污水处理的数学模型的构建

A. 污水污染物的组分

合理的识别污水中污染物的组成对于系统的设计以及运营维护有特别重大的意义。

污水中的主要成分可以氨气来源分，按其性质分，按其特点分。在国际水协会IWA建立活性污泥数学模型ASM1的时候推出了污水处理过程中的十三个组成部分，后续其它的模型中也会引入不同的参数。

为了便于交流，公认的污水组分表达的notation包括

S-Soluble material, 这个一般指可以通过0.45um膜的组分，但也有用别的类型的膜进行过滤测试的，因此一定要搞清楚当我们说Soluble时候的Soluble的cutoff 是什么。

X-Suspendid solids.这可以表示水中的颗粒性即不能通过过滤膜的成分，也用来表达水中各种微生物组分。

I-Inert 表示惰性部分

另外C-Colloidal也经常会被用来表示水中呈胶体装台的污染物或者组分。

由于城市污水管网差异，当地气候条件，居民生活条件的差异，一般来说很难对污水成分进行概述，但也会有一些数值被拿来作为典型城市污水的特点。

不管怎么讲以及在什么时候，采样以及分析的样品的代表性是非常重要的。不管是利用当前监测数据或者是类似场地项目数据的时候一定不能忘记预测未来的发展变化，这些发展变化不仅仅是水量，也包括各种因素引起的水质发生变化。

书上说过去利用mg/L 这种方式表示水质情况在21世纪来说已经过时了，大家应该多用the constituent mass discharge rate on a per capita basis.这种当量表达的方式相对来说比浓度来预测要简单一些。

下面的表格在学习水处理原理及技术的时候非常的不重要，但涉及到具体的工程实践实际的时候，这些背景值一定要作为参考资料，这样才能有效的评价我们自己的数据的有效性。

Per capita Mass constituent Discharges in The United States (the total mass of waste discharged per person per day （dry weight basis) from indivial residences. 

在污水处理厂设计过程中，以下指标的具体浓度值得关注：

1.碳组分含量Carbonaceous constituents

2. 含氮组分,Nitroghenous compounds

3.含磷组分Phosphorus compounds

4.固体组分, Total and volitaile suspended solids

5. 碱度。一般会转换为CaCO3的浓度来表示。

在进行污水处理过程中，常有如下的一些指标被用以描述污水。

Carbonaceous constituents

                                                        

                                                        

                                                         

BOD

BOD  一般使用5日生化需氧量

sBOD 溶解性五日生化需氧量

UBOD  生化需氧量，对于UBOD/BOD值为1.5的市政废水来说，bCOD/BOD大约为1.6到1.7.

                                                                          

                                                                        

对于典型市政污水来说，UBOD/BOD=1.5,fd=0.15, YH=0.4 bCOD/BOD=1.64

COD

TCOD,CODT， 总化学需氧量

bCOD  可生物降解化学需氧量

pCOD 颗粒型化学需氧量

sCOD 溶解性化学需氧量

nbCOD 不可生物降解需氧量

rbCOD Ss readily biodegradable化学需氧量,可以直接被微生物利用，is assimilated quickly by the biomass，rbCOD对于微生物的动力学参数以及工艺运行有直接的影响。这一部分COD浓度高会提高硝酸盐还原速率，在除磷系统中可以很快转化为VFA然后为PAOs使用。准确的测量rbCOD对于强化生物除磷系统的模拟及预测很重要。但是rbCOD依然还有除了VFA以外的成分。对于活性污泥系统来说，较高浓度的rbCOD以为着菌胶团细菌可以得到更多的基质，从而有利于絮体的增长，最终形成沉降性能更优的微生物絮体。

