活性污泥法實驗

1、實驗?zāi)康幕钚晕勰鄬嶒?1 -1觀察完全混合活性污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行，掌握活性污泥處理法中控制參 數(shù)（如污泥負(fù)荷、泥齡、溶解氧濃度）對系統(tǒng)的影響；2、加深對活性污泥生化反應(yīng)動力學(xué)基本概念的理解；3、 掌握生化反應(yīng)動力學(xué)系數(shù) K、Ks、Vmax、丫、Kd、a、b等的測定。二、實驗原理活性污泥好氧生物處理是指在有氧參與的條件下， 微生物降解污水中的有機(jī) 物。整個過程包括微生物的生長、有機(jī)底物降解和氧的消耗，整個過程變化規(guī)律 如何正是活性污泥生化反應(yīng)動力學(xué)研究的內(nèi)容， 活性污泥生化反應(yīng)動力學(xué)內(nèi)容包 括：（1）底物的降解速度與有機(jī)底物濃度、活性污泥微生物量之間的關(guān)系；（2）活性污泥微生物的增殖速度與有機(jī)底

2、物濃度、活性污泥微生物量之間 的關(guān)系；（3）有機(jī)底物降解與氧需。1、底物降解動力學(xué)方程Monod方程：dSS/八Vmax（ 1）dtKs 十 SVmax有機(jī)底物最大比降解速度，Ks飽和常數(shù)，在穩(wěn)定條件下，對完全混合活性污泥系統(tǒng)中的有機(jī)底物進(jìn)行物料平衡：整理后，得于是有dSSoQ RQSe-(Q RQ)Se V 0 dtQ(So _Se) dSV - dtQ(So - Se) So - SeSVmax 一XVXtKs S(2)(3)(4)-# -# -而 Q（So - Se） = S° - Se =卩 / m，F(xiàn)/M 為污泥負(fù)荷。 XVXt完全混合曝氣池中S=Se,所以（4）式整理后可

3、得Ks(5)So-Se Vmax Se VmaxXt（5）式為一條直線方程，以 為橫坐標(biāo)，So_ Se （污泥負(fù)荷）為縱坐標(biāo)，直SeXt線的斜率為，截距為,可分別求得Vmax、Ks。VmaxVmax又因為在低底物濃度條件下，SevvKs，所以有(6)dSSeSe-一 =VmaxV max 一 = K SedtKs SeKs即So_Se = k se（7）Xt以Se為橫坐標(biāo)，So 一"（污泥負(fù)荷）為縱坐標(biāo)，可求得直線斜率 K。Xt2、活性污泥微生物增殖動力學(xué)方程活性污泥微生物增殖的基本方程式：=Y d-Kd Xv（8）dt dtY活性污泥微生物產(chǎn)率系數(shù)Kd-活性污泥微生物的自身氧化率X

4、v -混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，MLVSS活性污泥微生物每日在曝氣池內(nèi)的凈增殖量為：X 二 Y （Sa - Se） Q - Kd V Xv（9）將上式各項除以XvV，得*YQe）_Kd（ 10Xv VXv V而 Q（So _Se） = F / MrXvVF/Mr污泥去除負(fù)荷以 X為縱軸，以Q（So 一Se）（污泥去除負(fù)荷）為橫軸，直線斜率為 丫值，Kd Xv VXvV為縱軸截距。由下式求定:（11）3、有機(jī)底物降解與氧需方程 在曝氣池內(nèi)，活性污泥微生物對有機(jī)物氧化分解過程的需氧率和其本身在內(nèi)源代 謝的自身氧化過程都是耗氧過程。這兩部分氧化過程所需要的氧量，02 =aQ（So - Se） bVX

5、v02混合液需氧量a活性污泥微生物對有機(jī)污染物氧化分解過程的需氧率b活性污泥微生物通過內(nèi)源代謝的自身氧化過程的需氧率（02 Q（So Se）丄，abVXvVXv以Q（So -Se）（污泥去除負(fù)荷）為橫坐標(biāo)、-02為縱坐標(biāo)，可求得a,b值。VXvVXv三、實驗設(shè)備1、帶有擋板的完全混合式曝氣沉淀池2、空氣壓縮機(jī)3、原水箱4、泵5、空氣擴(kuò)散管四、實驗步驟1、進(jìn)入實驗后，會出現(xiàn) 登錄”對話框，請認(rèn)真填寫班級、姓名、學(xué)號三項內(nèi)容， 它們將被記錄到實驗報告文件當(dāng)中。同時還可以選擇實驗內(nèi)容，選 不測定耗氧速度”，則實驗過程中溶解氧濃度穩(wěn)定 在2.0mg/l，且不需要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)閥來適應(yīng)活性污泥微生物變化

6、引起的需氧 量的變化，減少實驗操作，簡化實驗內(nèi)容。2、打開原水進(jìn)水閥，彈出進(jìn)水閥調(diào)節(jié)面板，調(diào)節(jié)閥的開度，向曝氣沉淀池中注入 原水。3、點(diǎn)污泥接種圖向曝氣池中接入培養(yǎng)好的污泥。4、點(diǎn)擊壓縮空氣調(diào)節(jié)閥，并調(diào)整閥門開度，向曝氣池中輸入氧氣。5、點(diǎn)擊回流擋板高度調(diào)節(jié)的上下按鈕，調(diào)節(jié)擋板高度，使沉淀池中的污泥回流到曝氣池，以保持實驗過程中曝氣池中活性污泥微生物濃度（MLSS ）穩(wěn)定（1300-3000mg/l）。6、點(diǎn)擊剩余污泥排放閥，調(diào)節(jié)閥門開度，以調(diào)整泥齡保持在一定的范圍（5-15天）。7、觀察右邊的數(shù)據(jù)，并不斷調(diào)整溶解氧濃度（Do）、活性污泥微生物濃度（MLSS）、 泥齡（SRT）、污泥負(fù)荷（F/

7、M），待其穩(wěn)定后，開始記錄數(shù)據(jù)。&點(diǎn)擊原水BOD調(diào)節(jié)的上下按鈕來調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)或者點(diǎn)擊原水進(jìn)水閥門來調(diào)節(jié) 水量，以改變不同的污泥負(fù)荷（0.2-1.2）。9、調(diào)整溶解氧濃度（Do）、活性污泥微生物濃度（MLSS），使其穩(wěn)定在上一次 測定值，改變泥齡（SRT）、污泥負(fù)荷（F/M），待其穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)。10、記錄四組數(shù)據(jù)，實驗完畢。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1、實驗數(shù)據(jù)：Qr(l/d)Qv(l/d)So Ug/1)X(mg/1)Xv(mg/1)02Do (in/1)F/jBSVIV(l)SRI (d)2、計算結(jié)果:t (td)CSo-Se)/tt3!<So-Se)Z15?VdK/XvV1/

8、SeKt/(So-Se)02Av73、底物降解與底物濃度曲線:1.213&.4.20 C、11111J0204060801001204、活性污泥增長曲線:di/CXv+v).6 -.5-.4-.3 -.2 IIQ 侶 D-血)/XvV.8 1 1.2.1 -0 <|13,2.45、底物降解曲線:X*T/(So-Se)2.52 -L5 -1 -.& -01111111低0. 02.04.06.081.126、耗氧速度曲線：麗4.2LLLIII .2.4.6.811.2Q3-災(zāi)）隔六、注意事項1、 實驗過程中，要終保持溶解氧濃度（Do）保持在2.0mg/l左右；2、在保持活性

9、污泥微生物濃度（MLSS）（1300-3000mg/l）穩(wěn)定的情況下，測定不同 的污泥負(fù)荷（F/M）時的各項參數(shù)。MLSS的穩(wěn)定靠溶解氧、回流比和泥齡的調(diào)節(jié) 來實現(xiàn)。注意排泥流量，保持泥齡（SRT）在5-15天，污泥負(fù)荷越高，增長的污泥 越多，排泥量越大，泥齡也越短。實驗七活性污泥法污水處理活性污泥法在我國，以至在全世界仍然是污水處理的主體工藝之一。近幾 十年來在活性污泥法的反應(yīng)理論、凈化功能、運(yùn)行方式、工藝系統(tǒng)方面均取得了 迅速發(fā)展，在工藝設(shè)計時需要進(jìn)行方案的選擇和優(yōu)化。如果缺乏同類設(shè)計參考， 隨著原水水質(zhì)、控制目標(biāo)、運(yùn)行方式的變化，需要通過可行性實驗獲得設(shè)計參數(shù)。 這種實驗工作除了通水流程

10、和實驗裝置的建設(shè)外，還有物理、化學(xué)和生物指標(biāo)的 分析工作?；钚晕勰喾ㄌ幚砉に嚨墓に噮?shù)和環(huán)境參數(shù)多， 每個子環(huán)節(jié)相互影響, 達(dá)到穩(wěn)定的響應(yīng)時間長，給實驗教學(xué)活動造成極大的困難。通過本虛擬實驗的實 施，可以通過計算機(jī)仿真，掌握活性污泥和其它生化處理方法可行性實驗的實驗 方法。其中的相應(yīng)模塊也可以在設(shè)計簡化計算和比較方案?；钚晕勰喾ㄌ摂M儀器操作流程圖5.2為一般活性污泥法處理污水的工藝流程簡圖。圖 5.3為仿真運(yùn)行的 操作流程框圖。活性污泥法污水處理虛擬儀器面板如圖 5.4所示。圖中以粉紅底 色顯示的數(shù)值為控制量，以綠色為底色顯示的數(shù)值為讀出量。回涼污泥圖5.3活性污泥仿真實驗的操作流程框圖首先設(shè)

11、定進(jìn)水流量和進(jìn)水BOD濃度mg/L;設(shè)計曝氣池池體尺寸：池長、池寬 和池深；設(shè)計二沉池的容積，設(shè)定SVI和運(yùn)行水溫。開風(fēng)機(jī)，控制閥門開啟程度， 供氣量由儀表讀出?？刂苹亓鞅龋瑢?yīng)曝氣池中生化反應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)隨上述控制 量的變化而改變。虛擬儀器顯示出回流污泥濃度，曝氣池中活性污泥濃度，溶解 氧濃度等。與此同時，在設(shè)計和運(yùn)行管理中最關(guān)心的曝氣池運(yùn)行參數(shù)，也在儀表上讀出，它們是：停留時間、容積負(fù)荷、污泥負(fù)荷、污泥齡和去除率等。虛擬儀 器還以動態(tài)圖形描繪了出水BOD濃度的時間曲線。為了提高效率，運(yùn)行的速度較快；操作者可以按下紀(jì)錄儀上的暫停鍵來贏得讀數(shù)和改變控制量的時間。需要指出的是這里顯示的污泥齡是全池

12、微生物總量與該瞬時反應(yīng)時微生物凈增量的比 值，如果微生物凈增為負(fù)值，污泥齡也顯示負(fù)值，預(yù)示著泥量的減少，需要通過 調(diào)整其他參數(shù)，才能正常地連續(xù)運(yùn)行。污泥齡就有了參考意義。圖5.4活性污泥法處理污水的虛擬儀器面板圖活性污泥法處理污水的監(jiān)測臺帳污水處理廠的監(jiān)測臺帳是指按照時間順序?qū)ΡO(jiān)測結(jié)果建立的日常工作紀(jì)錄 表。根據(jù)不同的運(yùn)行條件和處理情況，紀(jì)錄的項目會有所不同。例如焦化廢水要測定進(jìn)出水的酚和氰，深度處理的污水廠要測定氨氮等。使用虛擬實驗完成活性 污泥法處理污水的監(jiān)測臺帳。例5.1用仿真實驗建立活性污泥法污水處理的監(jiān)測臺帳設(shè)某活性污泥法污水處理廠的水處理設(shè)施為池長=80m寬=6m,深=3.4m；開

13、啟1#風(fēng)機(jī)，控制閥門開啟程度為 0.45,讀出供氣量 45 M3/min ;回流比=0.36， 二沉池的容積=220 M3, SVI=120,運(yùn)行水溫=22C，將進(jìn)水BOD&度儀表量程設(shè) 置為600 mg/L。設(shè)建立監(jiān)測臺帳的工作從 2003年7月1日至15日，每天早9: 00進(jìn)行測定；仿真實驗開始后，系統(tǒng)即處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，按下暫停（Pause）鍵，在儀表盤上設(shè)置進(jìn)水BOD&度和進(jìn)水流量，釋放暫停鍵，直至水處理設(shè)施運(yùn) 行24小時以后，按下暫停鍵，在在儀表盤讀出出水情況和監(jiān)測臺帳中的相應(yīng)項 目，重新設(shè)置進(jìn)水BOD濃度和進(jìn)水流量，然后釋放暫停鍵運(yùn)行。 獲得如表5.1所 示的監(jiān)測臺

14、帳。根據(jù)監(jiān)測臺帳繪制時間序列圖，并觀察水處理設(shè)施的運(yùn)行狀況是 運(yùn)行管理的經(jīng)常性工作，圖5.5和圖5.6分別是進(jìn)出水情況和處理效果的時間序 列圖。表5.1活性污泥法處理污水的監(jiān)測臺帳宀0 r*-404喇腿圣甥o o O0 5 0 02 1 1 s O6期日圖5.5進(jìn)水情況時間序列圖骨口， 序號日期進(jìn)水流 量M3/h進(jìn)水BOD mg/L出水BOD mg/L活性污 泥g/L回流污 泥g/L溶解氧mg/L12003-7-19751247.463.2611.582.7222003-7-210555657.323.0910.752.4432003-7-311253357.622.769.452.81420

15、03-7-411042543.792.528.833.8752003-7-511029631.902.137.665.2462003-7-612545053.012.056.803.9772003-7-711046748.592.568.853.5582003-7-812552563.332.297.563.1192003-7-910951253.382.769.503.03102003-7-108555045.883.8614.032.10112003-7-1111048750.322.789.693.13122003-7-1212048755.402.327.793.47132003-7-

16、1312544652.442.056.843.99142003-7-1412546054.282.076.873.86152003-7-1511044145.612.538.803.762)Oo o o W1 3 6 S日圖5.6出水情況和去除率的時間序列圖活性污泥可控工藝參數(shù)的影響實驗活性污泥污水處理具有許多可控工藝參數(shù)，例如：曝氣池的池體尺寸、二沉 池的容積、SVI、運(yùn)行水溫、回流比、進(jìn)水 BOD&度、風(fēng)機(jī)和控制閥門等每個控 制參數(shù)都會影響水處理的結(jié)果。在此僅舉2例說明。例5.2用仿真實驗考察進(jìn)水流量對活性污泥法的影響保持污水處理廠的水處理設(shè)施，池長 =80m寬=6m,深=3.4m

17、；供氣量45 M3/min； 回流比=0.36，二沉池的容積=220 M3, SVI=120,運(yùn)行水溫=22C不變，設(shè)進(jìn)水 BOD濃度保持為400 mg/L,考察進(jìn)水流量從80改變至240 M3/h時對活性污泥法 污水處理的影響。在相應(yīng)對話框內(nèi)輸入上述值，用類似例5.1的方法獲得仿真實 驗記錄表如表5.2。繪制進(jìn)水流量對應(yīng)活性污泥濃度、回流污泥濃度和池中溶解 氧濃度的影響如圖5.7所示。表5.2進(jìn)水流量對活性污泥法污水處理的影響實驗記錄序號進(jìn)水流量M3/h出水BOD mg/L活性污泥g/L回流污泥g/L溶解氧mg/L去除率18029.913.8014.303.0792.5210037.202.

18、9310.613.7390.7312045.042.117.214.3688.7414052.771.524.854.7186.8516059.991.193.544.7485.0618067.031.002.784.6183.2720073.980.952.614.3281.5822081.160.912.474.0479.7924088.610.882.353.7777.8圖5.7水量對活性污泥、溶解氧和回流污泥濃度的影響例5.3用仿真實驗考察運(yùn)行水溫對活性污泥法污水處理的影響使用例5.2數(shù)據(jù)，設(shè)定進(jìn)水流量120 M3/h,進(jìn)水BOD濃度分別為400和200 mg/L考察運(yùn)行水溫從10C改

19、變至30C時對活性污泥法污水處理的影響。解：輸入相應(yīng)值，用類似例5.2方法獲得仿真實驗記錄表如表5.3。繪制水 溫改變對活性污泥處理效果的影響如圖 5.8所示。水溫的改變會從微生物的反應(yīng) 速度和充氧能力兩方面影響活性污泥處理效果，最后表現(xiàn)的是綜合結(jié)果。由實驗數(shù)據(jù)看出，水溫的升高有利于提高活性污泥的處理效果，且這種影響在程度上與BOD進(jìn)水濃度有關(guān)。表5.3水溫改變對活性污泥法影響實驗記錄表序號水溫C進(jìn)水BOD mg/L出水BOD mg/L活性污泥g/L回流污泥g/L溶解氧mg/L去除率%11040053.462.026.895.3486.6421840047.072.046.964.6988.2

20、332640044.722.056.984.2788.8243040044.322.056.994.0688.9251020033.721.274.528.5483.1461820028.551.34.597.3585.7373020025.971.314.646.0687.02o 8 7 6 5 4 3 2 昧鮒蜒4120圖5.8水溫改變對活性污泥處理效果的影響水處理動力學(xué)參數(shù)測定實驗在一定的運(yùn)行條件下，活性污泥法污水處理的動力學(xué)參數(shù) k2,vmax,Ks，是 個常數(shù)。一般根據(jù)污水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)或?qū)嶒炇疫B續(xù)流實驗數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析獲得。 使用獲得實驗結(jié)果監(jiān)測臺帳表 5.1?？疾欤?12 -# -根據(jù)監(jiān)測臺帳的原始數(shù)據(jù)，加以進(jìn)一步運(yùn)算獲得表 5.4，將1/Se看作自變 量x ；將XT/(SO-Se) 看作因變量y ;對所獲得的15組樣本值進(jìn)行線性回歸的 統(tǒng)計分析，回歸結(jié)果為XTbi并可進(jìn)一步求得vmax = 0.073 (1/h) = 1.75 (1/d)k2 = 0.00546 1/(d.mg/L)Ks=3855X 0.073 = 282 mg/L而相關(guān)系數(shù)R = 0.606 ;根據(jù)相關(guān)系數(shù)檢驗表，對于a =0.05的顯著性水平 有R0.05 = 0.514，說明回歸結(jié)果在5%置信度下可