Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание:
Введение…………………………………………………………… …………..3
Введение
Водная микрофлора очень разнообразна: бактерии, вирусы, бактериофаги, плесени, водоросли. Самоочищение в водоёмах осуществляется под воздействием биологических процессов путём окисления ЗВ растворённым в воде кислородом. Этот процесс является результатом жизнедеятельности целого комплекса водных организмов.
Цель работы:
Процессы самоочищения в водоёмах. Расчёт кислородного режима в водотоках с использованием мономолекулярной и бимолекулярной моделей БПК – кислород
Микробиологические процессы при самоочищении водоёмов происходят в результате питания бактерий, дыхания и их отмирания.
На начальном этапе начинается процесс окисления поступающих органических веществ, следовательно, изменяется кислородный режим. Процесс окисления органических веществ связан с активным расходом кислорода. До определённого момента времени расход кислорода на окисление превышает количество кислорода, поступающего из атмосферы. Интенсивность поступления кислорода из атмосферы зависит от гидродинамических характеристик водного объекта и определяется величиной коэффициента реаэрации; скорость самого процесса окисления определяется величиной коэффициента биохимического окисления. Иногда его называют коэффициентом минерализации. Наступает момент при окислении органических загрязнений в водном объекте, когда количество кислорода, расходуемого на окисление, компенсируется кислородом, поступающим из атмосферы. Этот момент соответствует минимальному значению концентрации кислорода в водном объекте; на кислородной кривой это точка перегиба.
После этого потребность в количестве растворённого в воде кислорода, расходуемого на процесс окисления, становится меньше, чем его поступает из атмосферно воздуха, и величина растворённого в воде кислорода начинает расти до тех пор, пока не достигнет величины предельного насыщения при данной температуре. В начале процесса происходит увеличение количества бактерий, что способствует активному уменьшению количества органических веществ. Когда пищи становится меньше, то наблюдается гибель бактерий.
Скорость, с которой растворённый кислород потребляется в природной воде или воде, загрязнённой стоками, впервые была изучена Фелпсом и Стритером. Было найдено, что биохимическое окисление протекает также, как мономолекулярная химическая реакция. Т.е. скорость приблизительно пропорциональна остающейся концентрации неокисленного органического вещества и является функцией температуры.
Изменение БПК и растворённого в воде кислорода по схеме Фелпса-Стритера (мономолекулярная модель) описывается системой уравнений. Эта система имеет ограниченный диапазон применимости: при больших дефицитах кислорода в условиях анаэробного режима кривая кислородного прогиба даёт неправдоподобную картину – отрицательное значение концентрации растворённого в воде кислорода.
В случае, если мономолекулярная модель не применима, используется бимолекулярная модель. Для определения параметров бимолекулярной модели используем решение мономолекулярной модели, но с изменёнными начальными условиями, с учётом ограничений по применению модели Фелпса-Стритера. Следует отметить, что в тех случаях, когда применима модель Фелпса-Стритера, естественно применима и бимолекулярная модель. Расчёт по бимолекулярной модели производится при различных значениях коэффициента α, который принимается последовательно: равным k1; меньше, чем k1; больше, чем k1 и потом, методом последовательных приближений, находятся α, при котором решения по моно- и бимолекулярной моделям максимально совпадают.
Мономолекулярная модель:
Программа моделирования Pspice запускается по команде Analysis/Simulation. Программа позволяет составить схемы моно- и бимолекулярной моделей на одном листе (в одном файле) и проводить моделирование и построение графиков для обеих моделей одновременно. Это делает очень удобной и быстрой процедуру визуального сравнения графиков для выбора наиболее подходящего α.
На рисунке представлены кривые изменения БПК и концентрации растворенного в воде кислорода по моно- и бимолекулярной моделям.
2. Схема
3. Исходные данные для расчёта
Исходные данные, необходимые для расчёта кислородного режима, сведены в таблицу:
|
СºБПК |
СºО2 |
Tº |
К1 |
К2 |
С мг/л |
l |
υ |
||
|
мг/л |
мг/л |
ºС |
1/сут |
1/сек |
1/сут |
1/сек |
км |
м/с |
|
|
70 |
11 |
16 |
0,2 |
0,00000231 |
0,15 |
0,00000174 |
9,95 |
40 |
0,2 |
4. Ход работы
1. Проверим применимость мономолекулярной модели при начальном значении БПК
2. Проводим моделирование по мономолекулярной модели, т.к. график СО2 = f(t) уходит в отрицательную область то по мономолекулярной модели подбираем такие значения СºБПК и СºО2, чтобы график не уходил в отрицательную область.
