习题练习题第一章

《环境工程仿真与控制》习题与思考题

第一部分 机理建模

1． 学习《环境工程仿真与控制》的目的是什么？

2． 试举例说明什么是数字仿真？

3． 如何理解仿真与试验的关系？

4． 试以活性污泥曝气池的DO控制为例说明建立环境工程数学模型的主要用途是什么？

5． 何为“白箱”模型？何为“黑箱”模型？何为“灰箱”模型？在实际工作中，哪种模型得到广泛应用？而在仿真工作中，使用较多的又是哪种模型？ 6． 机理模型的建模原则是什么，如何理解？

7． 在带溢流堰液槽输入输出响应示意图中，为何出水口流量的增加需要一段时间？ 8． 在悬浮生长活性污泥系统中，若不考虑生化反应消耗的溶解氧，则曝气池可视为水与溶

解氧的双组分系统，试列出此时的曝气池溶解氧浓度模型。 9． 如何测定某一种曝气装置的溶解氧总转移系数KLa？

10． 如何确定采用微孔曝气装置的曝气池内的饱和溶解氧浓度值？

11． 假定悬浮生长好氧活性污泥法的曝气池为CSTR，曝气池内溶解氧浓度始终维持在

2.0mg/L，通过排泥维持曝气池内异养菌浓度在2500mg/L，试求20℃时异养菌生长速

率与易降解有机碳Ss之间的关系。[已知20℃时，异养菌最大比生长速率为6.0d-1，易降解有机碳半饱和常数为20gCOD/m3，溶解氧半饱和常数约为0.1gO2/m3] 12． 异养菌生长量与易降解有机碳消耗量之间存在什么关系？

13． 废水生物处理中，异养菌的分子式可用C5H7O2N表示，而生活污水中的有机物可用

C10H19O3N表示。试根据下列反应式求出1gC5H7O2N和1gC10H19O3N分别相当于多少

gCOD？

C5H7O2N?5O2?H2C10H19O3N?25O2?2H??4?5CO2?2H2O?NH

?4??20CO2?16H2O?2NH

14． 环境工程复杂系统建模的一般过程包括哪些？

15． 请绘出包括独立二次沉淀池的典型活性污泥过程示意图，并考虑为何要进行污泥回流？为何要废弃一部分活性污泥？

16． 请分别解释污水生物处理过程中的厌氧、缺氧和好氧状态。

17． 请将下列英文单词翻译成中文：simulation, modeling, Activated Sludge Models, Activated

Sludge Model No.1, bacteria, substrate, oxygen, soluble, alkalinity, heterotrophic organisms, autotrophic organisms.

18． 活性污泥过程1号模型（ASM1）描述的是具有什么功能的活性污泥过程？

19． 活性污泥过程1号模型（ASM1）与活性污泥过程2号模型（ASM2）以及ASM2D有

何不同？

20． 对目前常用的A/O脱氮除磷工艺建立数学模型，应该选用活性污泥过程几号模型？ 21． 简述活性污泥过程1号模型（ASM1）有哪些假定？为何要作这些假定？

22． 请列出活性污泥过程1号模型（ASM1）曝气池内发生的8个子过程，以及参与这些

子过程的13种组分。 23． 在活性污泥过程1号模型中，异养菌缺氧生长的基本速率方程中为何同时包含溶解氧

和硝态氮的开关函数？ 24． 对于利用多种营养物的异养菌，其好氧生长和缺氧生长的区别在哪里？

25． 在活性污泥过程1号模型中，异养菌好氧生长与缺氧生长反应动力学方程中的溶解氧

开关函数有何不同？为什么？

26． 在活性污泥过程1号模型中，异养菌好氧生长与缺氧生长反应动力学方程中为何采用

?2

相同的?h和KS?

27． 可溶有机氮的氨化过程由哪些微生物完成？在活性污泥过程1号模型中，可溶有机氮氨化的基本速率方程中为何没有溶解氧的开关函数？

28． 在活性污泥过程1号模型中，被吸着缓慢降解有机碳的水解反应包括好氧和缺氧条件下两部分，为何不考虑厌氧条件下的水解反应？

29． 在悬浮生长好氧活性污泥法的曝气池中，氮的存在形式有哪些？其中哪种形式的氮比

较容易被微生物利用？异养菌好氧生长的需氮量约占其干重的多少？ 30． 在活性污泥过程1号模型的自养菌好氧生长子过程中，为何氨态氮的化学计量系数为

(-ixb-1/Ya)？ 31． 试根据下列反应式求出1gNH4-N和1gNO3-N分别相当于多少gCOD？

NH?4+-

?2O2?NO3?2H???H2O

15?5NO?3?14?2O2

32． 试用下式解释1mol的NH4+-N转变为NO3--N需要消耗2molHCO3-，即消耗2mol的碱

度。

NH?4???2O2?NO3?2H?H2O

33． 试分别写出活性污泥过程1号模型（ASM1）中溶解氧浓度SO、缓慢降解有机碳浓度

XS以及硝态氮浓度SNO随时间变化的总反应速率方程。

答案：1、

?dSo??dSo??dSo?????????dtdtdt??R??1??3?1?Yh????Yh???4.57?YaSsSo?????hX?bh??Ks?SsKo,h?SoYa???SnhSo???aXba?Knh?SnhKo,a?So?

?dSno??dSno??dSno?????????dtdt?dt?R??3??21?Yh??dX 2、?????????2.86Yh??bhdt?1??dXba?? ?????Y??dt??2?3?a???dXbh??dXba??dXs???(1?fp)?????(1?fp)?dtdtdt??R??4??53、

相同温度下，为何异养菌产率系数Yh比自养菌产率系数Ya要大许多？ 34． 何谓HRT？何谓SRT?

35． 在对ASM1的13个微分方程联立求解时，各组分的浓度单位如何统一？ 36． 什么是厌氧消化？厌氧消化与缺氧反硝化有何区别？ 37． 简述厌氧消化三阶段理论。

38． 厌氧消化过程数学模型的假定有哪些？

39． 试写出厌氧消化过程数学模型的基本方程。

40． 双膜理论是关于气体分子通过气膜和液膜的传递理论，试归纳该理论的基本点。 41． 对于平流式沉淀池的建模，为何要进行二维系统分割？

42． 悬浮固体在平流式沉淀池内的沉淀过程可以分为哪五个子过程？

43． 试写出描述平流式沉淀池二维流场中流体流速分布和固体颗粒浓度分布的基本微分

方程。 44． 在悬浮生长活性污泥系统中，二次沉淀池的功能是什么？

45． 活性污泥固体颗粒在二次沉淀池内的动态行为为何不能用集总参数模型来描述？ 46． 在竖流式二次沉淀池中，如何计算由于水流运动而产生的固体通量？ 47． 已知Takács沉降速度模型的表达式如式(1-1)所示：

?sj??0e?rh(Xj?fnsXin)??0e?rp(Xj?fnsXin) (0??sj??0) (1-1)

'式(1-1)中的符号名称及取值如表1-1所示，当Xin=3000mg/L时，试绘出固体颗粒沉降速度（纵坐标）与悬浮固体浓度（横坐标）之间的关系图。

表1-1 Takács沉降速度模型参数的典型取值 名称 最大实际沉降速度 最大理论沉降速度 干扰沉淀的沉降参数 慢速沉淀的沉降参数 不可沉降比例 符号 V0’ V0 rh rp fns 数值 250 474 0.000576 0.00286 0.00228 单位 m/d m/d m3/gSS m3/gSS 无量纲

48． 在二次沉淀池一维浓度分布模型中引入最小函数min(Js,j, Js,j－1)的意义是什么？

49． 某城市污水处理厂的二沉池为中心进水周边出水的辐流式沉淀池，单个二沉池的溢流

流量和污泥回流流量均为18446m/d，而污泥排放量为385 m/d。已知该二沉池的表面积为1500m2，则二沉池内水流向上的流速和向下的流速各为多少（以m/h为单位）？

3

3

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