水污染控制工程11-基本概念

Tongji第十一Tongji

第一節(jié)概Nofreelunchforthebugs,Nofreelunchforuseither.Letusservethebugsbeforebugsserveusbetter.Tongji

第一節(jié)概著的污水中有機(jī)性及無機(jī)性物質(zhì)組成的、有一定生命的、具有良好的Tongji

第一節(jié)概Tongji

第一節(jié)概曝氣池混合（濃度3000mg/L，含水

剩余污泥排（濃度8000mg/L，含水

剩余污泥濃（濃度40g/L，含水脫水泥（含固25%，含水

厭氧發(fā)酵后污（含固10%，含水

干化污（含固45%，含水Tongji

第一節(jié)概灰制作建筑材料Tongji

第一節(jié)概根據(jù)微生物根據(jù)微生物的生長(zhǎng)環(huán)境和生化反應(yīng)的最終電子

暫時(shí)：生物除磷暫時(shí)：生物除磷

第一節(jié)概通過適當(dāng)?shù)姆绞?/p>

FBBR結(jié)合FBBR兼性：厭氧水解厭氧兼性：厭氧水解厭氧生物處理完全：厭氧消化種載種載體上并形生物

微生物生長(zhǎng)在Tongji

微生物的新陳合成代謝：通過一系列的生化反應(yīng)，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)為復(fù)雜的細(xì)胞成分，機(jī)體制造自Tongji

底物降解分解代合成代(同化作用

復(fù)雜物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)(異化作用釋(異化作用能量代 物質(zhì)代吸收能簡(jiǎn)單物質(zhì)合成為復(fù)雜物質(zhì)Tongji

能量循環(huán)：三磷酸腺苷ATP(AdenosineAMP+￣P→ADP+￣P

熱能釋Tongji

微生物的呼Tongji

好氧呼電子交給中間好氧呼

釋放電子交給電子載體逐步傳遞給電子微生微生最終電子受體是NO3–NO2–SO42-Tongji

缺氧呼指電子供體（供氫體）和電子受體（受氫體）都是有機(jī)化合物的生物氧化作用的產(chǎn)物，最終受氫體無需外加，就是供氫體的分解產(chǎn)物（有機(jī)物缺氧呼發(fā)酵在厭氧生物處理過程中起重要作用，常見類型有丙酸型發(fā)酵和丁酸型發(fā)酵，發(fā)酵過程中只有部分有機(jī)物被氧化，釋放的自由能較少，故厭氧微生物在進(jìn)行生命活動(dòng)過程中，為了滿足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。例如葡萄糖發(fā)酵的過程：CC6H12O62CH3COCOO 4[H2CH3 2CO22CH34[H]2CH3 2CH3CH2總反應(yīng)式 C6H12O62CH3CH2 2CO292.0Tongji好氧呼吸是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入好氧微生物細(xì)胞有分子氧參與的生物氧化，底物中的氫被脫氫酶活化，并從底物中脫出交給輔酶（遞氫體）放出電子，氧化酶利用底物放出的電子激活游離氧，活化氧和從底物中脫出的氫結(jié)合成水。NAD(P)

HNAD(P)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸好氧呼吸過程實(shí)質(zhì)上是脫氫和氧活化相結(jié)放出能量依好氧微生物的類型不同，被其氧化的底氧呼吸有異養(yǎng)型微生物和自養(yǎng)型微生物兩種Tongji

CCHON14O 11CO13HO 能 2224），C6H12O66O26CO26H2OTongji自養(yǎng)型微生物以無機(jī)物為底物（電子供體），利用能量合成有機(jī)物質(zhì)。光能自養(yǎng)微生物需要陽光或燈光作能源，依靠體內(nèi)的光合作用色素合成有機(jī)物?；?/p>

化能自養(yǎng)微生物不具備色素，不能進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物所需的能量來自氧 NH+、HS等無機(jī) H2S2O2H2SO4

