Двокомпонентні моделі

7. Модель взаємодії рк-бск

РК — це вміст розчиненого кисню у воді. РК є ефективним кількісним показником життєдіяльності у водному середовищі. Ки­сень, розчинений у воді, бере участь у багатьох хімічних процесах у воді, у тому числі, у процесах метаболізму організмів і окислювання забруднень (органічних і неорганічних); його кількість залежить від інтенсивності цих процесів, а, отже, й від якості води (якщо РК = 0, то така вода непридатна для життєдіяльності й споживання).

Через численність факторів взаємодії зміну РК з часом важко охарактеризувати за допомогою прямої формалізованої математич­ної моделі, оскільки така модель містить численні змінні, взаємоза­лежні з РК й одна з одною. З цією метою вводиться показник біоло­гічного споживання кисню (БСК) — інтегральна характеристика, що описує середньостатистичне споживання кисню в біохімічних процесах. БСК — це основна причина зниження РК, тобто погіршен­ня якості води.

Внутрішня структура моделі взаємодії РК і БСК визначається множиною {S₁} функцій споживання РК і множиною {S₂} функцій споживання / виробництва БСК. Аргументами кожної функції, що входять до {S₁} і {S₂}, є РК і БСК (що, в свою чергу, є функціями координат і часу), а також їх похідні та фактори зовнішнього сере­довища — функції сторонніх джерел і стоків РК і БСК.

Класичною динамічною моделлю взаємодії РК і БСК у воді є модель Стрітера і Фелпса. Вона описує розподіл РК у річці нижче за течією від джерела скиду далеко від естуарію (естуарій — це дельтаподібне розширення устя ріки при впаданні її в море або у велике озеро).

Взаємодія РК-БСК — це складний багатокомпонентний і бага­тостадійний процес, якій можна відобразити за допомогою графа, зображеного на рис. Для спрощення моделі Стрітер і Фелпс поклали, що головними, визначальними процесами взаємодії РК — БСК є наступні:

— реаерація потоку води;

— споживання РК при окислюванні (розпаді, розкладанні) БСК

8. Балансові моделі нітрифікації.

Нітрифікація — це процес окислювання азоту з відновленої форми (аміак) у нітрати. Нітрифікація вносить певний вклад у процеси спо­живання РК і, таким чином, у процеси самоочищення води.

Розрізняють наступні види нітрифікації:

а) автотрофна нітрифікація;

б) гетеротрофна нітрифікація.

Автотрофна нітрифікація здійснюється бактеріями-нітрифікаторами, що використовують процес окислювання амонію для синтезу органіки; гетеротрофна нітрифікація здійснюється різними мікро­організмами (грибами).

Нітрифікація — це основний шлях утворення нітратів у природі; він завершує процес мінералізації води.

Балансові моделі нітрифікації.

У цих моделях роз­раховують баланс відповідних речовин шляхом урахування РК. А саме: враховується надходження кисню в річку за рахунок притоку й аерації через поверхню і втрати його внаслідок окислювання аміаку (тобто азотного БСК, або BCK_N) і карбонатного БСК (БСК_С). Зміна потоку кисню описується в рамках моделі Стрітера — Фелпса, в якій витратний член, що описує втрати РК за рахунок взаємодії РК — БСК, розділяється на дві частини: взаємодія з карбонатним БСК_С і взаємодія з азотним BCK_N.

У такому підході нітрифікація розглядається напівемпірично, оскільки БСК_С визначається шляхом вимірювань. Повний БСК роз­глядається як результат повного окислювання аміачних нітритів до нітратів, причому кількість останніх також визначається емпірично. При розрахунку реакція нітрифікації вважається реакцією першого порядку.

6