bsCOD 可生物降解的溶解性的COD

bcolCOD 可生物降解的胶体态COD,需要被酶水解后以较慢的速度被微生物利用

sbCOD Xs 慢速生物降解COD

bpCOD Xsp  可生物降解的颗粒态的COD，需要被酶水解后以较慢的速度被微生物利用

nbpCOD Xi  不可生物降解的颗粒态COD.这部分的COD依然是有机物，尽管不能被微生物利用，但会成为挥发性悬浮固体物质的成分。

nbsCOD Si 不可生物降解的溶解态COD

Nitrogen

TKN  总凯氏氮，包括氨氮和有机物中含的氮,进水中大约60%到70%的凯氏氮都是氨氮。

bTKN 可生物降解的TKN

sTKN 溶解性的TKN

ON   有机氮含量，有机氮包括溶解性的和颗粒态的，其中一部分是惰性的。

NH4-N Snh4  氨氮浓度

bON

nbON  不可生物降解的有机氮，一般来说不可生物降解的有机氮占VSS（以COD计）的6-7%

pON

bpON   颗粒态的有机氮，由于需要水解以后才可以被微生物利用，因此颗粒态的有机氮的利用速率比较低。

nbpON   不可生物降解的颗粒态有机氮

sON  溶解性有机氮

bsON   可生物降解的溶解性有机氮

nbsON   nonbiodegradable soluble organic nitrogen,浓度一般为1-2mg/L

Phosphorus

TP 总磷

PO4   正磷酸盐

bpP

nbpP

bsP

nbsP

Suspended solids

TSS

VSS

                                                                                                           

nbVSS  不可生物降解的挥发性悬浮固体，这部分的VSS大致上等于nbpCOD

                                                                                                         

                                                                                                           

                                                                                                           

iTSS 惰性总悬浮固体浓度

上面所列的组分尽管存在这样的定以，其具体浓度依然受实验操作及实验条件等影响。

B. 数学建模污水处理问题

问题1.假设该工厂利用的是类似于沉淀法的处理，即污物处理按二项分布沉淀。有得到处理率为P=10％/小时，剩余率H=1－P=90%
一天有24小时，则留下（90％）^24的污物＝7.98％
设T时间长度剩余一半，有H^T=50％，推出T＝6.5788小时
问题2.设其容量为V，为保持池中容量的平衡，流入量始终要等于流出量，即每小时流出的处理水和提取物共100KG
设容器中有水含污物V2，水V1，处理完污物V3（V3+V2+V1=V）,这次排除的量分别为处理完污物V3，水含污物(100-V3)/(V2/(V1+V2)),水(100-V3)/(V1/(V1+V2))，其中V3=(V3＋V2)*10%
每小时流入100KG的污水，增加量中dV1＝100×0.4，dV2＝100×0.6，由于沉淀概率按二项分布，设原容器中有水含污物Q2，水Q1，处理完污物Q3,所以一小时后，V3=Q2*0.1+dV2*0.1,V2=Q2*0.9+dV2*0.9,V1=V-V3-V2
N小时后V2=Q2*0.9^N+dV2*(0.9^(N-1)+0.9^(N-2)……＋0.9^1)
化简后V2=Q2*0.9^N+dV2*((0.9(1-0.9^(N-1)))/(1-0.9))
数据分析：取lim(N趋于无穷)V2=dV2*9=100*0.6*9=540KG

C. 有关数学建模问题（越详细越好，答得好的我再加两百分）

第一问：以B为基准点，经过分析，可以知道，污水处理厂必定建在AC之间，在B以上版设一个点，目标函数为建厂费权用和管道费用之和，在B下设一个点，同样函数。最终得到一个二次函数，求最优解；
第二问：概率论有这样的题，可以根据人口、污水排放为对象，进行分摊，按比例；这是简单的方法，过度到复杂引入相对不公平度，用Q值法进行判断，即：公平席位分配问题。
第三问：搜索生态方面的知识，搞建模最好的网站不是什么论坛，而是知网。
其他问题搞定在看第四问，建模抓住一条：如何把别人的东西变为自己的东西，有让别人不能判为抄袭，这就是高手之所在！祝你好运！