道存在該式所示的生化生物脫氮工藝中的氨氮Tongji

NH2ONO2HHO能423224[H]4NONH2ONO2HHO能423224[H]4NO2N12H322 在反硝化作用中，電子受體為NO3-可用下式C6H12O66H2O6CO224[H總反應(yīng)C6H12O64NO6CO26H2O2N 在缺氧呼吸過程中，電子供體3和電子受體之間也需要2并伴隨有磷酸化作用（反硝化除磷），底物可被徹底氧化，能量得以分級(jí)釋放，故缺氧呼吸也產(chǎn)生較多的能量用于生命活動(dòng)。但由于有些能量隨著電子轉(zhuǎn)移至最終受氫體中，故釋放的能量不如好氧呼吸的多。Tongji

呼吸方電子受化學(xué)反應(yīng)能量利用率C6H12O6+6O2→ C6H12O6+4NO3-→ 能量利用率C6H12O6Tongji

好氧生物處理是在有分子氧存在的條件下，利用好氧微生物（包括兼性微生物）降解有機(jī)污染物，氧化無機(jī)底物，使其穩(wěn)定、的處理方法。微生物利用污水中存在的有機(jī)污染物（以溶解狀與膠體狀的為主），作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。這些高能位的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來，達(dá)到的要求，以便返回自然環(huán)境或進(jìn)一步處置。好氧生物處理過程中有機(jī)物轉(zhuǎn)化示意Tongji

好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故Tongji

在沒有分子態(tài)及化合態(tài)氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化合物，同時(shí)釋放能量。有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分為三部分進(jìn)行：部分轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸、醇、CH4等，可以再利用；還有部分被分解為CO2、H2O、NH3、H2S等無機(jī)物，并為細(xì)胞合成提供能量；少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化、合成為新的原生質(zhì)的組成部分。由于僅少量有機(jī)物用于合成，故相對(duì)于好氧生物處理法，其污泥增長(zhǎng)率小得多。厭氧生物處理過程中有機(jī)物轉(zhuǎn)化示意Tongji

還具有剩余污泥量少，可回收能量（CH4）等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，微生物對(duì)環(huán)境條件要求較高，處理構(gòu)筑物容積大等。為維持較高的反應(yīng)速度，一般需維持較高的溫度，反應(yīng)器本身會(huì)消耗能源。對(duì)于有機(jī)污泥和高濃度有機(jī)廢水（一般BO≥2000mg/L）可采用厭氧生物處理法。Tongji

（一）生物法Tongji氨化反應(yīng)

有少數(shù)的氨態(tài)氮如N3及NH+等。4生氨的過程稱為氨化作用，很多RCHNHRCHNH2COOHH2ORCOHCOOHNHRCHNH2COOHO2RCOCOOHCO2NHTongji

硝化反菌菌2NH

3O2

2NO

4

2H2 耗氧耗氧2NO2O22NO耗氧硝酸菌2 323總式

NH 硝化菌NO2HH

G=- 3HNH2HCO 3H NH1.863O0.098CO化細(xì)菌0.0196CHNO+0.98NO0.0941H 硝硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低，對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感。溫度溶解氧，污泥齡，堿度、pH，有機(jī)負(fù)荷等都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響Tongji

硝化過程的影響硝化菌為了獲得足夠的能量用于生長(zhǎng)，必須氧化大量的NH4+和NO2-，氧是硝化反應(yīng)的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧含量的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，在硝化反應(yīng)的曝氣池內(nèi)，溶解氧含量不得低于1mg/L，多數(shù)學(xué)者建議溶解氧應(yīng)保持在.2￣2.0mg/l。在硝化反應(yīng)過程中，釋放H+離子，使pH值下降，硝化菌對(duì)pH值的變化十分敏感，為保持適宜的pH值，應(yīng)當(dāng)在污水中保持足夠的堿度，以調(diào)節(jié)pH值的變化，lg氨態(tài)氮（以N計(jì)）完全硝化，需堿度（以aC3計(jì)）7.14gpH控制：硝化反應(yīng)的pH范圍為5.5～0.0，適宜pH為6.5～9.0，其中，亞硝酸細(xì)菌適宜pH范圍7.0～8.5，在pH8.0附近活性最高，硝酸細(xì)菌適宜pH為6.5～7.5，在pH7.0附近硝酸鹽產(chǎn)生速率最大。pH大于7.4時(shí)，亞硝酸鹽的占產(chǎn)物的比例可以高于90%。Tongji

