Содержание:

Введение…………………………………………………………… …………..3

1. Основные теоретические положения…………………… …………… .….4

2. Схема………………………………………………… …………… ………..6

3. Исходные данные…………… ………………… ………… ……………….6

4. Ход работы……………………………………………… …… ……………6

5. Построение графиков по данным таблиц..……………………… ……….7

6. Выводы………………………………………………… …………… ……13

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:

• Провести моделирование по мономолекулярной и бимолекулярной моделям, определив зависимость концентрации БПК и кислорода от времени.

• Изучить процессы биохимического распада загрязняющих веществ (ЗВ)

• Научиться пользоваться пакетом «Design.Lab»

Процессы самоочищения в водоёмах. Расчёт кислородного режима в водотоках с использованием мономолекулярной и бимолекулярной моделей бпк – кислород

1. Основные теоретические положения

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.