含氮污水净化的数学模型及其实例模拟闫秀懿

[]　2002-06-07;[]　2002-09-28[]　(1975-　),,.闫秀懿1　鲁雅梅1　刘贤荣1　张永祥2(1.,　130026;2.,　100022)[　]含水层中氮污染已经是相当普遍的问题。本文分析了含水层中水流运动、对流—弥散作用、物理化学吸附和生物化学反应等对污染物运移的影响,特别是阐述了含水层中NO-3、NO-2、NH+4三种形式之间的转化关系,在此基础上,探讨了这些物理、化学和生物作用导致的物质转化过程定量描述的数学模式。[]含水层;氮;硝化;反硝化;吸附;对流—弥散;数学方程[]X52[]A[]1001-2427(2002)04-0056-081　、、,,,Lance(1976),Hassanizadeh(1986),Mc-Carty(1987),Harvey(1989),Muriphy(1997),(1989),(1990),(1992),(1993),(1996),(1997)、—、,,。。,,———。,1913SohnisN2,、、NO-3、NO-2、NH+4,1。,1　Fig.1　Theschematicdiagramshowingnitrogentransformationprocess　21　　42002　　　　12　　　　　　　　　吉　林　地　质JILINGEOLOGY　　　　　　　　　Vol.21,No.4Dec.,　2002　。,NH+4-NNO-2-NNO-3-N,:55NH+4+76O2+109HCO-3C5H7O2N+54NO-2+57H2O+104H2CO3400NO-2+NN+4+4H2CO3+HCO-3+195O2C5H7O2N+400NO-3+3H2O:NH+4+1.86O2+1.98HCO-30.0205C5H7O2N+1.04H2O+0.98NO-3+1.88H2CO3,NO-3-NNO-2-NH,N2-N,:NO-2+3HN2+H2O+OH-NO-3+5HN2+2H2O+OH-,pH7.0～8.5,15℃～30℃,,DO,0.2mg/L,,。,、、,,。,,。、、,。2　Fig.2　Thedistributionshowingthepollutantinporousmedia,。R,,2。、,,;,,、、;,;;。2　MONOD,,57　4　　　　　　　　:　　　　　　　　　、、,,,DOUBLE-MONOD。:-rmls=μmYscb,mlcs,mlKs+cs,mlco,mlKo+coml(1)　　:-rmlo=μmYocb,mlcs,mlKs+cs,mlco,mlKo+coml-bocb,mlco,mlKo+coml(2)　　:rmlb=μmcb,mlcs,mlKs+cs,mlco,mlKo+coml-kdcb,ml(3),c,s、o、b、、,μm;Ys,Yo,Ks、Ko,bo,kd。3　,,,2。。c=f(c)(4),c。ct=kfct(5):kf=c/c(6)kf,。、pH、,。,kf。,。。,FreundlichLangmuir,,c=A0+A1c+A2c2+…+Amcm(7)Ai。,kfkf=A1+2A2c+…+mAmcm-1(8)　　。,,[LaiJu-rinak1972]kf=cecTKs(9)58　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2002　ce(),cT,Ks。,。,,(1996)。4　,,。,,、、,。。,,,。,1%,。,,,1995IstokHumphrey,,。,,,vi=kijμpxj+ρgx3xj(10),vi,kij,μ,ρ,p,g,xj。,Richards(ρvi)xi=-pt(11),,t。5　,,,,,。,。、、,,,。Ji=-(Dij+DdTij)cxj(12)59　4　　　　　　　　:　　　　　　　　　,Ji,c,(Dij+DdTij),Dij,Dd,Tij。i,,,,Ji=-Dij,plci,plxi,　xi∈R(13)　　—(Bear,1972;LaiandJuinak,1972)xi(Dij+DdTij)cxj-Vic=ct(14),Vi,Vi=vi/。6　,,,,,。,。ixi(Dij+DdTij)ck,mlxj-xi(ck,mlvi)+rmli=ck,mlt+ρsckt(15)is、o、b,、、。。—,kf。,DOUBLE-MONOD,,、。,,。7　,,、,。,,,,,。、,。7.1　k(k=1,2,…N)(Valocchi,1983)。ck0mq/L,,ck0mq/L。,0.369m/h,0.3,0.187m。。60　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2002　v1∶v2∶v3=1∶2∶2。1、2、390.0、30.030.0mq/L,1、2、37.5、4.53.0mq/L。1750.0g/L,0.01mq/L,k=1,2,3,K212.0mq/L,K2310.0。,x100,0.5m,1.0h。3,50。,2、31。,12,13。3　(a.;b.)Fig.3　Thechangecurvesshowingconcentrationofternaryheterovalentconstituent(a:liquidphase,b:solidphase)7.2　,,。NH+4、NO-2、NO-3。,。,NH+4、NO-2、NO-374.07、6.80、3.30mg/L,,31.60、5.03、3.37mg/L(1)。