NHNH2HCO2ONO2CO3H432322Tongji

物質(zhì)還有：高濃度的NH+-N、高濃度的NO-N Tongji

3CO23HO

5CO27HO(NO)和亞(NO)和亞3酸鹽氮23- 2CHOH 2CO4H3)222反硝化菌屬兼性異氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2呼吸；在無氧而有NO-或NO-存在時(shí)，則以NO-或NO-3232NONONONO Tongji

33NO14CH3OHCO23H3

N 同同化與異化反硝化：約95％的N3-N經(jīng)異化過程原，5％經(jīng)同化過程合成微生物同化反硝同化反硝同化及異化反硝

2NH2NH 2H223N N 22H22232H22H2--異異化反硝5.反硝5.反硝化過程的影響

O，Tongji

反硝化過程的影響因0.5以下。Tongji

原水中含有的有機(jī)碳碳物質(zhì)及 的有機(jī)物或在在反硝化反應(yīng)中最大的問題是碳濃度，就是污水中可用于反硝化的有機(jī)碳的多其可生化程度城市污水作為碳源時(shí)得到三種反硝城市污水作為碳源時(shí)得到三種反硝分別為分別為N3Tongji何何紅娟：低濃度城市污水容積反硝化速率5.65，1.60，0.34單位O3Tongji

一步脫氮短程硝化-反硝化 加碳源反硝化同時(shí)硝化-反硝化加碳源反硝化現(xiàn)硝化-亞硝 Tongji

有機(jī)有機(jī)（蛋白質(zhì)、尿素、含氮化合物等

細(xì)菌自溶和自（NH4+-

有機(jī)沉淀污泥絮有機(jī)（沉淀污泥絮有機(jī)（細(xì)菌凈增長(zhǎng)好氧自養(yǎng)1氮2氧產(chǎn)

亞硝

1氮0.75氧產(chǎn)

氮氮亞硝態(tài)（NO2--反硝化亞硝態(tài)（NO2--反硝化（兼性異養(yǎng) 有機(jī)碳 產(chǎn)生堿6氮3甲自 硝

（NO3--反（NO3--

氮（N2、節(jié)氮（N2、有機(jī)碳6氮5甲

產(chǎn)生堿亞硝酸鹽反硝化產(chǎn)生堿Tongji

NO氧化狀氧化狀---

固

NH3，Org-

硝

NO2Tongji

氧化狀氧化狀---

反硝亞硝鹽反固

NO2NH3，Org-2

硝氨氧Tongji

氧化狀氧化狀

反亞硝鹽反

硝2NO20---

厭氧氨氧固N(yùn)H3，Org-

部分亞硝Tongji

厭氧氨氧化荷蘭Delft大學(xué)發(fā)現(xiàn)，可與中溫亞硝化聯(lián)用，或Demon、SNAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)：厭氧氨氧化（ANAMMOX:ANaerobicAMMoniumOXidation）指在厭氧或缺氧條件下，氨氮以亞硝酸鹽氮作為電子受體直接被氧化為氮?dú)獾倪^程：N+NON2O1H32O+0.66C3.2+6NO+C0.50.15+.H中溫亞硝化（SHARON:SinglereactorforHighactivityAmmoniumRemovalOverNitrite）主要利用了溫度高有利于亞硝化細(xì)菌增殖這一特ANAMMOX工藝的關(guān)鍵是控制氨氮的亞Tongji

Anammoxprocessisoneofthehigh-efficientbiotechnologiesforammoniumremoval. NH4++2.0O2→NO3-+H2O+ Savingoxygenandalkalinityby62.5%and50%6NO2-+6NH4+→ SavingmethanolbyTongji（二）生物除一般城市污水水質(zhì)與排放要求進(jìn)水水質(zhì)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)一級(jí)+TKN(NH4-Tongji

NH-300－150－200－FirstclassFirstclass8（Second25（3Third—5Water5Dry—5—Class3Class3Class4/Class6Class典型污水水污水廠排放標(biāo)回灌GB5084-沖地表 CODmn：10

