污水土地处理磷迁移转化模拟模型与检验
污水生物除磷模型研究进展

(. I同济大学 环境科学与工程学院,上海 209; 002 2上海市环境科学研究院,上海 .
摘 要: 阐述了生物除磷 A M d S 2 及扩展模型,S 3及扩展模型, hns 模型以及生物除 AM J as n o o
20 3 ) 0 25
例。为模拟聚磷菌的反硝化, 一部分聚磷菌可 假设 利用硝酸盆作为电子受体 。 模型中还考虑了 C D O 损失现象, 引人两个水解效率系数( 缺氧和厌氧) , 说明在缓慢可生物降解基质水解为易生物降解基质 的过程中存在部分C D的损失。 O
14 A s A s . O 和G O 间的竞争 P根据小试结果,a a7 Mn t等提出包括聚磷菌反 ge
某污染场地氨氮迁移过程模拟研究

Migration process simulation of ammonia nitrogen in contaminated site. DU Qing-qing1, YIN Zhi-hua1, ZUO Rui1, WANG Jin-sheng1, YANG Jie1, TENG Yan-guo1, ZHAI Yuan-zheng1,2* (1.Engineering Research Center of Groundwater Pollution Control and Remediation, Ministry of Education, College of Water Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;2.Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Karst Dynamics Laboratory, Ministry of Land and Resources and Guangxi Zhuang Autonomous Region, Guilin 541004, China). China Environmental Science, 2017,37(12):4585~4595 Abstract: In order to identify and predict the impact on soil and groundwater quantitatively due to ammonia nitrogen wastewater discharge, the soil water migration and solute transport model was built by using HYDRUS-1D software to simulate the process of migration and attenuation of ammonia nitrogen in the unsaturated-saturated zone of wastewater discharge area in this paper. The results showed that the adsorption-desorption phenomenon existed in the process of ammonia nitrogen wastewater vertical infiltration. Besides, the concentration of ammonia nitrogen showed a gradual wave-like decline vertically with attenuation of ammonia nitrogen. The wastewater discharge had a significant impact on the soil and groundwater of the site. The concentration of ammonia nitrogen in the groundwater table was raised to 867mg/L, which was 8178 times higher than the local groundwater background value (0.106mg/L) and 4334 times than III grade groundwater quality standard (GB/T 14848-93)(0.2mg/L). The groundwater function was damaged. However, due to the timely cut off the pollution source and the termination of the discharge behaviour, concentration of ammonia in the soil was close to 0after 330 days suspension period and groundwater ammonia concentration was less than 2mg/L. Key words: ammonia nitrogen; contaminated sites; migration; parameter inversion; HYDRUS-1D; unsaturated-saturated zone