D. 城市污水处理设计从水质水量上选工艺

E. 请问 污水处理站计算怎么计算

这问题太笼统了，污水处理站的设计首先在于工艺的选择如果你刚毕业或者还没毕业，肯定会很困惑，因为大部分书上说的在实际中都用不上，原因很简单，书上说的要么强调理论、原理，要么就是特定场合下的东西。在工程上一个污水处理站针对一种来水水质，很难见到完全一样的。因此需要活用书本的知识。而且目前污水处理的设计其实理论研究进行的并不完整，基本上还是采用经验计算。数学模型法目前还没有特别成功的。所以，如果你是想干这个环境工程行业，还是问问父辈师傅带徒弟时候是怎么做的吧。。。。
如果你就是想知道怎么计算一座污水处理站，方法如下：1、针对来水水质选用合适的处理工艺，比如A/O，厌氧，生物膜，活性污泥等等方法，然后根据相应的工艺的经验算法推算池子的大小，溶解氧的需氧量，还要考虑来水中有没有有毒有害物质，有没有腐蚀性物质，酸碱是否需要调整等等，总之核心一句话，你想用微生物处理污水中的废物，那么就要给微生物提供所必须的生存条件，温度，溶解氧，PH，食物，营养盐，这里是物理化学生物的天下，然后就是的考虑我怎么让空气进到池子里啊？我怎么让污水进到池子里啊？于是开始按照计算出的需要的空气，需要的流量选择水泵，风机，在考虑我怎么让水流走啊，最好少用水泵多自留啊，我怎么布局池子可以最省钱啊，我怎么连接池子最能省管道啊，我的管道冬天需要不需要保温啊，如果活性污泥法处理我每天产生的污泥怎么处理啊？怎么运输啊？我的设备需要供电，那么怎么走电缆啊？我的设备需要自动控制，怎么编写程序啊？我的仪表需要检测什么要素啊？我这个处理站一旦出现事故怎么解决啊？当你把所有的方面全部都考虑到时候，你会发现你设计的有很多矛盾的地方，那么就要按照一个优先标准来调整，至于这个有线标准每一次都可能不一样，也许是占地面积，也许是价格，甚至是必须工艺、水泵基础、建筑物等等。然后开始改，在开始算，在重复上述过程，当你重复了四五遍后，一座污水站基本就算出来了。前提是，你必须熟练掌握全部的电气，仪表，自控，环境处理工艺，给排水，暖通，土建，结构，采购专业的全部知识。
因此，你像算着玩儿，那么就找本书看看很简单，但是你像自己一个人设计一个污水处理站，那么你最少要1人做8个资深工程师的工作。所以，别小看任何一个工作啊，如果想吃这碗饭，就守号自己的饭碗。而工程师的饭碗是经验，同时也是知识。
希望对你的这个问题有帮助。。

F. 几种污水处理设计计算方法的比较

全世界污水处理已经历了几十载的高速发展,而污水处理理论的提出则可追溯到一百多年前。现今全球主流的污水处理工艺从处理形式上分主要以微生物悬浮生长为主的活性污泥法和以微生物附着生长为主的生物膜法两种。对于现存污水处理厂设计计算,主要是确定污泥龄和污泥生长数量,以及生物反应池的池容和停留时间。对于这几个重要参数的确定,国内外专家学者提出了很多的方法,现在归纳起来,主要有三种:一是以经验为主的污泥负荷法,二是以经验和理论相结合为主的泥龄法,三则是以理论为重点的数学模型法。污泥负荷法污泥负荷法是出现较早的一种计算方法,其中较核心的参数是单位时间单位质量污泥的负荷。这种计算方法简便易行,十分容易理解,并且在众多实例工程中已经成功应用,充分说明了它的正确性。污泥负荷法的缺点在于其取值,规范中对于不同情况给出了建议值,然而这些值的取值范围非常广泛,上下限的差别达到两倍,甚至再考虑脱氮除磷的情况时,相差达三倍之多。