Drinking Detailsfor106items(106項(xiàng)指標(biāo)Tongji

如何處理以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)投加化學(xué)藥劑除磷；傳統(tǒng)同化吸 生物強(qiáng)化除 化學(xué)藥劑除Tongji

0.015工藝可以使得系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占到干重5％～Tongji

Tongji

Tongji

生物除磷厭氧環(huán) 好氧環(huán)境：好氧吸有機(jī)基 缺氧環(huán)境：反硝化除P 聚聚 聚 聚PAOsor PAOsorTongji

異養(yǎng)菌同化作用聚磷菌強(qiáng)化生物除磷Tongji

①氧化還原電位：Barnard、Shapiro等人研究發(fā)現(xiàn)，在批式-Tongji

1995年發(fā)展的Tongji

Tongji

Tongji

TongjiTongji進(jìn)水磷濃度10mg/L時(shí)，SRT和BODL的去除率對(duì)出水磷濃度的BODL的去污泥齡（天出水PO4—P濃度80Tongji

TongjiTongjiTongji

（三）輔助化學(xué)除化學(xué)除磷是通過向污水中投加無機(jī)金屬鹽藥劑，其與污水中溶解性的磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，這一過程涉及相轉(zhuǎn)移過程?；瘜W(xué)除磷過程污水中進(jìn)行的不僅僅是沉析反應(yīng)，同時(shí)還進(jìn)行化學(xué)絮凝反應(yīng)。沉析用于污水中溶解性磷的去除，而絮凝則用于改善沉淀池的沉淀效果?；瘜W(xué)除磷藥劑：高價(jià)金屬鹽藥劑，氫氧化鈣（熟石灰Al3PO3AlPO Al33OH

競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng) PO3FePO Fe33OH Ca(OH)2除磷要求pH值8.5以上5Ca23PO3OHCa(PO)OH 4Tongji

（三）輔助化學(xué)化學(xué)除磷的加藥點(diǎn)：一級(jí)處 二級(jí)處進(jìn)沉砂

初沉初沉

多點(diǎn)進(jìn)

好氧混合液好氧混合液回好氧池

預(yù)缺

回流污曝氣池混

二沉 二沉配水回流初沉污前加（前沉淀

好氧

后缺氧

后好氧生化系統(tǒng)加藥（共沉淀

二沉

剩余污

二沉Tongji

微生物的生長(zhǎng)規(guī)微生物的生長(zhǎng)規(guī)律一般是以生長(zhǎng)曲線來反映按微生物生長(zhǎng)速率，其生長(zhǎng)可分為四個(gè)生長(zhǎng)期停滯期（調(diào)整期對(duì)數(shù)期（生長(zhǎng)旺盛期靜止期（平衡期衰老期（衰亡期Tongji停滯對(duì)對(duì)數(shù)Tongji

靜止衰老Tongji

在廢水生物處理中，微生物是一個(gè)混合群體，它們也有一定的生長(zhǎng)規(guī)律。有機(jī)物多時(shí)，以有機(jī)物為食料的細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，數(shù)量最多；當(dāng)細(xì)菌很多時(shí)，出現(xiàn)以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物；而后出現(xiàn)以細(xì)菌及原生動(dòng)物為食料的后生動(dòng)物，如圖所示。體，其生長(zhǎng)受廢水性質(zhì)、濃度、水溫、pH、溶解氧等多種環(huán)境因素的影響，因此，在處理構(gòu)筑物中通常僅出現(xiàn)生長(zhǎng)曲線中的某一、二個(gè)階段。處于不同階段時(shí)的污泥，其特性又有很大的區(qū)Tongji

Tongji

境境T,,Tongji

連續(xù)流完全混合反應(yīng)器推流式反應(yīng)器Tongji

高負(fù)荷曝氣池回流污AB兩級(jí)處理工Tongji

生 pH 溶解氧素Tongji

微生物的組水

干物％％

有機(jī)無機(jī)

細(xì)胞分子式C57O2細(xì)胞分子式：C60H87O23N12P(考慮磷一般估算營(yíng)養(yǎng)比例：BOD∶N∶P＝100∶5Tongji