全污水处理厂数学模拟的BioWin模型

考虑污泥处理工艺 及其对主流工艺 影响的整体优 化( 见图 1) 。随着水污染控制要求的提高, 污水处理 厂出水氮磷的排放标准也变得更加严格。因此, 目 前污水处理厂的数学模拟已经朝全污水处理厂模拟 的方向发展, 着眼于污水处理厂整体的优化设计和 运行。全污水处理厂数学模拟是污水处理厂节能减 排方案分析和评价的重要工具。BioWin 数学模型 即是 一个 典 型的 全 污 水 处理 厂 的 数 学模 型。 Bio Win 已经经过十多年的开发并且已经在工程中 得到广泛应用。为了对全污水处理厂的数学模拟有 一个全面的了解, 本文将对 BioWin 数学模型的主 要特征做一综合的 介绍 ( 更详 细的可参考 Env iroSim 2007a, b) 。 1 全污水处理厂的 BioWin 数学模型
然后用这个基本速率乘以反映细菌生长的不同环境条件溶解氧条件亚硝酸盐和硝酸盐存在与和营养盐氮磷限制的条件以及p抑制情况给水排水vol134增刊2008161城市污水处理厂各种活性污泥模型的主要特征比较模型名称asm1asm3asm2dadm1biowin发表时间更新时间198719991999200219912007模型类型和厌氧消化旁流处理工艺状态变量数1312192650模型参数个数19387340246参数的有效范围模型校正的工作量中等实际工程应用广泛较少广泛较少广泛精确预测tss硝化一步硝化一步硝化一步硝化两步硝化作为插入模型反硝化利用甲醇反硝化近似近似近似限制碱度替代碱度替代碱度替代co2nh3气体剥离盐的磷沉淀经验公式生物气体的产生ch4温度依赖性温度范围有830二个参数集有835全污水处理厂模拟要求活性污泥和厌氧消化模型之间的界面各种模型使用一组共同的状态变量代表有此功能
流域总磷污染动态模拟模型与检验

a d is c mp t t n me h n s h d b e i u s d n t o u a i c a im a e n d s s e ' o c
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Fn l .w t teXa gi g Rvr ia y i i j n i l hh n a e
,
te am trb d sa ay e .T e po u t n wa b u h s h rso eb sn ( n h i wae o ywa n lzd h rd ci y a o tp o p ou fL a i i o h
一
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Vo . 0 No 3 12 , S o 2 0 e .0 6
文章编号 :6 3— 0 2 20 ) 3— 0 0— 5 17 0 6 (0 6 0 0 7 0
流域总磷污染动态模拟模型与检验
袁华 山 , 熊正为 汤 池 ,
( . 华大学 建筑工程与资源 环境学院 , 1南 湖南 衡 阳 4 10 ; 20 1 2 湖南交通工 程职业技 术学院 交通 工程系 , 南 衡 阳 4 10 ) . 湖 2 0 1
摘 要: 分析 了不 同来源磷对 目 标水体水质 的影响 、 流域 中磷的产生途径( 包括点源
和 面源 ) 及其在 河流 、- 中的 迁 移 转 化 规 律 . 于 不 确 定 因素 影 响 的 分 解 建 模 方 3壤 - 基 法 , 立起 总磷 污 染控 制动 态模 拟模 型 , 论 了模 型 的 基 本假 设 、 建 讨 各子 模 型 的 结构 和 关 系及 其计 算机 理 等. 最后 , 以湘江 流域 为例 , 利用模 型 进行 模 拟计 算 描 述 了湘江 某 河流断面的总磷随时间的动 态变化趋势. 结果表 明, 该模 型可以为流域总磷 污染控制
污染物迁移与修复的数值模拟与实验研究

污染物迁移与修复的数值模拟与实验研究近年来,随着工业化和城市化的加快,环境污染问题日益突出。
