水處理2—第三次廢水生物處理原理與工藝

1、廢水生物處理原理與工藝第三講第 1 頁第三講三活性污泥的增長規(guī)律1、 活性污泥中 微生物的增殖 是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增長。2、 一般可用 活性污泥的增長曲線來描述 : 注意： 1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次投加；3) 圖中同時還表示了有機底物降解和氧的消耗曲線。f/m 值: 在溫度適宜、 do 充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取決于微生物與有機基質(zhì)的相對數(shù)量，即有機基質(zhì) (food)與微生物 (microorganism)的比值，即f/m 值。f/m 值也是影響有機物去除速率、氧利用速率的重要因素。

2、實際上， f/m 值就是以 bod5表示的進水污泥負(fù)荷(5sbodl)，即：)(55dkgvsskgbodxvbqlmfvisbod3、一般來說，可將增長曲線分為以下四個時期：(1)適應(yīng)期； (2) 對數(shù)增長期； (3) 減速增長期； (4) 內(nèi)源呼吸期。適應(yīng)期 : (1)是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機物污染物的種類等的一個短暫的適應(yīng)過程；(2)經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：a. 菌體體積有所增大；b. 酶系統(tǒng)也已做了相應(yīng)調(diào)整； c. 產(chǎn)生了一些適應(yīng)新環(huán)境的變異；等等。(3)bod5、cod 等各項污染指標(biāo)可能并無較大變化。對數(shù)增長期：(1)f/

3、m 值高 (2.2dkgvsskgbod/5)，所以有機底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(2)微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)， 它僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機能的限制；(3)微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；(4)此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(5)活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(6)一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。減速增長期 : (1)f/m 值下降到一定水平后，有機底物

4、的濃度成為微生物增殖的控制因素；(2)微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級反應(yīng)；(3)有機底物的降解速率也開始下降；廢水生物處理原理與工藝第三講第 2 頁第三講(4)微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長；(5)活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；(6)由于殘存的有機物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；(7)一般來說，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內(nèi)的。內(nèi)源呼吸期 : (1) 內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說， 活性污泥的量在減少

5、， 最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等；(2)污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；(3)一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。4、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用：(1)活性污泥的增殖狀況，主要是由f/m 值所控制；(2)處于不同增長期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質(zhì)也不同；(3)可以通過調(diào)整f/m 值，來調(diào)控曝氣池的運行工況，以達到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能；(4)推流式：一段線段；完全混合式：一個點5、有機物降解與微生物增殖：活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(

6、 內(nèi)源呼吸 ) 兩項作用的綜合結(jié)果，所以，微生物的凈增殖速率為：esgdtdxdtdxdtdx式中：gdtdx活性污泥微生物的凈增殖速率（dkgvss/） ；usdtdsadtdx活性污泥微生物的合成速率；a降解每5kgbod所產(chǎn)生的vss值，即產(chǎn)率系數(shù)（dkgbodkgvss5） ；vebxdtdx活性污泥微生物自身氧化速率；b每kgvss每日自身氧化的kg數(shù)，即自身氧化系數(shù)（1d） ；vx)(kgvss。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: vugbxdtdsadtdx積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長量為: vrbvxaqsx式中 : x每日污泥增長量 (vss),dkg

7、 /；rwxq；q每日處理廢水量(dm/3) ；廢水生物處理原理與工藝第三講第 3 頁第三講eirsssis進水5bod濃度 (35/ mkgbod或lmgbod/5) ；es出水5bod濃度 (35/ mkgbod或lmgbod/5) 。ba,的經(jīng)驗值：(1)對于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，65.05.0a，1.005.0b；(2)幾種工業(yè)廢水的ba,值: 廢水a(chǎn)b合成纖維廢水0.38 0.10 含酚廢水0.55 0.13 制漿與造紙廢水0.76 0.016 制藥廢水0.77 釀造廢水0.93 亞硫酸漿粕廢水0.55 0.13 通過小試求得：將上式改寫為 : bvxqsavxxvrv6

8、、有機物降解與需氧: 微生物的代謝需要氧：(1) 需要將一部分有機物氧化分解； (2)也需要對自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進行自身氧化。需氧量 : vrxvbsqao2式中2o曝氣池混合液的需氧量，dkgo/2；a代謝每5kgbod所需的氧量，dkgbodkgo52/；b每kgvss每天進行自身氧化所需的氧量，dkgvsskgo/2。上式可改寫成 : 52blabxvsqaxvosrbodvrv或522srbodrvrlbasqxvbasqoo其中 : vvxo2單位重量污泥的需氧量，dkgvsskgo/2；rsqoo22去除每5kgbod的需氧量，dkgbodkgo52/。, ba值的確定 : 廢水

9、生物處理原理與工藝第三講第 4 頁第三講(1) 活性污泥法處理城市污水時的2o和, ba值: 運行方式o2ab完全混合式0.7 1.1 0.42 0.11 生物吸附法0.7 1.1 傳統(tǒng)曝氣法0.8 1.1 延時曝氣法1.4 1.8 0.53 0.188 (2)幾種工業(yè)廢水的, ba值: 廢水a(chǎn)b石油化工廢水0.75 0.16 合成纖維廢水0.55 0.142 含酚廢水0.56 制漿與造紙廢水0.38 0.092 制藥廢水0.35 0.354 釀造廢水0.93 漂染廢水0.5 0.6 0.065 煉油廢水0.55 0.12 亞硫酸漿粕廢水0.40 0.185 (3) 試驗法 : 將上述方程式改

10、寫成: 52blaxvosrbodv四活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)及其應(yīng)用活性污泥法反應(yīng)動力學(xué): 可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機物降解、污泥增長、 耗氧等作用與各項設(shè)計參數(shù)、運行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系；它主要包括: (1)基質(zhì)降解的動力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系；(2)微生物增長動力學(xué)，涉及微生物增長與基質(zhì)濃度、生物量、增長常數(shù)等因素的關(guān)系；(3)還研究底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養(yǎng)要求等的關(guān)系。在建立活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)模型時, 有以下假設(shè) : (1)除特別說明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對于推流式曝氣池系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正；(2)活性污泥系統(tǒng)的

11、運行條件絕對穩(wěn)定；(3)二次沉淀池內(nèi)無微生物活動，也無污泥累積并且水與固體分離良好；(4)進水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；(5)系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。主要介紹：勞倫斯麥卡蒂（lawrencemccarty ）模式莫諾德（ monod ）模式酶促反應(yīng)動力學(xué)公式（米門公式）（michaelis menton ）( 一)活性污泥反應(yīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)米門公式與莫諾德模式a米門公式michaelis menton 提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說，通過理論推導(dǎo)和實驗驗證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動力學(xué)公式，即米門公式：廢水生物處理原理與工藝第三講第 5 頁第三講sksvmmax式

12、中：v酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率；maxv產(chǎn)物生成的最高速率；mk米氏常數(shù)（又稱飽和常數(shù)，半速常數(shù)）；s基質(zhì)濃度。中間產(chǎn)物學(xué)說：peesse米門公式的圖示：b. 莫諾德模式：1）monod 于 1942 年和 1950 年曾兩次進行了單一基質(zhì)的純菌種培養(yǎng)實驗，也發(fā)現(xiàn)了與上述酶促反應(yīng)類似的規(guī)律，進而提出了與米門公式想類似的表達微生物比增殖速率與基質(zhì)濃度之間的動力學(xué)公式，即莫諾德模式：skssmax式中：xdtdx/微生物的比增殖速率，dkgvsskgvss/；max基質(zhì)達到飽和濃度時，微生物的最大比增殖速率，s反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度，mg/l；sk飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。2）隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生

13、物群體組成的活性污泥對多種基質(zhì)進行微生物增殖實驗，也取得了符合這種關(guān)系的結(jié)果。3）可以假定：在微生物比增殖速率與底物的比降解速率之間存在下列比例關(guān)系：v則與比增殖速率相對應(yīng)的比底物降解速率也可以用類似公式表示，即：skssmax式中：xdtdsv)(比底物降解速率（dkgvsskgbod5） ；maxv底物的最大比降解速率；s 限制增殖的底物濃度；sk飽和常數(shù)。對于廢水處理來說，有機物的降解是其基本目的，因此上式的實際意義更大。莫諾德模式的圖示：vmaxv=vmax2maxvvokms廢水生物處理原理與工藝第三講第 6 頁第三講莫諾德方程式的推論：（1）在高底物濃度的條件下，即ssk，呈零級反

14、應(yīng)，則有：max，maxxkxdtds1max（2）在低底物濃度的條件下，即ssk，則：skks2maxxskdtds2(二)lawrencemccarty 模式：1）lawrencemccarty 建議的排泥方式：兩種排泥方式：i. 剩余污泥從污泥回流系統(tǒng)排出；ii.剩余污泥從曝氣池直接排出。第二種排泥方式的優(yōu)點：1）減輕了二沉池的負(fù)擔(dān)；2）可將剩余污泥單獨濃縮處理；3）便于控制曝氣池的運行。2）有關(guān)基本概念： a、微生物比增殖速率：xdtds)( b、單位基質(zhì)利用率：xdtdsqu)( c、生物固體平均停留時間（又稱細(xì)胞平均停留時間，在工程上習(xí)稱污泥齡）：在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，微生物從其生成開始到

