环境工程仿真作业
《环境工程学》课程作业及答案
第一次作业1. 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。
解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。
故三种污染物体积百分数分别为：SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
2. CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N ）；2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？解：1）ρ（g/m 3N）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg3.已知重油元素分析结果如下：C ：85.5% H ：11.3% O ：2.0% N ：0.2% S ：1.0%，试计算：1）燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量；2）干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。
解：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71.25 71.25H113－2.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125 H 2O 22.5 1.25 0 N 元素忽略。
环境工程仿真模拟过程动态特性
生态系统服务功能
生态系统提供的如水源涵 养、土壤保持、气候调节 等服务功能是动态变化的 。
生态恢复与重建
受损生态系统的恢复和重 建过程中，物种组成、群 落结构和生态系统功能随 时间发生变化。
04
仿真模拟过程动态特性的实 现
数学模型的建立
水流动态特性
水流速度与流量
水流在环境中的流动速度和流量是动态变化的， 受到地形、气候、降雨等多种因素的影响。
水体质量
水质参数如溶解氧、浊度、pH值等随时间和空间 发生变化，影响水生生态系统和人类健康。
洪水模拟
模拟洪水过程的动态特性，预测洪水的发生、发 展及消亡，为防洪减灾提供决策依据。
空气流动动态特性
06
结论与展望
当前研究的局限性和挑战
数据获取与处理
在模拟过程中，数据的获取和处理是一个关键的挑战。由 于环境工程涉及大量的实时数据，如何有效地收集、整理 和分析这些数据是一个难题。
计算资源需求
环境工程仿真模拟通常需要大量的计算资源，包括高性能 计算机和专业软件。这限制了模拟的规模和实时性。
模型精度与适用性
空气流动模拟案例
总结词
空气流动模拟有助于了解污染物扩散和通风性能，优化建筑 设计。
详细描述
通过模拟空气在建筑物内部的流动特性，工程师可以评估建 筑物的通风性能，预测室内污染物浓度分布，为建筑设计提 供依据。这在暖通空调设计、环境评估和工业通风等领域具 有实际应用价值。
土壤污染模拟案例
总结词
土壤污染模拟有助于了解污染物在土壤中的迁移转化规律，为土壤修复和土地利 用提供决策支持。
城市排水系统模拟
环境工程师环境模型与仿真
环境工程师环境模型与仿真环境工程师负责研究和解决环境问题，保护和改善我们的生态环境。
在这个过程中，环境模型和仿真成为了环境工程师关键的工具。
本文将介绍环境模型与仿真在环境工程中的应用并探讨其重要性。
一、环境模型的定义与分类环境模型是基于数据库和模型构建的、以描述真实环境为目标的一种技术。
它通过建立环境的数学模型、物理模型或者计算机模型，模拟和预测环境变化。
根据模拟的环境特征和建模方法的不同，环境模型可以分为生态环境模型、大气环境模型、水环境模型等。
二、环境模型的应用领域1. 生态环境研究：生态环境模型通过建立生物种群间的相互作用、环境资源分配等模型，帮助环境工程师研究生态系统的结构和功能，预测生态环境的变化趋势，为环境保护决策提供科学依据。
2. 水资源管理：水环境模型能够对水体的水质和水量进行模拟，帮助环境工程师优化水资源的分配和利用。
通过模拟不同的情景，可以评估不同的水资源管理方案，提供科学支持。
3. 大气污染控制：大气环境模型能够模拟大气中的污染物扩散和转化过程，为环境工程师制定大气污染控制策略提供依据。
通过模拟不同的排放情景，可以评估不同的控制措施的效果。
4. 垃圾处理与废物管理：环境工程师借助垃圾处理和废物管理模型，对垃圾产生、收集、处理的各个环节进行模拟。
通过评估不同的处理方案，可以找到最优化的废物管理策略，实现资源回收和减少环境污染。
三、仿真技术在环境工程中的应用1. 数值仿真：数值仿真是环境模型中最常用和最重要的仿真方法之一。
通过建立与实际环境相对应的数学模型，采用计算机算法进行求解，模拟环境的演化和变化。
数值仿真可以对复杂的环境过程进行精确的计算和预测。
2. 虚拟仿真：虚拟仿真利用计算机图像生成技术，在虚拟环境中模拟真实环境和环境过程。
环境工程师可以通过虚拟仿真技术观察和分析环境变化，优化工程设计和环境管理策略。
3. 三维建模：三维建模技术可以将现实环境转化为计算机中的三维模型，为环境工程师提供直观、真实的环境数据。
东北大学19春学期《环境工程》在线作业1(答案)
东大19春学期《环境工程》在线作业1试卷总分:100 得分:100[题目1]、人耳能感觉到的声音频率范围只是在20～20000Hz之间，对（）左右的声音最敏感。
A、2000HzB、4000HzC、6000HzD、8000Hz标准答案:B[题目2]、水体污染越严重，说明（）A、水体中需氧有机物越少，耗氧也越多，水质也越差。
B、水体中需氧有机物越多，耗氧也越多，水质也越差。
C、水体中需氧有机物越多，耗氧也越少，水质也越差。
D、水体中需氧有机物越少，耗氧也越少，水质也越差。
标准答案:B[题目3]、电子束脱硫技术的特点中不包括：（）A、可同时脱硫脱硝。
B、投资较高。
C、副产物可用作肥料，无废渣排放。
D、运行电耗高。
标准答案:B[题目4]、封场是土地填埋操作的最后一环，封场的目的是：（）A、保护地下水免受污染。
B、及时排出产生的气体。
C、获得最大的生物降解率。
D、通过填埋场地表面的修筑来减少侵蚀并最大限度排水。
正确答案:D[题目5]、感官性污染物不包括：（）A、能引起异色的物质B、能引起浑浊的物质C、能引起泡沫的物质D、能引起中毒的物质正确答案:D[题目6]、远洋焚烧是利用焚烧船在远海对固体废物进行焚烧处置的一种方法，适于处置（）A、各种含氯有机废物B、生物战剂、化学战剂或放射性战剂C、强放射性废物D、永久性惰性漂浮物质标准答案:A[题目7]、滤料的性能对袋式除尘器的工作影响极大，应具有（）特点。
A、容尘量大B、阻力和吸湿性小C、耐温耐腐D、使用寿命长标准答案:A,B,C,D[题目8]、好氧堆肥和厌氧堆肥的区别：（）A、好氧堆肥温度高，厌氧堆肥温度低；B、好氧堆肥基质分解比较彻底，厌氧堆肥分解不够充分；C、好氧堆肥堆制周期短，厌氧堆肥堆制周期长；D、好氧堆肥异味小，厌氧堆肥异味浓烈；标准答案:A,B,C,D第9题,与活性污泥法相比，生物膜法具有以下特点：（）A、对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀；B、生物相更为丰富、稳定；C、产生的剩余污泥多；D、能够处理低浓度的污水；标准答案:A,B,D第10题,多孔材料吸声的必要条件：（）A、材料有大量空隙B、密度高C、孔隙深入材料内部D、空隙之间互相连通标准答案:A,C,D第11题,固体废物压实处理具有以下优点：（）A、便于运输；B、减轻环境污染；C、快速安全造地；D、节省贮存或填埋场地；标准答案:A,B,C,D第12题,焚烧法是一种热化学处理过程，其特点包括：（）A、能迅速大幅度地减容；B、可彻底消除有害细菌和病毒，破坏毒性有机物；C、回收能量及副产品；D、残渣稳定安全；标准答案:A,B,C,D第13题,砷、硒因其危害特性与重金属相近，故在环境科学中常将其列入重金属范畴。
“环境工程模拟仿真”课程的思想政
2022年12月第51期Dec. 2022No.51教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“环境工程模拟仿真”课程的思想政治教学改革探索周雪飞，余仕哲，张亚雷（同济大学 环境科学与工程学院，上海 200092）［摘 要］ “环境工程模拟仿真”是为环境工程专业本科生和研究生开设的课程，主要针对环境工程常见工艺过程进行数学建模，并利用仿真软件实现结果预测和工艺优化控制。
该课程将人工智能、大数据等新理论和新技术融入环境工程领域，体现了专业发展趋势和多学科交叉的特色。
在新形势下及时开展该课程的思想政治教育建设工作，引导学生重视专业领域应用软件平台的自主创新、致力于解决“卡脖子”难题，充分体现了新技术、新理论与新思想有机融合的战略目标及专业理论和思想政治理论协同指导实践的育人目标。
［关键词］ 课程思政；环境工程；模拟仿真［基金项目］ 2021年度同济大学课程思政研究项目“心怀中国梦，护绿水青山——环境专业课程思政指南建设”（2021KCSZYJ05）［作者简介］ 周雪飞（1971—），女，山东莱西人，博士，同济大学环境科学与工程学院教授，博士生导师、硕士生导师，主要从事污水处理及资源化和环境工程模拟仿真与智能控制研究；余仕哲（1998—），男，江西九江人，同济大学环境科学与工程学院2022级资源与环境专业硕士研究生，主要从事污水处理研究；张亚雷（1971—），男，江苏淮安人，博士，同济大学环境科学与工程学院教授，博士生导师、硕士生导师，主要从事污水处理资源化能源化研究。
［中图分类号］ G420 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）51-0005-04 ［收稿日期］ 2022-08-302017年中共中央、国务院印发《关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》，大力推动以课程思政为目标的高校课堂教学改革。
随后全国众多高校开展了课程思政教育改革工作。
环境工程仿真模拟复杂控制系统
城市排水系统控制涉及对降雨、径流、管网等环节的模拟，通过数据分析预测洪涝灾害风险，制定合 理的排水调度方案。同时，对泵站、闸门等设备进行自动化控制，确保排水系统的稳定运行。
05
案例分析
水处理厂的仿真模拟与控制
总结词
水处理厂的仿真模拟与控制是环境工程中重要的应用之一，通过模拟和控制系统，实现对水质的精确控制和优化 处理。
感谢观看
最优控制理论
最优控制问题定义
在满足一定约束条件下，寻找最优控制策略，使得系统性能指标达 到最优。
最优控制问题的求解方法
采用动态规划、极大值原理、变分法等方法求解最优控制问题。
最优控制理论的应用
在环境工程仿真模拟中，最优控制理论可用于优化控制策略，提高 系统性能和效率。
04
环境工程仿真模拟复杂控 制系统的应用
环境工程仿真统模拟复杂控制系
目 录
• 引言 • 环境工程仿真模拟技术 • 复杂控制系统理论 • 环境工程仿真模拟复杂控制系统的应用 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
目的和背景
• 环境工程仿真模拟复杂控制系统 是为了解决环境工程中的复杂问 题而开发的一种技术手段。随着 环境工程领域的不断发展，越来 越多的复杂系统需要得到有效的 控制和管理。为了更好地理解和 优化这些系统，环境工程师们开 始采用仿真模拟技术来模拟和预 测系统的行为。
详细描述
城市空气质量受到多种因素的影响，如工业 排放、交通排放、气象条件等。通过仿真模 拟技术，可以模拟城市空气质量的变化情况 ，预测和控制空气质量。同时，通过控制系 统，可以实现自动化监测和控制，提高城市 空气质量。
城市排水系统的仿真模拟与控制
总结词
城市排水系统的仿真模拟与控制是环境工程中重要的应用之一，通过模拟和控制系统， 实现对城市排水系统的优化和控制。
基于Flash的仿真实验在环境工程实验中的应用
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基金 项 目 ：厦 门理 工学 院教 改项 目 （ Ｊ Ｇ Ｙ ２ ０ １ １ １ ７ ）
护 方便 。 （ ２ ）基 于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的仿 真实 验形 象生 动 ， 操真 实 验 可 以 形 象 地 模 拟 实验 流程 ，让学 生 清楚 地看 到实 验仪 器 的 整 体运 行情 况 ，而 且 可以 通过 编写 代码 加入 人 机互 动 ，让学 生通过 鼠标和 键盘 亲 身参 与 实 验的 每一 个步 骤 ，深 入 掌握 实验 方法 和技
基于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的仿真实验在环境 工程 实验中的应用
廖文超 徐苏 李元高 陈 晓青 厦 门理 工 学 院环 境 科 学 与工 程 学 院 ，福 建 厦 门 ３ ６ １ ０ ２ ４
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巧。
２ ． 基于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ 的环境工程仿真实验
２ ． １基 于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的 仿真 实验特 点 仿 真 技 术 是 以 计 算 机 为 工具 ，根 据 信 息技 术 、系统 技术 、相 似原 理 ，构建 系统 模 型对 实 际系统 进行 模拟 的一 门综 合技 术 。交 互性 是衡 量仿 真软 件 质量的 重要 指标 之一 ， 在众 多 仿真 软 件 平 台 中 ，Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的 动 画表 现 力 强 ，人 机 交 互 性 好 ，而 且 生 成 的 ｓ ｗｆ 文 件很 小 ，是仿 真 实验制 作 的首选 软件 平 台 。 通过 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ软件 制作 仿真 实验 课 件主 要具 有 以下 优势 ： （ １ ）丰 富 的 绘 图 工 具 。Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ提 供 了 丰富 的绘 图工具 ，利用 这些 工具 可方 便地 绘 制各 种 实验仪 器 。 （ ２ ）程 序 修 改 方 便 。Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ支 持 函数 的嵌 套 、调 用 ，程 序修 改十 分方 便 。存 于 图 库 中的 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ组 件 也可 以重 复利 用 、多 层嵌 套， 为设 计仿 真 实验提 供 了更 多地便 利条 件 。 （ ３ ）存 储 空 间 占 用 少 。Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ采 用 基 于矢 量 的 图形格式 ，因此 图片 占用 的存 储空 间很 小 ，而 且即 使把 图像 无限放 大 也不 会失 真。 （ ４ ） 网络 占 用 少 。Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ文 件 为 准 流 式 文件 ，如 果利 用 网络 来运 行基 于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的 仿真 实验 ，使用者 可 以边 下载边 观 看 ，网络 对仿 真 实验 的影 响较 小 。 与 传 统 的 实 验 方 式 相 比 ， 利 用 基 于 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ的 仿真 技 术进 行 实验 教 学具 有 直 观 、 形 象 、有趣 等诸 多优 点 。
环境工程仿真设计
环境工程仿真设计环境工程仿真设计是一种系统性的工程方法，可以通过计算机仿真技术，对环境中的污染物进行预测、评估、优化处理、规划等。
环境仿真设计技术可以有效地减少环境污染造成的影响，提高环境质量，保护环境生态系统的稳定性。
环境工程仿真设计的基本原理是建立环境模型，模拟环境参数及污染物浓度随时间的变化规律，分析环境污染物的扩散、转移、沉降、反应等过程，预测污染物的激浓度分布及浓度变化趋势，评估污染物对环境的危害程度。
基于此，制定优化环境污染治理方案，提高环境质量及可持续性。
环境仿真设计技术可以应用于许多环境领域，如污染物扩散、水体流动、气态传输、土壤污染治理、废弃物处理等。
例如，在空气污染治理中，可以根据大气应力场的分布规律，模拟污染物的扩散规律，预测污染物的浓度分布及变化趋势，评估治理措施的效果。
在水污染治理中，可以建立水动力学模型，模拟水体中污染物的传输、扩散规律，评估污染物对水体生态系统的影响，制定合理的治理方案。
环境仿真设计技术在实际应用中，需要涉及多个领域的专业知识，如环境科学、计算机科学、数学、物理等。
通过对污染物的物理化学性质、环境参数及通风、气流路径、人口密度和城市物理结构等因素的综合考虑，建立完整的环境模型，确定模拟的因素并定义模型参数，最终得到所需的仿真结果。
环境仿真技术可以帮助决策者进行决策，制定优化水污染治理、噪声控制、空气污染治理等工程方案，实现高效、经济、环保的目标。
同时，环境仿真技术还可以用于环境保护法律的执行，模拟环境污染行为，对相关企业和个人违法行为进行科学定量评估，并根据评估结果进行调整和控制。
总之，环境工程仿真设计技术具有重要的理论与实践意义，可以应用于各种环境领域。
未来，环境仿真设计技术将不断发展，优化升级，为实现环境可持续性发展做出更大的贡献。
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在碳源不足的情况下，活性污泥如何实现高效脱氮除磷？
碳源问题
在脱氮除磷系统中，碳源主要消耗在释磷、反硝化和异养菌的正常代谢等方面。
其中。
释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中易降解的部分。
尤其是挥发性有机脂肪酸的含量关系很大。