为了更好地理解和应对污染物的迁移与修复过程,科学家们进行了一系列的数值模拟与实验研究工作。
通过这些研究,人们可以更好地预测和控制污染物的扩散范围,并探索有效的修复方法。
首先,让我们来了解一下数值模拟在污染物迁移研究中的应用。
数值模拟通过建立数学模型,对污染物的运移过程进行模拟和预测。
数值模拟不仅可以考虑到各种环境因素的影响,还可以提供一种经济高效的手段,以减少大量的现场试验。
例如,在地下水污染物扩散方面,科学家们利用有限元方法等数值模拟技术,可以有效地模拟水体中污染物的扩散速度和方向。
然而,数值模拟也存在一定的局限性。
由于模型建立中包含了众多的假设条件,模拟结果可能与实际情况存在一定的差异。
因此,为了验证模拟结果的准确性,科学家们还需要进行大量的实验研究。
实验研究可以通过控制变量和场地布置来模拟真实情况,更直观地展现污染物的迁移和修复过程。
在实验研究中,科学家们通常会选择合适的样品,并进行采样和分析。
例如,在土壤污染物修复研究中,科学家们常常采集受污染的土壤样品,并通过化学分析等手段,确定其中的污染物类型和浓度。
此外,为了模拟现场实际环境,科学家们还会进行室内的土壤培养试验,以观察和评价不同修复方法对污染物的去除效果。
除了实验研究,现场调查也是污染物迁移与修复研究中重要的一环。
科学家们需要实地考察不同地点的环境特征,并进行取样和监测。
在水体污染物迁移研究中,科学家们可能会沿着河流或湖泊设置采样点,定期测量水质指标,并分析污染物输运状况。
这对于污染防治工作的规划和评估具有重要的指导意义。
在污染物修复方面,数值模拟和实验研究的结果可以提供宝贵的参考。
通过数值模拟和实验研究,科学家们可以系统地评估不同修复方法的效果,以及对环境的潜在影响。
例如,对于土壤污染物的修复,科学家们可以通过模拟不同的修复措施,如生物修复、物理修复和化学修复,来评估其对土壤中有害物质的去除效果。
农田生态系统中磷循环及其模拟模型的研究现状

型代 表 , 已被 一系 列盆 栽试 验 在 多种 作 物 和 土壤 上 进
行 了验证 和评 价 , 并被 用 来进 行 养分 吸 收 量 的预 测 和
评价施 肥技术 的效果 。 土壤 磷行 为动态 研究 , 主要 集 则 中在 土壤磷 的固定 与释放 、 的淋失 等方 面 。 作物 生 磷 在 长 的综合 性模 拟模 型 中 , 的动 态模 拟 是极 为薄 弱 的 磷
收 稿 日期 : 0 7 1 — 0 2 0 — 0 3
肥 料磷 在 土壤 中的有效 性 转 化等 研究 甚 少 。1 8 9 3年 ,
带, 特别是有 机肥还 田是 养分循 环 最重要 的 途径 , 是维
持农 业 系统 时空 上连 续性 的重要 手 段 , 是 农 业 系统 也 具 稳定性 和 自调力 的基 础 , 循 环 ” 即“ 的特 殊作 用 。 常 通 的肥料试 验无 法再现农 田生态系 统养 分运 行 的长期 行
等 通过 一系列 田间试验 研究 了长期施 肥 的牧地 土壤 中
残 留磷肥 的特性 和 可利用 性 。 研究 表 明 , 次施磷 的残 多
养分循 环模型 来模拟 系统 中养分 的动 态行 为及 长期 效
应 尤为重 要 。 多学者 在各 种水 平 ( 许 如地 球 、 地 、 陆 国家 或生态 系统 ) 的有关 磷循 环开 展 了大量 的研究 , 上 阐述
磷是作 物需要 量较 大且经 常限制 作 物生 长 的重要 元素。 土壤 中的磷 通过地 表侵 蚀和 淋失 , 水 体 富营养 使
各组 成部 分 中磷 的数量 及其 相互 间 的转 化 速率 。1 8 90
年 欧共 体委 员会在 荷 兰举行 的学术会 议上 着重 交 流了
化。 因此建立 磷素养 分模 拟模 型 , 有利 于对 作 物生产 中 磷 的有 效 管理提供 科学 的依据 。 近几 十年 来 , 磷 的模 对
活性污泥法脱氮除磷数学模型的发展

活性污泥法脱氮除磷数学模型的发展徐伟锋顾国维张芳(同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)摘要:利用聚磷菌在缺氧条件下的吸磷和反硝化作用,实现氮、磷的同时去除,是具有实用前景的城市污水处理方法,而建立活性污泥法脱氮、除磷的数学模型则有利于该项技术的推广应用。
文中对ASM2d模型、Barkerand Dold 模型、Delft模型作了较为详细的介绍,提出了由聚磷菌引起的缺氧吸磷和反硝化作用中需要解决的 2个问题:反硝化聚磷菌浓度的确定和由反硝化聚磷菌吸磷所引起的磷的减少量。