3. Переходим к бимолекулярной модели. Задаем значение СºБПК и СºО2 такие как подобрали для мономолекулярной модели.
4. Подбираем коэффициент таким образом, чтобы графики, полученные по моно- и бимолекулярной моделям, были максимально схожи (берем = К1 ; > К1; < К1).
5. По бимолекулярной модели при подобранном значении и начальных значениях СºБПК и СºО2 производим моделирование.
5. Построение графиков по данным таблиц.
Таблица №1.
|
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
|
0 |
70 |
0 |
11 |
|
1,3223 |
54,397 |
0,6254 |
3,0785 |
|
2,3141 |
44,376 |
1,3223 |
-3,3308 |
|
3,3058 |
36,37 |
2,3141 |
-10,492 |
|
5,2893 |
24,484 |
4,2975 |
-17,037 |
|
8,2645 |
13,242 |
5,6087 |
-19,543 |
|
11,24 |
7,4249 |
7,9339 |
-17,771 |
|
12,231 |
5,7906 |
10,248 |
-14,175 |
|
14,876 |
3,4924 |
14,876 |
-5,9286 |
|
14,851 |
1,9057 |
18,512 |
-0,604 |
|
20,496 |
1,0528 |
23,471 |
4,3921 |
|
24,463 |
0,468 |
28,43 |
7,06 |
|
28,43 |
0,205 |
38,347 |
9,2506 |
|
34,711 |
0,0539 |
45,289 |
9,697 |
|
40,992 |
0,01414 |
52,231 |
9,857 |
|
60,826 |
9,92 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при БПК=70 мг/л:
Таблица №2.
|
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
|
0 |
18 |
0 |
11 |
|
1,9672 |
12,161 |
1,3115 |
7,451 |
|
2,9508 |
10,283 |
2,9508 |
4,4595 |
|
4,2623 |
7,7709 |
4,2623 |
3,3209 |
|
5,9016 |
5,5973 |
5,9016 |
2,861 |
|
8,5246 |
3,2917 |
8,1967 |
3,1241 |
|
10,82 |
2,0494 |
10,492 |
4,0283 |
|
14,426 |
0,974 |
16,721 |
6,7141 |
|
19,016 |
0,393 |
23,279 |
8,4721 |
|
24,918 |
0,117 |
35,602 |
9,674 |
|
32,459 |
0,0255 |
49,18 |
9,907 |
|
66,557 |
9,941 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при С°БПК =18 мг/л:
Таблица №3.
|
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
|
0 |
18 |
0 |
11 |
0 |
18 |
0 |
11 |
|
1,9672 |
12,161 |
1,3115 |
7,451 |
0,986 |
12,56 |
0,655 |
6,9408 |
|
2,9508 |
10,283 |
2,9508 |
4,4595 |
1,9672 |
9,974 |
0,983 |
5,8874 |
|
4,2623 |
7,7709 |
4,2623 |
3,3209 |
5,2459 |
5,8864 |
2,2951 |
3,7191 |
|
5,9016 |
5,5973 |
5,9016 |
2,861 |
9,836 |
2,6414 |
2,9508 |
3,389 |
|
8,5246 |
3,2917 |
8,1967 |
3,1241 |
14,754 |
0,856 |
4,2623 |
3,1651 |
|
10,82 |
2,0494 |
10,492 |
4,0283 |
19,672 |
0,163 |
7,8689 |
3,7579 |
|
14,426 |
0,974 |
16,721 |
6,7141 |
27,869 |
0,00417 |
12,787 |
5,2947 |
|
19,016 |
0,393 |
23,279 |
8,4721 |
25,574 |
8,9337 |
||
|
24,918 |
0,117 |
35,602 |
9,674 |
37,377 |
9,771 |
||
|
32,459 |
0,0255 |
49,18 |
9,907 |
47,213 |
9,906 |
||
|
66,557 |
9,941 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при α<К1; α= 0,00000055:
Таблица №4.