15、排出系統(tǒng)的平均停留時間；也可以說是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所需要的平均時間；從工程上來說，就是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排放的剩余污泥量的比值，以c表示，單位為d，即：廢水生物處理原理與工藝第三講第 7 頁第三講xxvc式中 :x每日增殖的微生物量，穩(wěn)態(tài)運行時，就是每日排放的剩余污泥量。因此：1）按傳統(tǒng)排泥方式：iewrwcxqxqqxqxv)(簡化后，則：rwcxqxv 2)按第二種排泥方式，則：iewwcqxxqqxqvx)(簡化后，wcqv由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運行管理。 3)與c的關(guān)系：xdtdx/，而ttctxx/，所以有：1c或c1( 三) lm 模式的基本方程

16、式：1.第一基本方程式：前面已有：xkdtdsydtdxdu式中y微生物的產(chǎn)率系數(shù)，dkgbodkgvss5/；dk自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù)，1d， （dk g v sk g v s/） ；經(jīng)整理后：dckyq1表示的是污泥齡（c）與產(chǎn)率系數(shù)y、基質(zhì)比利用速率（q）及自身氧化系數(shù)之間的關(guān)系。2.第二基本方程式：認(rèn)同莫諾德模式：sksvvsmaxa.認(rèn)為有機基質(zhì)的降解速率等于其被微生物的利用速率，即xdtdsqvusksxqdtdssumax式中：s反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度；廢水生物處理原理與工藝第三講第 8 頁第三講maxq單位生物量的最大基質(zhì)利用速率；sk半速常數(shù)。表示的是基質(zhì)利用速率與反應(yīng)器內(nèi)

17、微生物濃度和基質(zhì)濃度之間的關(guān)系。( 四) l-m 模式的應(yīng)用（基本方程的推論）a.第一導(dǎo)出方程出水水質(zhì)es與污泥齡c之間的關(guān)系：（對于完全混合式）將seeukssvxdtdsqmax)/(代入：dckqy1則有：dseeckkssvymax11)()1(maxdccdsekyvkksb.第二導(dǎo)出方程曝氣池內(nèi)微生物濃度x與污泥齡c的關(guān)系對曝氣池作有機底物的物料衡算：底物的凈變化率=底物進入曝氣池的速率- 底物從曝氣池中消失的速率eueitqsrvdtdsrqsqsdtdsv)1()/()/(0vssqdtdseiu)(代入第一基本方程有：cdeickvssqyx1由于qvhrtt/，則有：cde

18、ickssytx1上式說明：曝氣池中微生物量濃度是與有機物的濃度、c和曝氣時間等有關(guān)的。式中tc，可以稱為污泥循環(huán)因子，其物理意義為： 活性污泥從生長到被排出系統(tǒng)期間與廢水的平均接觸次數(shù)。c.第三導(dǎo)出方程回流比r與c之間的關(guān)系對曝氣池的生物量進行物料衡算：（曝氣池內(nèi)生物量的凈變化率）=（生物量進入曝氣池的速率）- （生物量離開曝氣池的速率）xrqvxkdtdsyqxrqxvdtdxduir)1()(0其中xdtdsqu/)/(，所以：xrqvxkyqrqxdr)1()(廢水生物處理原理與工藝第三講第 9 頁第三講dckyq1所以：xxrrvqrc11式中：rx回流污泥的濃度，可由下式估算：sv

19、ixr610注意： 1）是近似值； 2）由svi算出的是mlss值，應(yīng)再換算成mlvss。d產(chǎn)率系數(shù)（y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（obsy）之間的關(guān)系：產(chǎn)率系數(shù)（y）是指單位時間內(nèi)，微生物的合成量與基質(zhì)降解量的比值，即：usdtdsdtdxy)()(表觀產(chǎn)率系數(shù)（obsy）是指單位時間內(nèi)，實際測定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值，即：utobsdtdsdtdxy)/()/(qxdtdsxdtdxyutobs/)/(/)/(將c1，以及dckyq1代入，則有：)1/(cdobskyy該式還提供了通過試驗求y及dk的方法，將其取倒數(shù)后得：cdobsykyy11以obsy1對c作圖，即可求得y及dk值。其中)(/eiobsssqxye. c