关键词:模型;生物营养物去除;生物过量除磷作用;缺氧吸磷中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2455(2004)02-0001-04Development of Mathematical Modelsof Demtrihcation and Dephosphorization by Activated Sludge ProcessXU Wei-feng GU Guo-wei ZHANG Fang(She Key Lab of Pollution Control and Resource Reuse,Tongji UniversiryShanthe 200092,China)Abstract:The use of the phosphorus uptake and denltrification of PAOs under anoxic conditions for the realization of the simultaneous removal of nltrogen and phosphorus is a method with practical prospect for munic-ipal sewage treatment,and the establishment of the mathematical models of denitrlfication and dephosphorization by activated-sludge process benefits the popularization and application of this technofogy.Models ASM2d,Barker and Dold and Delft are presented in a detailed way in this paper,with two issues raised which need to be re-solved in the anoxic phosphorus uptake and denitrificatlon caused by PAOs,i.e.the determination of the concen-tration of denitrification PAOs and the decrease of phosphorus caused by the phosphorus uptake of denitrification-PAOs.Key words: model; biological nutrient removal; biological excess phosphrus removal;anoxic phosphrus uptake自1990 年以来,许多学者相继报道有缺氧吸磷现象[1],即所谓的反硝化除磷作用。
农田生态系统中磷循环及其模拟模型的研究现状_王艳红

农田生态系统中磷循环及其模拟模型的研究现状王艳红,陈金湘(湖南农业大学农学院,长沙410128)摘 要:中国是世界上磷肥施用量较多的国家,各种作物的生产均需要磷肥,同时磷又是影响水体生态环境的主要营养物质。
为了保持土壤肥力及水环境系统稳定,必须设计合理的施肥措施及土肥管理措施,了解磷素在植物—土壤的转移途径,以及磷素的变化通量对施肥措施及土肥管理措施优化的重要性。
从磷循环的研究方法、磷的动态循环、以及磷循环模拟模型三个方面,综述了农田生态系统磷循环及模拟模型情况。
关键词:农田生态系统;磷循环;模拟模型中图分类号:S181 文献标识码:A 文章编号:1001-5280(2007)05-0775-04 磷是作物需要量较大且经常限制作物生长的重要元素。
土壤中的磷通过地表侵蚀和淋失,使水体富营养化。
因此建立磷素养分模拟模型,有利于对作物生产中磷的有效管理提供科学的依据。
近几十年来,对磷的模拟主要集中在作物吸磷的机理模型和土壤中磷的行为模拟方面。
B a rber-Cushman模型是养分吸收模型的典型代表,已被一系列盆栽试验在多种作物和土壤上进行了验证和评价,并被用来进行养分吸收量的预测和评价施肥技术的效果。
土壤磷行为动态研究,则主要集中在土壤磷的固定与释放、磷的淋失等方面。
在作物生长的综合性模拟模型中,磷的动态模拟是极为薄弱的部分之一。
在已研制的综合性作物生长模型如国外的CERES,ORYZA,W HEATGRO,GOSSYM等,国内的RC-SODS,WCSODS,ESWCM,CO TGROW, W HEA TGROW等都尚未包括磷素的动态模拟。
研究磷在农田生态系统中循环的模拟模型,有利于建立平衡的高产稳产的农田生态系统。
农业系统中的养分循环是联系土壤、作物、人的纽带,特别是有机肥还田是养分循环最重要的途径,是维持农业系统时空上连续性的重要手段,也是农业系统具稳定性和自调力的基础,即“循环”的特殊作用。
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王红旗等 污水土地处理磷迁移转化模拟模型与检验
3 模型检验
采用有限差分法求解联合模型, 对联合模型进 行参数调整和验证。 将 号土柱的灌水条件作为联
合模型的上边界条件, 将计算得出的含水率和各种 形态的磷的浓度值与实测值比较, 进一步调整水动 力参数和化学反应参数, 使之更趋合理和可靠。模型 中参数取值见表 1。
在方程中增加吸附项转化系数 Λ1 , 表示只有部 分吸附态磷向微沉淀态钙磷和沉淀态铝- 铁磷发生 了转化。 在土壤中, 吸附态磷附着于土体颗粒上, 只 有部分与土壤中 Ca、A l、Fe 等阳离子接触的吸附态 磷才可能发生化学反应, 增加吸附项转化系数与土 壤中磷的转化机理更为符合。 2. 3 沉淀态磷在土壤中的迁移转化方程
淀态磷迁移增加对流项分配系数, 以部分对流来模 拟迁移效果。将磷在土壤中的迁移转化方程写为
5(ΘG 2) 5t
=
-
Λ2
q
5G 2 5z
Θ Η
+
K 2ΘG 1 -
K 3ΘG 2
(3)
5(ΘG 3) 5t
=
-
Λ3
q
5G 3 5z
Θ Η
+
K 3ΘG 2
(4)
5(ΘG 4) 5t
2. 1 水运动方程 由于土壤中水分的运动及其引起含水率分布的
变化会对土壤中溶质运动产生明显的影响, 因此, 研 究磷在土壤中的运移必须在研究土壤中水分运动的
基础上进行。
只考虑一维垂向流动, 垂直一维流动的非饱和 土壤水运动方程为
55Ηt =
5 5z
D (Η)
5Η 5z
-
5K (Η) 5z
(1)
式中: Η为体积含水率; t 为时间, s; z 为深度, cm ;
Abstract: B a sed on the so il exp erim en t sim u la ting p ho sp ho ru s tran sferring and tran sfo rm ing in so ils and the m echan ism of p ho sp ho ru s tran sferring and tran sfo rm ing in so ils, a un ited m odel abou t p ho sp ho ru s tran sferring and tran sfo rm ing in so ils w a s p u t fo rw a rd. T he un ited m odel con sists of w a ter m odel and p ho sp ho ru s so lu te m odel, so tran sfer, tran sfo rm a tion and p recip ita tion can be con sidered syn thetica lly. Chem ica l tran sfo rm item s includ ing p ho s2 p ho ru s ad so rp tion and p recip ita tion action a re con sidered in the so lu te m odel. A cco rd ing to the com p a rison of the m ea su red va lue and ca lcu la ted va lue, the ra tiona lity and app licab ility of the un ited m odel a re va lida ted.
K (Η) 为非饱和土壤导水率; D (Η) 为非饱和土壤扩
散率。
2. 2 可溶态磷在土壤中的迁移转化方程 在 土壤中, 溶质的对流和水动力弥散作用形成
了溶质的主要运动过程。磷在土壤中不仅发生迁移, 而且有自身的化学转化。可溶态磷在土壤中的化学
转化主要有吸附反应和沉淀反应。土壤中沉淀态磷
包括 Ca22P、Ca82P、Ca102P、A l2P 和 F e2P , 根据其物 理化学性质, 将 Ca22P 称为微沉淀态钙磷, Ca82P 称 为 中间态钙磷, Ca102P 为沉淀态钙磷, 将 A l2P 和
3 国家自然科学基金资助项目 (N o: 29777001)
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·179·
环境污染与防治 第 25 卷 第 3 期 2003 年 6 月
土壤水吸力。 分别于加灌污水后 2 天、1 个月、2 个 Fe2P 综合起来称为沉淀态铝 - 铁磷。
月、3 个月后取各土柱中不同层位的土样, 测定各剖
将溶质运动基本方程与各种形态磷的转化方程
面土壤含水率, 同时测定各种形态磷的浓度, 并定期 测定土壤剖面点上的基质势。
相结合, 得到可溶态磷在土壤中迁移转化方程
