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

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1、2016《环境数学模型》课程设计说明书1.题目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2.实验方法与结果2.1.实验方法2.1.1.工艺流程与反应器本设计采用的工艺流程如下图所示：图2-1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

2、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。系统运行过程中，进出水流量、进水质量、污水的停留时间、生化反应器的容积、机械搅拌设备转轴转速、鼓风曝气装置的曝气风量气速、污泥回流量等参数在系统运行的过程中都保持不变。待系统持续运行一周稳定后再取样进行分析。实验的进水为实验室配置的污水，污水分别以葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾为碳源、氮源和磷源，其中C：N：P=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

3、试，测得的数据作为建模的原始数据。表2-1污水中各营养物质的含量营养物质葡萄糖（C）尿素（N）磷酸二氢钾（P）含量（mg/L）500（200）85（40）8.77（1）2.1.2.取样方法16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COD的水样后，全开污泥回流泵，将沉淀池中的污泥全部抽回生化反应器（由于实验装置的原因，沉淀池排泥管易堵，污

4、泥易积聚在沉淀池中，为更准确测定活性污泥的增长情况，在此实验中将泥完全抽回后再测定），待搅拌均匀后，取5ml污泥混液于干净、衡重的坩埚中，待用于测污泥混液的SS。1.1.1.分析方法本实验一共分析进出水COD和污泥混液SS两个指标。其中COD采用《水质快速消解分光光度法》（HJ/T399-2007）方法进行分析，SS采用《水质悬浮物的测定重量法》（GB11901-89）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

5、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，在105℃温度下烘3h以上，保证污泥中的水分被充分除去。坩埚冷却后衡重称重，记录干污泥的质量，求得活性污泥的SS。实验过程的所有样品都设置两个平行样，最后结果取平行样的算术平均值。1.2.实验结果1.2.1.实验数据实验测得数据如下表：表2-2活性污泥系统水质分析结果时间MLSS（mg/L）进水COD（mg/L）出水COD（mg/L）消耗COD（mg/

6、L）DAY14202230223DAY216104530453DAY3226027375199DAY4258054766482DAY5588041404141.2.2.数据分析16根据表中数据，混合液悬浮固体MLSS的浓度随着活性污泥系统运行时间的延长而增大，对于同一活性污泥系统，MLSS浓度与活性污泥量成正比，MLSS的变化在一定程度上反应系统内的活性污泥量的变化，系统中的活性污泥量随时间的延长而呈增长趋势。在本设计中，活性污泥系统生化反应器处于稳定状态，底物充足且浓度基本不变。微生物在营养物质充足、曝气充分的条件下得以快速生长繁

7、殖。实验测得的结果与现实规律一致。本设计配的营养液中葡萄糖浓度为0.5g/L，对应的理论COD值为533mg/L。实际测得的进水COD值普遍低于533mg/L，这是由于葡萄糖非常容易被微生物降解利用。实验所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COD消解仪由于使用年限较长，工作性能下降，不能消解充分，进而使得实验结果偏低，且实验结果偏差较大。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6h，根据已有的经验，出水COD值应该为0或接近0。但

8、表中DAY3和DAY4的出水COD高达66-75mg/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。1.数学建模1.1.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