2016深圳杯数学建模A题(2)

6.假设截流时所需补水的量为自然条件下的下雨的流入污水处理厂的量，并且采取清源收集机制时不需要人工补水。

四、符号说明

符号 说明

q 流入污水处理厂的雨水日流量

m 对设备的损害程度

c 预设COD浓度

n 截流倍数

N 配用电机功率

r 污水比重

Q 污水流量

h 污水提升高度

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w溢 污水溢出从而需要进行处理的费用

w补 因截流造成的“缺水”现象从而产生的“补水”费用 w管 建设污水管网所需的费用

w河 整治河道所需的费用

w运 扩建的那些污水处理厂一年内的运行成本费用

五、模型建立与求解

5.1 混流对污水处理系统的影响

5.1.1 混流对设备影响

根据前面叙述，由于雨水流入污水处理厂，会影响COD浓度，从而增加污水处理的难度，同时也对污水处理厂里面的设备造成一定的损害。

深圳市深圳河湾月平均降雨量的数据见表1：

表1 深圳市深圳河湾1-12月每月平均降雨量

月份

各月30年平均降雨量/mm

月份

各月30年平均降雨量/mm 1月 26.40 7月 319.70 2月 47.90 8月 354.40 3月 69.90 9月 254.00 4月 154.30 10月 63.30 5月 237.10 11月 35.40 6月 346.50 12月 26.90

深圳市深圳河湾月平均降水量如图2所示：

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图2 深圳市深圳河湾月平均降水量

对此，引入一个变量M，用来表示其影响程度。COD浓度C与流入污水处理厂的雨水日流量Q之间的关系为：

c=k1/ q；其中k1为比例系数。k1

从而M与COD浓度C之间的关系为：

m =k2/c；其中k2为比例系数。

从而M与雨水日流量Q之间的关系为：

m =k q；其中k为比例系数。

由此可见，由于雨水的作用而使得COD浓度被稀释，从而造成处理厂的设备损耗程度与雨水日流量大致呈正比的关系。因此，采取混流的办法，会导致设备有一定程度的损害，且水量越大，损害程度越高。

5.1.2 混流对污水处理系统耗能影响

另一方面，考虑混流对污水处理系统运行成本的影响。

对于污水处理厂的污水处理系统来说，成本最高的是电能的消耗，而其中耗电较高的有污水提升泵和回流泵的耗电，鼓风机的耗能，污泥消化池的耗能三个方面。

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5.1.2 （1） 污水提升泵和回流泵的耗能

污水提升泵是污水处理厂预处理段的主要耗能设备，它与回流泵（包括混合液内混流泵和污泥外回流泵）一样，与要求的提升泵高度有密切关系，其耗能量估算公式为： N r Q h 103 1 2

3式中，N为配用电机功率（kW），r为污水比重，取9.8 103N/m3；Q为污水流量（m/s）；

h为污水提升高度（m）； 1为水泵效率，取0.65—0.85； 2为电极效率，取0.95。在污

水处理厂的设计中，污水提升泵是按最大流量进行配置的，而回流泵则是根据污水平均流量与设计回流比配置的。

5.1.2 （2） 鼓风机的耗能

鼓风机是污水处理厂中耗能最大的设备，主要是曝气沉砂池和生化池提供所需的空气。鼓风机的耗能与供气量和出口风压有关，一般是根据供气量和出口风压选定设备能耗。在曝气沉砂池中，鼓风机的供气量与水量有关，出口风压则与有效水深和管路损失有关。在生化池中，鼓风机的供气量不但与水量有关，而且还与有机污染物去除量、风压与有效水深和管路损失有关。

5.1.2 （3） 污泥消化池的耗能

污泥消化池的能耗表现为新鲜污泥的加热、消化池壳体的散热和管道部分的散热，新鲜污泥的加热量的计算公式为：

Q1 VC(T1 T)0

式中，Q1为新鲜污泥加热量（kJ/h）；V为新鲜污泥体积（m3/h）；T1为消化温度，取35℃；T0为新鲜污泥温度（℃）；C为污泥比热，取4.18 103 kJ/(m3 ℃)。

壳体的散热量的计算公式为：

Q2 Fk(T1 T2)

Q2为壳体散热量式中，（kJ/h）；F为壳体总面积（m2）；k为传热系数kJ/(m2 ℃)，

一般为1.67—2.51；T2为环境温度（℃）。

管道散热量：输泥管道德散热计算是比较复杂的，且散热较小，故管道的散热量可用Q1 、Q2之和的10﹪计入，即Q3 =0.1（Q1+Q2）。污泥消化池的总能耗即为上述三

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项之和。

国内部分污水处理厂设计的能耗见表2：

表2 污水处理厂单位耗电量

名称 单位水量耗电量 污水提升单位耗电 鼓风机房单位耗电

（kW h/m3） （kW h/m3） （kW h/m3）

沈阳市北部污水厂 0.260 0.060（23.1%） 0.139（53.5%） 深圳盐田污水厂 0.390 0.057（14.6%） 0.183 (45.9%)

成都双流污水处理厂 0.290 0.057 (19.7%) 0.188 (64.8%)

注：括号内为能耗所占比例。

5.1.3 用截流倍数分析法分析混流对污水处理系统的影响

5.1.3 （1） 雨洪水流量过程计算

确定截流倍数需先计算洪流量及雨洪污染物浓度、旱流流量及旱流污染物浓度，在此基础上，假定不同截流倍数进行调节计算。

5.1.3 （1） ① 设计暴雨过程计算

采用目前排水规范应用的暴雨公式：

i A1(1 ClgT) n（t+B）

式中，i为暴雨强度，mm/min；t为降雨历时；T为重现期；A1 ，C，B，n为地方参数，可查设计手册，或据实测暴雨资料确定。

5.1.3 （1） ② 净雨过程计算

降雨径流经验相关图法师一种行之有效的方法，可用下式表达：

SRr C1

式中，Pn为前期影响雨量；SPr 为累计雨量；SRr为累计产流量；Cp、C1为产流公式参数，不同水文分区取值不同。

5.1.3 （1） ③ 流量过程计算

推求流量过程可采用等流时线法、经验单位线法、瞬时单位线法、水力学法等。瞬时单位线法是指无穷小时段内流域上均匀的单位净雨所形成的地面径流过程线。纳希用

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几个线性水库串联后，推导出纳希瞬时单位线公式如下：

t1tn 1 ku(t) ()e K (n)K

式中，n为水库数或调蓄次数；K为分段内的传播时间； (n)为伽玛函数。借助S曲线可将瞬时单位线转化为时段长为 t 的时段单位线u( t,t) ，便于实际应用。

s(t) u(t)dt 0t

u( t,t) 1[s(t) s(t t)] t

t根据瞬时单位线，用卷积公式可求出流量过程： Q(t) Kt R(t )u( )d 0

式中，Kt 为考虑流域面积及计算时段长的单位换 …… 此处隐藏：2364字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……