曝气生物滤池(BAF)处理高速公路服务区废水

根据式4-12，得图4-1的线性拟合：
0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Q=0.096m /d 3 Q=0.192m /d 3 Q=0.288m /d 3 Q=0.384m /d 3 Q=0.480m /d
我们从有机底物降解速率方程入手，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：
dS b K1S X 0 S0Y 1 e dt
Kt Y

a
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0
底 物 降 解 速 率 （ mg/(L*h)）
有机物降解动力学模型
指导教师：王灿 组员：王晶晶 李英特 任云 赵伟高 韩金峰 孙骞骞
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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

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（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。
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Φ10cm、 高 230cm 的有机玻 璃柱，填料粒径 3.5～5.5mm。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 次堆成，高 20cm） 和填料层（高 140cm）。
3
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ln(Cc/C0)

由图4-1得到的参数表：
Q m R2 0.096 1.40906 0.813 0.192 1.23756 0.77792 0.288 1.08719 0.86106 0.384 0.8446 0.8633 0.480 0.6766 0.83827
H (m)
可得 BAF 有机物去除动力学模型为：
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4.0
3.8
3.6
ln(Qm/A)
3.4
Equation Weight Residual Sum of Squares Pearson's r Adj. R-Square ln(Qm/A) ln(Qm/A) y = a + b*x No Weighting 0.19375 -0.81073 0.54305 Value Standard Error 13.27206 2.47593 Intercept Slope 35.31153 -5.93895
3.2
3.0
2.8 5.28 5.30 5.32 5.34 5.36 5.38 ห้องสมุดไป่ตู้.40 5.42 5.44
ln(C0)
（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
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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。
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Eckenfelder（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：

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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。

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dS 27167.58S 0.71[0.33 8.58(1 e 0.0013t )]10.62 dt
用Runge-Kutta算法拟合数值解
80 70 60
底 物 浓 度 （ mg/L）
50 40 30 20 10 0
0
1
2
3
4 时 间 （ h）
5
6
7
8
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！
（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。
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（2）动态模型 主要有Andrews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。
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——控制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。
-5
-10
-15
-20 8 6 4 2 时 间 （ h） 0 0 20 底 物 浓 度 （ mg/L） 60 40 80
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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

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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 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，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。

当微生物处于内源代谢阶段时，微生物进行自身氧化：
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（1）反应系统只有两部分组成，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。

基于上述假设，建立 BAF 降解有机物的速率 方程可表示为：
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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，α=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* ——反映了滤池中生物膜的活性，并影响有机物的