4-1、4-2、4-3,4-4、4-5、。,,60～160m,。,。8　,61　4　　　　　　　　:　　　　　　　　　。、,DOUBLE-MONOD,,,,。1　Table1　Themeaningofparameterandillustrationoftheobtainedvalues　　(mg/L)0.10(mg/L)0.070(m3/s)0.2194(℃)16.4016.4016.4016.40(m)6.006.006.006.00(m)6496160290(m/s)0.5702400.5702400.5702400.570240(mg/L)0.0600.000.000.00(mg/L)0.0800.000.000.00(mg/L)0.500.500.500.50(mg/L)0.500.500.500.50(m3/s)0.154200.000.000.00(l/d)0.13500.04400.019354000.015400(l/d)0.39200.05300.041300.051204-1　　　4-2　　　4-3　Fig.4-1　ThesimulationshowingFig.4-2　ThesimulationshowingFig.4-3　Thesimulationshowingconcentrationofnitrateconcentrationofnitriteconcentrationofammonia4-4　　　　　　　　　　4-5　Fig.4-4　Thesimulationshowingthenitrous　　　Fig.4-5　Thesimulationshowingthenitrobacterianitrobacteria62　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2002　　　　[1]　WilliGujer.etal.ActivatedsludgemodelNo.3[J].Waterscitech,1999,39(1):183-193.[2]　SoufrankU,GujerW.Characterizationofdo-mesticwastewaterformathematicalmodelingoftheactivatedsludgeprocess[J].Waterscitech,1991,23(416):1057-1066.[3]　ArgamanY.Modelingrecycledsystemsforbio-logicalnitrificationanddenitrification[J].WPCE,1979,51(4).[4]　Harvey,R.W.Transportofmicrospheresandindigenousbacteriathroughsandyaquifer[J].EnvironmentalSciencesandTechnology,1989,23:51-56.[5]　E.M.Murphy,T.R.GinnandA.Chilakapatiet.al.Theinfluenceofphysicalheterogeneityonmicrobialdegradationanddistributioninporousmedia[J].WaterResourcesResearch,1997,33(5):1087-1103.[6]　.[M].:,2000.[7]　.[M].:,1992,14-16.[8]　,,.[J].,1993,20(3):108-115.[9]　,.[J].,1997,17(1).Themathematicalmodelofnitrogen-bearingcontaminatedwaterpurificationandlivingexamplesimulationYANXiu-yi1　LUYa-mei1　LIUXian-rong1　ZHANGYong-xiang2(1.JilinUniversity,Changchun130026,China;2.BeijingPolytechnicUniversities,Beijing100022,China)[Abstract]　Nitrogenpollutionisquiteanordinaryprobleminaquifer.Theeffectonpollutantmovementresultedfromwater-currentinwater-bearingstratum,convection-dispersionprocess,physicochemicaladsorptionandbiochemicalreactionareanalyzed,especiallytherela-tionofNO-3,NO-2andNH+4inwater-bearingstratumisexpoundinthispaper.Onthebasisofit,westudyamathematicalmodelleadingtomaterialtransformationinphysics,chemistryandbiologicalprocess.[Keywords]　aquifer;nitrogen;nitrification;denitrification;adsorption;advection-dis-persion;mathematicalequation63　4　　　　　　　　: