文档介绍：废水生物处理
东南大学研究生课程
主讲:李先宁
数学模型的首要功能是将复杂系统简化、用最少的方程项进行描述,以便于运用,帮助我们理解系统如何响应条件的变化。
一般,数学模型并不能够对系统进行完全性的描述,但是,如果谨慎选择项目,模型响应能定性地与真实系统比拟。
第四章悬浮生长式系统模型
我们采用的模型是以质量、动量和能量的转换为基础的过程传递模型。
这些模型基本上是属于现象类型的,因为其速率表达式只是以基本形式描述了反应的基本机理。
这些模型是经验性的,因为模型应用的最终检验是通过实际观测和经验而不是凭基本原理推导。
§ 微生物系统模型
第四章悬浮生长式系统模型
对模型和速率表达式所做的简化性假设:
1、一个反应器系统中指定种类微生物的所有个体都相同。
2、随机现象可以忽略,亦即细胞之间的任何随机型差别都可以不予考虑。
3、每个微生物功能组别(例如,好氧异养菌、自养菌等)中,所有的微生物都被看做属于同一个种类。
4、在一个微生物种类之中不考虑其个体,亦即我们关注的是微生物群整体。
5、悬浮生长式反应器的反应是均匀进行的,尽管反应器中的微生物会有不同的生长阶段。
第四章悬浮生长式系统模型
§ 微生物系统模型
传质模型基于质量、动量和能量的守恒。但是,对于大多数悬浮生长式生物反应器模型,只需要质量平衡。
质量平衡方程:(单位:质量/时间)
物质在限定体积内净累积速率= 限定体积的输入速率
- 限定体积的输出速率
+ 限定体积的净生成速率
可简化为:
累积= 输入- 输出+ 生成
§ 质量平衡方程
第四章悬浮生长式系统模型
理想式反应器
非理想式反应器
第四章悬浮生长式系统模型
§ 反应器类型
连续搅拌式反应器(CSTR),又称为连续流搅拌式反应器(CFSTR ),反混式反应器,完全混合式反应器。
理想式反应器—连续搅拌式反应器(CSTR)
图4-1 连续搅拌式反应器(CSTR)
第四章悬浮生长式系统模型
从反应器中各点采集的样品具有同样的组成,反应器出水成分与反应器内相同。
将质量平衡方程用于反应器全部体积V中的反应物A,得:
式中,F0 ——进水的体积流量;
F ——出水的体积流量;
CA0 —— A在进水中的浓度;
CA —— A在出水(或反应器)中的浓度。
第四章悬浮生长式系统模型
理想式反应器—连续搅拌式反应器(CSTR)
假定F0=F,如果进水流量和浓度恒定,则反应器通常会处于稳态,则方程
可简化为:
方程说明A进入或排出反应器的质量流量的差值是由于A在反应器中生成所引起。
如果A被消耗,则CA将小于CA0,生成速率是负值。
第四章悬浮生长式系统模型
理想式反应器—连续搅拌式反应器(CSTR)
稳态质量平衡方程的用途:
1、因为它可以计算A的生成速率,所以可用于获得实验速率表达式。
2、如果知道反应速率,则可以获得达到一定出水浓度所需要的反应器体积,即:
3、计算反应器体积V所能处理的流量,即:
第四章悬浮生长式系统模型
理想式反应器—连续搅拌式反应器(CSTR)