磷：核酸、磷脂、ATP轉(zhuǎn)化；硫：蛋白質(zhì)組成部分，好氧硫細(xì)菌能源；鉀：激活酶；鈣：穩(wěn)定細(xì)胞壁，激活酶；鎂：激活酶，葉綠素的重要組成部分 生長(zhǎng)因素氨基酸蛋白質(zhì)生素等Tongji

此溫度范圍，可分為最低生長(zhǎng)溫度、最高生長(zhǎng)溫度和最適生長(zhǎng)溫度（是指微生物生長(zhǎng)速度最高時(shí)溫度）。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可此溫度范圍，可分為最低生長(zhǎng)溫度、最高生長(zhǎng)溫度和最適生長(zhǎng)溫度（是指微生物生長(zhǎng)速度最高時(shí)溫度）。依微生物適應(yīng)的溫度范圍，微生物可以分為中溫性（0℃～℃）、嗜熱性（高溫性）（℃以上）和好冷性（低溫性）（0℃以下）三類。當(dāng)溫度超過最高生長(zhǎng)溫度時(shí)，會(huì)使微生物的蛋白質(zhì)迅速變性及酶系統(tǒng)遭到破壞而失活，嚴(yán)重者可使微生物 。低溫會(huì)使微生物代謝 降低，進(jìn)而處于生長(zhǎng)繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。 生 pH 溶解氧素

約為5℃～80℃。Tongji

微生物的生長(zhǎng)環(huán)值適應(yīng)范圍是在4～10之間大多數(shù)細(xì)菌適宜中性和偏堿性6.5～7.5）的環(huán)境當(dāng)廢水的H值變化較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池，使進(jìn)入反應(yīng)器（如曝氣池）的廢水，保持在合適的H生 pH 溶解氧素Tongji

微生物的生長(zhǎng)環(huán) 生物生

1 pH的 溶解氧因 有毒物

vv/0

vvmax

Tongji

微生物的生長(zhǎng)環(huán) 生 pH 溶解氧素Tongji

第四反應(yīng)速率和Tongji

SequencingBatchTongji

連續(xù)流完全混合反應(yīng)器Tongji

推流式反應(yīng)器Tongji

串聯(lián)完全混合反應(yīng)器Tongji

反應(yīng)器類填料床反應(yīng)器滴濾池，TricklingTongji

反應(yīng)器類填 向流反應(yīng)TongjiBiologicalAeratedTongji

Tongji

反應(yīng)器類膨脹床或流化床反應(yīng)器Tongji

流化床反應(yīng)器（FluidizedBedReactor,FBR）Tongji反應(yīng)器類Tongji封閉環(huán)流式（CloseLoopReactor，CLR）封閉環(huán)流式反應(yīng)池結(jié)合了推流和完全混合兩種流態(tài)的特點(diǎn)，污水進(jìn)入反應(yīng)池后，在曝氣設(shè)備的作用下被快速、均勻地與反應(yīng)器中混合液進(jìn)行混合，混合后的水在封閉的溝渠中循環(huán)流動(dòng)。循環(huán)流動(dòng)流速一般為0.25～0.35m/s，完成一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間為10～20min。由于污水在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間為10～24h，因此，污水在這個(gè)停留時(shí)間內(nèi)會(huì)完成30～200次循環(huán)。封閉環(huán)流式反應(yīng)池在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)推流式，而在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)則呈現(xiàn)完全混合特征，兩種流從而提高了反應(yīng)器的緩沖能力。Tongji（ClosedLoopReactor,CLRTongji

反應(yīng)熱力學(xué)關(guān)注反應(yīng)能否進(jìn)行，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)關(guān)注反應(yīng)進(jìn)行生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)單一體系微生物增長(zhǎng)速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面單一底物降解速率與底物濃度、生物量、環(huán)境因素等方面復(fù)雜體系中底物降解及微生物增反應(yīng)機(jī)理研究，從反應(yīng)物過度到產(chǎn)物所經(jīng)Tongji

