文档介绍：青岛滨海学院教师教案
课题
§— 废水的生物处理红绿灯下的交通流
需 2 课时
教学
目的
要求
通过本节课程的学习使学生了解废水的生物处理模型,掌握红绿灯下的交通流模型
及其数学机理。
教学
重点
对于废水的生物处理模型的理解与掌握。
教学
难点
对于红绿灯下的交通流模型的理解与掌握。
教案编写日期
年月日
教学内容与教学过程
提示与补充
一、废水的生物处理
1、问题提出
某钢铁厂排出废水中有害物质的浓度在克/米之间,拟采用生物处理法将其浓度降至环境保护法规定的克/米以下,然后排入河流,为此需建立废水和微生物混合的处理池。已知废水将以100米/小时的流量进入处理池,为此使由处理池排出废水中有害物质浓度满足规定的标准,要合理地确定处理池的容积。如果所需的容积太大,研究用两个较小的处理池代替一个大池的可行性。
2、模型假设
假设1:有害物质被微生物分解、转化而消失的速率(以单位时间的百分比计)与微生物浓度成正比,比例系数为米/。
假设2:微生物依靠有害物质分解、转化产生的能量而增殖的速率(以单位时间的百分比计)与有害物质成正比,比例系数为米/。
假设3:微生物的自然衰亡率(单位时间的百分比)是常数/小时。
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假设4:池内有害物质和微生物在任何时候都是均匀混合的,于是可以用c(t)和b(t)分别记有害物质和微生物的浓度,即它们只是时间t的函数,而与位置无关。并且由此可以认为排出的废水中有害物质和微生物的浓度与池内相同。
假设5:废水进入处理池的流量为常数Q=100m3/h。池内废水量不变,忽略池内废水的蒸发等因素,可以认为排出的水量与Q相同,并且近似地设池内水量等于池的容积V,即水是满的。
假设6:进入处理池的废水中有害物质浓度为c0(g/m3),c01<=c0<==10-3 g/m3,c02=10-2 g/m3,c0 可以保持某个定值,也可随时发生变化,最坏的情况是c0 由c01 突然增加到c02。
假设7:环境保护法规定的浓度c*=g/m3是指长期稳定排放时不应超过的标准。如果是短期排放超标不太大,工厂可以用交纳罚金等办法解决。
3、单池模型的建立
根据池内有害物质的质量平衡关系,在内有害物质改变量=
进入量-排出量-分解转化量。按照假设1,4,5有
V[c(t+t)-c(t)]=Qc0t-Qc(t) t-r1b(t)c(t)Vt
由此可得微分方程 dc/dt=Q/V(c0-C) -r1bc (1)
类似地,根据池内微生物的平衡关系和假设2,3,4,5有
V[b(t+t)-b(t)]= r2c(t)b(t)Vt-db(t)Vt-Qb(t)t
可得方程 db/dt=(r2c-d-Q/V)b (2)
4、单池模型的求解
(1),(2)给出了池内有害物质浓度和微生物浓度的变化规律。这个非线
性方程组无法得到解析解,我们分别讨论它的稳态和动态过程。
稳态情况:方程(1),(2)有两个平衡点:
P1:c=(d+Q/V)/ r2,b=Q(c0-c)/V r1c
P2:c=c0,b=0 (3)
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可以验证在c< c0的条件下P1稳定,P2不稳定。由(3)可知为了b>0
必须有c