勞倫斯-麥卡蒂(Lawrence-Maccarty)方程的推導與應用

2021-02-18 小菩提環工助考

1、深入了解莫諾模式和埃肯費爾德模式

      莫諾模式是活性汙泥法動力學最基礎的模式, 它就是活性汙泥反應的一相說, 所謂一相說是將底物的降解或微生物的增值用一個統一的數學模式來描述。埃肯費爾德模式, 是活性汙泥反應的二相說。二相說就是將底物的降解和生物的增值分為高底物濃度和低底物濃度二相而分別採用的不同的數學模式。需要理解一相說和二相說在本質上是相同的, 所不同的僅是連續函數和非連續函數之別, 二相說的兩個非連續函數只是一相說中連續函數的兩種特殊情況 。

    由於埃肯費爾德模式在實際工程設計和汙水廠運行控制中被廣泛應用, 所以應實現埃肯費爾德模式的靈活變形, 理解每個參數和公式的具體含義。可以應用埃肯費爾德模式進行活性汙泥系統的設計, 以及一系列參數的計算, 包括: 曝氣時間、生物量的增值量、需氧量、汙泥回流比。深入地了解底物(有機物) 降解和微生物(活性汙泥) 增值的規律, 以便更合理地進行生物處理構築物的設計和運行。主要包括: 底物降解動力學, 主要討論底物降解與底物濃度、生物量等因素的關係; 微生物增值動力學, 主要研究微生物增值與底物濃度、生物量、增值常數等因素之間的關係; 同時, 降解底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養要求等關係。

2、靈活應用勞倫斯- 麥卡蒂模式

      勞倫斯- 麥卡蒂模式在活性汙泥法中佔有重要的地位, 在實際中被廣泛應用, 它突出強調了生物固體停留時間這一參數的重要性及其在設計、運行中的意義。它以微生物生理學, 即有關微生物的增值和底物的利用為基礎, 採用一相說的概念, 認為微生物的增值存在著連續性的關係。

      勞倫斯- 麥卡蒂模式對微生物增殖和底物的利用僅用兩個基本方程式來描述。第一個基本方程式敘述微生物的淨增殖速率與底物利用率之間的關係(公式1)。第二個基本方程式是底物利用率與曝氣池中微生物濃度、與微生物周圍的底物濃度之間的關係。

      勞倫斯- 麥卡蒂模式並不僅僅等同於兩個方程式, 最重要是從第一基本方程式中推導出的3個導出關係式, 它們在活性汙泥法的設計、運行中具有重要的意義, 在教學中需要深入理解不同推導公式代表的實際含義。其中第1導出方程式是關於系統的出水水質; 第2導出方程式是關於曝氣池內汙泥濃度; 第3導出方程式是關於回流比R 與SRT的關係式。

      由於勞倫斯- 麥卡蒂模式突出強調了生物固體停留時間這一參數的重要性, 因此需要分析SRT和出水中溶解性有機物濃度、出水中汙泥濃度、氧吸收速率的關係, 以及如何計算SRT 或應用SRT控制系統的方法。

3、了解汙水生物處理系統數學模型的演變和活性汙泥法數學模型的知識

       數學模擬表面上是對汙水處理過程進行數位化模擬, 實際上成熟的模擬技術對汙水處理工藝方案比較、工藝流程設計、工藝運行優化、新工藝研發等而言均是一種高效的工具。雖然數學模擬結果不能百分之百地代表現實, 但它們的輔助作用在諸多方面可以起到事半功倍的效果。由於各活性汙泥模型開發人員使用統一的概念、術語和矩陣符號。數學模型有助於描述和理解活性汙泥系統的反應過程, 對設計提供理論上的指導; 模型有助於模擬活性汙泥系統的動態變化和對各項水質指標的影響, 可以指導實際的生產運行; 將模型和控制理論及方法結合起來, 就可按處理水質的要求, 達到優化運行的目的; 能幫助研究人員進行更有效地試驗設計, 用於指導進一步的研究; 幫助汙水處理廠操作管理人員更好地理解和利用獲得的信息, 及時發現錯誤。

4、加強計算例題的講解和分析

      為了使反應動力學的討論更為深入, 除對這些模式的理論基礎、論點、模式的數學推導等作系統的介紹外, 還特別注意這些模式在活性汙泥系統計算中的實用性, 並安排一定數量的計算例題, 就活性汙泥淨化反應過程的某些功能環節(如活性汙泥的增殖、吸附) 和不同類型曝氣池系統進行合理計算, 作系統而深入的動力學分析。

5、注重課後複習與練習活動貫穿於平時的教學和自學活動中

      注重課後複習與練習活動貫穿於平時教學和自學活動中。如課堂講授前引導學生回憶上堂課的要點, 講授完後, 作簡短的總結; 課後作業以思考題為主。其宗旨是使學生能用所學的基礎知識來分析和解決問題, 避免讓學生死記硬背。所給的思考題大都結合工程實際, 要求學生能運用所學的知識來解決汙水處理構築物的設計, 分析汙水廠運行過程中出現的問題。通過課後複習與練習, 可以強化已學知識, 使之鞏固、加深、系統化。

希望本篇能給各位

環境專業的考生們一定啟發！


圖：上海嘉定南翔下沉式再生水廠

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