|
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
сутки |
С БПКп |
сутки |
С О2п |
|
0 |
18 |
0 |
11 |
0 |
18 |
0 |
11 |
|
1,9672 |
12,161 |
1,3115 |
7,451 |
0,274 |
9,739 |
0,991 |
0,728 |
|
2,9508 |
10,283 |
2,9508 |
4,4595 |
1,2156 |
6,2195 |
1,6529 |
0,609 |
|
4,2623 |
7,7709 |
4,2623 |
3,3209 |
2,3141 |
4,7248 |
2,3141 |
0,648 |
|
5,9016 |
5,5973 |
5,9016 |
2,861 |
3,9669 |
2,7717 |
3,6364 |
0,923 |
|
8,5246 |
3,2917 |
8,1967 |
3,1241 |
6,9422 |
0,566 |
6,6116 |
1,1938 |
|
10,82 |
2,0494 |
10,492 |
4,0283 |
7,9339 |
0,285 |
9,2562 |
4,1563 |
|
14,426 |
0,974 |
16,721 |
6,7141 |
9,167 |
0,097 |
17,851 |
8,3569 |
|
19,016 |
0,393 |
23,279 |
8,4721 |
24,463 |
9,3724 |
||
|
24,918 |
0,117 |
35,602 |
9,674 |
32,727 |
9,781 |
||
|
32,459 |
0,0255 |
49,18 |
9,907 |
44,298 |
9,916 |
||
|
66,557 |
9,941 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при α>К1; α= 0,00000460:
Таблица №5.
|
сутки |
С БПК |
сутки |
С О2 |
сутки |
С БПКп |
сутки |
С О2 |
|
0 |
18 |
0 |
11 |
0 |
18 |
0 |
11 |
|
1,9672 |
12,161 |
1,3115 |
7,451 |
0,656 |
9,3957 |
0,192 |
6,3185 |
|
2,9508 |
10,283 |
2,9508 |
4,4595 |
0,983 |
8,2361 |
0,655 |
2,7896 |
|
4,2623 |
7,7709 |
4,2623 |
3,3209 |
2,9508 |
4,9624 |
1,3115 |
1,5166 |
|
5,9016 |
5,5973 |
5,9016 |
2,861 |
3,9344 |
3,7282 |
2,623 |
1,1802 |
|
8,5246 |
3,2917 |
8,1967 |
3,1241 |
7,2131 |
1,216 |
6,5574 |
2,423 |
|
10,82 |
2,0494 |
10,492 |
4,0283 |
10,82 |
0,087 |
9,508 |
4,1234 |
|
14,426 |
0,974 |
16,721 |
6,7141 |
13,051 |
0,00138 |
13,443 |
6,5729 |
|
19,016 |
0,393 |
23,279 |
8,4721 |
17,377 |
8,0767 |
||
|
24,918 |
0,117 |
35,602 |
9,674 |
25,246 |
9,3778 |
||
|
32,459 |
0,0255 |
49,18 |
9,907 |
41,639 |
9,897 |
||
|
66,557 |
9,941 |
55,082 |
9,938 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при α=К1; α= 0,00000231:
Таблица №6.
|
сутки |
С БПКп |
сутки |
СО2п |
|
0 |
70 |
0 |
11 |
|
0,655 |
60,595 |
0,192 |
6,1246 |
|
1,3115 |
58,29 |
0,655 |
2,0258 |
|
6,8853 |
50,297 |
1,6393 |
0,575 |
|
21,312 |
30,575 |
7,541 |
0,593 |
|
30,492 |
18,843 |
14,426 |
0,722 |
|
40 |
8,4015 |
21,639 |
0,924 |
|
42,952 |
5,6966 |
28,525 |
1,241 |
|
49,508 |
1,7592 |
39,672 |
2,388 |
|
55,082 |
0,352 |
48,525 |
4,6393 |
|
66,23 |
0,0338 |
59,672 |
8,236 |
|
70,492 |
9,601 |
||
|
81,967 |
9,884 |
Результаты по моделированию бимолекулярной модели при а= 0,00000055, С°О2 = 70 мг/л:
6. Выводы.
В данной работе были изучены процессы самоочищения водоемов и зависимости изменения БПК и концентрации кислорода от времени (сутки).
При использовании мономолекулярной модели наблюдается большой дефицит кислорода и кривая кислородного прогиба даёт отрицательное значение, но это невозможно, поэтому используем бимолекулярную модель.
Изменяя значения коэффициента α, принимая его меньше, больше и равным k1, находим α, при котором решения по моно- и бимолекулярной моделям максимально совпадают. Это соответствует а= 0,00000055 .