Η55Ct + Θ55St =
5 5z
D sh (Η)
5C 5z
-
q
5C 5z
-
K 1 (ΗC + Λ1
取风干、过筛的土样按 1. 40 g cm 3 的干容重填 充 到 4 个 土 柱 中, 各 土 柱 稳 定 后, 加 灌 不 同 浓 度 KH 2PO 4 溶液污水, 灌水后, 每天测定 、 号土柱
第一作者: 王红旗, 男, 1960 年出生, 教授, 博士生导师, 博士。已发表学术论文 60 余篇, 参加及主笔完成专著及教材 11 部。曾获北京市科 技进步三等奖、国家环保局科技进步二等奖等科技成果奖 5 项。
Keywords: L and trea tm en t fo r w a stew a ter Pho sp ho ru s U n ited2m odel
我国对土壤磷运移研究开始较晚, 尤其对污水土 地处理条件下磷的迁移、转化、沉淀模拟研究还处于 起步阶段。 磷是城市污水中常见污染因子, 研究磷在 土壤中的迁移转化机理可以帮助认识含磷污水进入 土壤后磷的存在形态, 从而确定污水土地处理系统对 污水含磷量的承受能力。 磷是反应性溶质, 进入土壤 后受化学、物理等因素的影响, 它的运移机制比较复 杂, 国外一些学者对其运移进行了初步研究[1~ 4]; 国 内近年来一些学者对磷在土壤中迁移也作了初步探 索[5~ 7], 但都没有提出数学模型, 对磷在土壤中的迁 移转化综合过程始终缺乏定量化研究。
=
-
Λ4
q
5G 4 5z
Θ Η
+
K 4 (ΗC +
ΘS )
(5)
式中: G 2、G 3、G 4 为中间态钙磷、沉淀态钙磷、沉淀态 铝 - 铁磷浓度 (m g kg) ; K 2、K 3、K 4 为中间态钙磷、 沉 淀态钙磷、沉淀态铝 - 铁磷的转化速度常数 (1 d ) ; Λ2、Λ3、Λ4 为中间态钙磷、沉淀态钙磷、沉淀态 铝 - 铁磷对流项分配系数。 2. 4 磷在土壤中的迁移转化联合模型
本文试图通过对污水土地处理条件下磷在土壤 中迁移转化的模拟试验, 综合考虑污水中的磷在土 壤中的吸附- 解吸、沉淀- 溶解反应, 建立磷在土壤 中迁移转化联合模型, 并对模型进行验证。
1 污水土地处理条件下磷的迁移转化模拟实验
本研究设计了垂直土柱实验用以模拟含磷污水 进入土壤后发生的迁移转化沉淀过程, 试图寻找出
中间态钙磷、沉淀态钙磷和沉淀态铝- 铁磷以 类似悬移质的不平衡输送的形式在土壤中迁移。 参 考悬移质泥沙在水流中运移的过程, 只考虑水流的 对流作用对悬移质的输送, 由于固体小颗粒在迁移 过程中不是完全随水流运动, 而是部分随水流运动,
2 污水土地处理条件下磷迁移转化模拟模型
且在迁移中有一部分沉降[9~ 12], 为简便起见, 为沉
污水中的可溶态磷进入土壤后的迁移转化规律及各 种形态磷的浓度变化, 并以此为基础建立磷在土壤 中的迁移转化数学模型。
实验用土柱为圆柱形加盖不透水装置, 总高 103 cm , 土柱直径 15 cm。土柱侧面共有 4 列各 9 个 取样孔, 每个取样孔间隔约 10 cm。取样孔取样前用 橡皮塞封口, 防止水分散失, 取样后以较长的防吸水 木棍填充取土位置, 减少由于取样对土柱结构的破 坏。土柱共有 4 个, 分为两组。组 1 包括土柱 和土 柱 , 两土柱各取一列取样孔安装负压计, 每个土柱 安装 9 个负压计, 每个负压计长 11 cm , 埋入土柱中 8 cm。两组负压计连接到一个负压计水银槽读数板 上 (装置见图 1)。 组 2 包括土柱 和土柱 , 不安装 负压计。本装置可以观测到土壤中水分和溶质以及土 壤水吸力在剖面上的变化, 便于观测溶质在剖面上的 运动, 同时为测量计算各种运动参数提供了可能。
将水运动模型和溶质运动模型相结合, 就得到 了磷在土壤中沉淀过程模拟的联合模型。
联合 模型
: 水运动模型 : 磷运动模型
21: 可溶态磷- 微沉淀态钙磷运动模型 22: 中间态钙磷运动模型 23: 沉淀态钙磷运动模型 24: 沉淀态铝- 铁磷运动模型
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图 1 模拟实验装置
由磷在土壤中的化学转化机理, 将磷在土壤中 的形态分为可溶态磷、吸附态磷和沉淀态磷。根据磷 在土壤中的迁移转化模拟实验, 分析了这 3 种形态 的磷在土壤中迁移转化的规律: 可溶态磷是磷在土 壤中迁移转化的起点, 进入土壤后, 主要随水分作溶 质迁移, 在迁移的同时, 不断转化为吸附态磷和各种 沉淀态磷; 吸附态磷由可溶态磷生成, 并与可溶态磷 一起发生沉淀反应生成沉淀态磷, 但固着于土壤颗 粒上, 不发生迁移; 沉淀态磷由可溶态磷和吸附态磷 化学转化而成, 在土壤中也有部分迁移现象[8]。