一般说来，城市污水中所含的易降解COD是有限的。
所以在生物脱氮除磷系统中。
释磷和反硝化之间存在着因碳源不足而引发的竞争性矛盾。
污水生物脱氮除磷机理
生物脱氮是在好养条件下通过硝化反应先将氨氮氧化为硝酸盐，再通过缺氧条件下的反硝化反应将硝酸盐还原成气态氮从水中去除。
生物除磷是在厌氧条件下吸收低分子物质，同时将贮存在细胞中的聚合磷酸盐中的磷通过水解而释放出来，提供必需的能量。
而在随后的好氧条件下，将所吸收的有机物氧化并提供能量，同时能从污水中过量吸收磷并以聚磷酸盐形式贮存在菌体内形成高磷污泥，通过剩余污泥的排放而达到较好的除磷效果。
最近的一些研究表明：生物脱氮过程出现了一些超出人们传统认识的新发现，如硝化过程不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以参与硝化作用；某些微生物在好氧条件下可以同时进行硝化和反硝化；氨氧化也可以在厌氧条件下发生；在磷的摄／放过程中，反硝化除磷细菌以硝酸氮取代氧作为电子接受体。
改进工艺
CANON 工艺
CANON工艺(生物膜内自养脱氮工艺)实质上是通过控制生物膜内溶解氧的浓度实现短程硝化反硝化，使生物膜内聚集的亚硝化菌和ANAMMOX微生物能同时生长，满足生物膜内一体化完全自养脱氮工艺实现的条件。
亚硝酸氮在生物膜内的聚集是亚硝化的另一种形式[ 。
硝化细菌与亚硝化细菌对氧的亲和性的不同以及传质限制等因素影响两种微生物在细胞膜内的数量。
在低DO／NH3一N 比值的情况下，氧成为限制性基质，使硝化细菌与亚硝化细菌展开竞争。
竞争的结果是亚硝酸氮在生物膜表层聚集。
当氧向细胞膜内扩散并被消耗后，出现厌氧层，厌氧氨氧化细菌便能生长。
随着未被亚硝化的氨氮与亚硝化后的亚硝酸氮扩散至厌氧层，ANAMMOX反应就发生Is]。
环境中的氨氮与溶解氧是决定CANON工艺的两个关键因素 j。
CANON工艺目前在
世界上还处于研究阶段，没有真正应用到工程实
践中。
反硝化除磷工艺
反硝化除磷的原理是通过一种兼性反硝化细菌(DPB)独特的生物摄／放磷作用，同时进行了反硝化作用和超量聚磷，将反硝化和除磷这两个过程合二为一，最大程度地减少碳源需求量，实现了能源和资源的双重节约。
实现反硝化除磷能分别节省COD和氧约50％和30％，相应减少剩余污泥量50％L9j。
分段进水BNR工艺
将分段进水方式应用于开普敦大学(UCT)工艺、改进的开普敦大学(MUCT)工艺或VIP(Virgi．nalInitiative Plant)工艺形成了新的BNR工艺。
20世纪90年代初期Nolasco与Daigger等人开始对这一新工艺进行了试验研究．直到20世纪90年代末才将该工艺的研究成果应用于设计[12]。
该工艺流程示意见图。
从图4可见．该工艺将分段进水技术与UCT或VIP工艺结合起来．在分段进水的每一段均设有厌氧／缺氧／好氧区，进水分别流入各段的厌氧区后，与从下游抽回的硝化液相混合，这一混合液流经缺氧区再流入好氧区。
在好氧区发生硝化作用，强化了除磷和碳生化需氧量(CBOD)的去除，在缺氧区发生反硝化和一些CBOD去除，在厌氧区发生磷的生物释放(生物强化除磷的前提)与一些CBOD(VFA)的去除[13]。
外加碳源
除了可以从改进工艺的方向去提高脱氮除磷的效率之外，通过投加外源碳源也是一种直接有效的方法之一。
常用的外源碳源有：乙醇钠、葡萄糖、淀粉、啤酒废水等等。
目前已发现的可利用碳源的数量繁多，但是在城市污水处理厂实际运行中，究竟选取何种碳源才能做到经济性、实用性和高效性的协调统一，这成为目前的研究焦点。
总体上讲外加碳源能够取得良好的脱氮除磷效果，但长期投加无疑会增加处理运行成本和管理难度，也是限制其应用的主要因素。
而内碳源的开发利用只能对提高脱氮除磷效率起到一定的积极作用，而不是特别有效。
但可以在满足脱氮除磷的同时达到对废物的资源化利用，降低城镇污水处理厂的运行成本，这符合中国节能减排的环保理念。
纵观国内外开发碳源的进程，充分利用内碳源和外碳源以降低外碳源使用时增加的污水处理成本是今后的发展方向和研究重点。
因此，在城市污水处理厂的实际运行中，优选碳源时应注意以下几点：(1)深入了解不同碳源的特性，结合具体的进水水质特点，选择最佳碳源，具体问题具体分析，切忌照搬；(2)可开发利用的碳源种类很多，但考虑到污水处理厂的运行成本，并注意选择可操控性强的碳源，做到经济性和高效性的统一；(3)根据不同碳源的不同性质，还可考虑同时利用多种碳源，做到内、外碳源有机结合，以达到最佳脱氮除磷效果；(4)进一步优化城市污水处理厂的处理工艺和运行参数，提高运行管理水平，最大限度提高整个流程的处理效率。
黄国伟
环工112 1104100024。