3/d Q=0.480m3/dH(m)由图4-1得到的参数表：Q0.0960.1920.2880.3840.480m1.409061.237561.087190.84460.6766R20.
7、8130.777920.861060.86330.83827可得可得 BAF BAF 有机物去除动力学模型为：有机物去除动力学模型为：2/6/20235.285.305.325.345.365.385.405.425.442.83.03.23.43.63.84.0 ln(Qm/A)ln(C0)Equationy=a+b*xWeightNo WeightingResidual Sum of Squares0.19375Pearsons r-0.81073Adj.R-Square0.54305ValueStandard Errorln(Qm/A)Intercept35.3115313.27206l
8、n(Qm/A)Slope-5.938952.47593（2）研究了生物量沿填料层高度的变化规律，对于实际运行与观测具有一定的参考意义上述模型假设条件过多，部分假设不合理，不具普适性，我们试建立一个具有普适性的新模型。2/6/2023Eckenfelder（埃肯菲尔德）动力学模型以Monod方程为基础，推导以底物的降解服从一级反应为基础当微生物处于生长率上升阶段时，基质浓度高，微生物生长速度与基质浓度无关，呈零级反应：当微生物处于生长率下降阶段时，微生物生长主要受食料不足的限制，微生物的增长与基质的降解遵循一级反应关系：当微生物处于内源代谢阶段时，微生物进行自身氧化：2/6/2023（1）反应系
9、统只有两部分组成，即微生物和BOD5或COD指标表示的底物；（2）反应器完全混合，微生物和底物的浓度不随位置变化；（3）反应在稳态条件下进行，即整个反应器中的微生物浓度不随时间变化，进水基质浓度不随时间变化。（4）水质有机物含量较低，符合Eckenfelder（埃肯菲尔德）动力学模型。2/6/2023实验采用自配含苯酚模拟工业废水，装置采用活性污泥反应器。因本试验中污水浓度低，符合 Eckenfelder 模式要求的进水 BOD5小于 300mg/L 的低基质浓度条件，故采用 Eckenfelder 模式来拟合试验数据和求解有机物降解动力学参数。2/6/20232/6/2023我们从有机底物降
10、解速率方程入手，结合微生物生长速率方程，联立求得有机底物降解随时间变化的关系：1001aKtbYdSK SXS Yedt 2/6/20232/6/202302040608002468-20-15-10-50底 物 浓 度（mg/L）时 间（h）底物降解速率（mg/(L*h)）结果：A(1)=-K1=-27167.5809885387 A(2)=-K/Y=-0.00129106027398796 A(3)=S0Y=8.58316285812472 A(4)=a=10.6207207041534 A(5)=b=0.705870127511861 A(6)=X0=0.329560598652052相关系数r=0.781160724800212 2/6/20230.710.001310.6227167.580.338.58(1)tdSSedt 用Runge-Kutta算法拟合数值解 01234567801020304050607080时 间（h）底物浓度（mg/L）致谢致谢 本次作业是组员们共同努力的结果，期间遇到了各种难题，在王老师、牛老师和赵加斌同学等师生的帮助下得以顺利完成，在此表示衷心的感谢！
