Математическое моделирование гидродинамики, кинетики процессов массопередачи и накопления биомассы для системы аппаратов аэротенк-отстойник-рецикл

• Автор: Цзян Чжицян
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ГЛАВА I

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ВОДООЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД.

1.1. Основы биохимической очистки сточных вод

1.2. Основные типы современных сооружении биологической очистки сточных вод.

1.3. Типовые математические модели гидродинамики струшуры потока и методы определения их параметров.
1.4. Математические модели двухфазных систем газжидкость в процессе абсорбции кинетика массопередачи.

1.5. Пути интенсификации работы очистных сооружений.

1.6. Особенности кинетических моделей микробиологического синтеза.

1.7. Параметрическая идентификация математических моделей реальному процессу
Выводы по главе 1.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
ГЛАВА II
ГИДРОДИНАМИКА СТРУКТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ.
В СИСТЕМЕ АППАРАТОВ АЭРОТЕНКОТСТОЙНИК
2.1. Математическая модель гидродинамики структуры потока жидкости исследуемой системы аппаратов
2.2. Анализ параметрической чувствительности математической модели гидродинамики
2.3. Анализ моментов нулевого и первого порядков функций распределения математических моделей различных структур потока жидкости
2.3.1. Модель полного перемешивания
2.3.2. Диффузионная модель.
2.3.3. Модель идеального вытеснения
2.3.4. Модель идеального вытеснения с байпасом.
2.3.5. Модель идеального вытеснения с рециклом.
Выводы по главе II
ГЛАВА III
КИНЕТИКА ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМ В АЭРОТЕНКЕ
3.1. Математическая модель массопередачи в аэротенке
3.2. Решение математической модели в виде профиля концентрации жидкости и эффективности массопередачи.
3.3. Параметрическая чувствительность математической модели массопередачи двухфазной системы.
Выводы по главе III
ГЛАВА IV
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КИНЕТИКИ БИОСИНТЕЗА
4.1. Формирование кинетической модели накопления биомассы .
4.2. Оценка кинетических параметров непрерывного процесса накопления биомассы
4.3. Дискриминация конкурирующих кинетических моделей и проверка их адекватности.
4.4. Полная математическая модель процесса накопления биомассы
Выводы по главе IV
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ.
ЛИТЕРАТУРА


При подходящих условиях среды микроорганизмы растут, размножаются, перерабатывают органические вещества, используя их в качестве еды и выделяют в окружающую среду разнообразные конечные продукты. Превращение органических веществ в минеральные конечные продукты путем жизнедеятельности микроорганизмов называется минерализацией, притом эти явления в биосфере лежат в основе самоочистных процессов природы и кругооборота веществ. Как известно, процессы минерализации органической материи разделяются на две большие группы в зависимости от условий среды и вида микроорганизмов - аэробные и анаэробные. Аэробные процессы протекают в присутствии свободного кислорода. Анаэробные — в отсутствии кислорода. Промышленное применение микроорганизмов выражается в управлении процессом биохимического превращения органических веществ с участием микроорганизмов и ферментов. Биохимические процессы одновременно связаны с синтезом новых микроорганизмов и получением разнообразных биохимических продуктов. Один из самых типичных примеров промышленного применения микроорганизмов - это процесс биохимической очистки сточных вод. Органические вещества, содержащиеся в бытовых и промышленных сточных водах, являются подходящей пищевой средой для микроорганизмов, которые быстро размножаются и в процессе своего метаболизма используют часть еды для синтеза новых клеток, а другую часть трансформируют до простых минеральных продуктов - С, Н и др. Этот процесс относится к аэробным процессам и называется биохимическим окислением. До биохимического окисления сточные воды подвергаются механическому очищению (осаждению). Органические вещества в осадках, которые получаются за счет механического и биохимического очищения сточных вод, минерализируются чаще всего как анаэробные биохимические процессы. Биохимическая очистка сточных вод является эффективным и перспективным способом, так как основывается па естественных самоочист-ных процессах в природе. Микроорганизмы обладают исключительно высокой активностью в метаболических превращениях, которая связана с их способностью быстрого размножения и увеличения их количества. Они перерабатывают органические вещества, пропорционально скорости их роста, которая превышает скорость роста высших организмов на несколько порядков. Возможность биохимической очистки сточных вод зависит от вида и состава органических веществ и подходящего соотношения основных биогенных элементов в них, необходимых в качестве источника питания (энергии) микроорганизмов (углерод, азот, фосфор, минеральные соединения и микроэлементы). В бытовых и большинстве промышленных сточных водах органические вещества по виду, составу и соотношению биогенных элементов очень подходят для микроорганизмов. Механизм изъятия и переработки микроорганизмами органических веществ из сточных вод очень сложный и не полностью изучен. Суспендированные вещества и большие молекулы в растворе надо заранее разрушить, чтобы легко перейти через клеточную оболочку. Это происходит при помощи ферментов, выделяемых бактериями. Основную роль в очистке сточных вод играют процессы превращения вещества, происходящие внутри клеток микроорганизмов. В процессе потребления микроорганизмами питательных веществ, содержащихся в сточных водах, в микробной клетке протекают два взаимосвязанных и одновременно происходящих процесса - синтез протоплазмы и окисление органических веществ. В процессе окисления клетки потребляют кислород, растворенный в окружающей сточной жидкости. Скорость потребления кислорода активным илом зависит от многих взаимосвязанных факторов: величины биомассы, скорости роста и физиологической активности клеток, вида и концентрации питательных веществ; накопления токсических продуктов обмена; количества и природы биогенных веществ; содержания кислорода в воде. Строго разграничить у микроорганизмов процесс питания и дыхания невозможно. Обычно реакции, идущие с выделением энергии (экзотермические), относят к процессам дыхания, а реакции, протекающие с поглощением энергии (эндотермические) - к процессам питания. СхНуО: + (х + 0. O2 -> *С + 0. Н2О + A W синтез бактериальных клеток п(СхНуО:) + «NH3 + п(х + 0. Ог w(C5H7N) + п(х - 5)С + 0.