反應(yīng)速在生化反應(yīng)中，反應(yīng)速度是指單位時(shí)間里底物的減少量、最終產(chǎn)物的增加量或細(xì)胞的增加量。在廢水生物處理中，是以單位時(shí)間里底物的減少或微生物的增加量來表示生化反應(yīng)速度。右圖的生化反應(yīng)可以用下式表SYXZ即式中：反應(yīng)系解的底物）

又稱產(chǎn)率系數(shù)，mg（生物量）/mg（Tongji

ddd dS1dXYY-dXdS反應(yīng)級(jí)反應(yīng)速度與一種反應(yīng)物A反應(yīng)級(jí)反應(yīng)速度與二種反應(yīng)物A、B的濃度SA、SB成正比時(shí)，或與一種反應(yīng)物的濃度SA的平AS2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。B反應(yīng)速度與SA·S2成正比時(shí)，稱這種反應(yīng)為三級(jí)反應(yīng)；也可稱這種反應(yīng)是A的一級(jí)反應(yīng)或B的二級(jí)反應(yīng)。B一般地 aA+bB→如果測(cè)得反應(yīng)速度：v＝/=ka·B+b=, Tongji

SYXZv-d[S][S

v-d[S]k[Slgvnlg[S]lgTongji

AvkS0A

-dSASASA0 Tongji

SASA 式中：v―t－反應(yīng)時(shí)間；k－反應(yīng)速度常數(shù)，受溫度影響。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物A的量增加時(shí)，k為正值；在廢水生物處理中，有機(jī)污染物逐漸減少，反應(yīng)常數(shù)為負(fù)值。Tongji

vvkS -dSAAAlg lgAkSAvkS2，-dSA2AA1 式中：v―反應(yīng)速度；－反應(yīng)時(shí)間k－反應(yīng)速度常數(shù)，受溫度影Tongji

Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解kk=Bekkt 21第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解動(dòng)力（第十二章第三節(jié)活性污泥法數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) v max m單一底物的降解與污泥活性污泥數(shù)學(xué)?；钚晕勰噙^程每個(gè)組分可能參與若干反應(yīng)過程，同一過程可能有多種組分同時(shí)參加：對(duì)于異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)過程，涉及的組分有可降解有機(jī)物量、溶解氧、氨氮、堿度等，而對(duì)于可生物降解有機(jī)物組分的反應(yīng)速率，則涉及顆粒有機(jī)物的水解、異養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)、異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)、細(xì)菌的衰減等過程。Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解反應(yīng)速率表達(dá)在一切生化反應(yīng)中，微生物的增長(zhǎng)是底物降解的結(jié)果，彼此之間存在著一個(gè)定量關(guān)系。如以dS（微反應(yīng)時(shí)段dt內(nèi)的底物消耗量）和dX（dt內(nèi)的微生物增長(zhǎng)量）的變化表示速率，有以下表達(dá)：dX/dS=Y，表示產(chǎn)率系數(shù)：－微生物增長(zhǎng)速 －底物降解速

－微生物比增長(zhǎng)

－底物比dX

YdX/dt dS/ SmaxksqSmaxksqmaxK Smaxs(dX Y(dS)KgudrXSqXYrs//XqTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解污泥泥齡污泥泥齡（），或稱生物固體停留時(shí)間（SolidsRetentionSRT）定義系統(tǒng)總污泥量：X故污泥齡可以表Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解2、Michaelis-Menten1913年 表示酶促反應(yīng)速度與底物濃度關(guān)系v

Km1942年 表示微生物比增長(zhǎng)速率與底物濃度關(guān)系c(c(X(X/Tc(QQ) Q

KSTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解、底物降解導(dǎo)致微生物增長(zhǎng)，利用底 而產(chǎn)生微生物增量 dXYq ks

另外常用有：Eckenfelder(1955年)、Mckinny(1961年)活性污泥法方Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解dXdX XdSdtX maxKsq maxksSmaxks Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解Monod常數(shù)或米氏常數(shù)的測(cè)定如何確定Monod方程KS（或米氏方程Km）？實(shí)驗(yàn)中即使用很高的底物濃度，也只能得到近似的μmax值，而達(dá)不到真正的μax值因而也測(cè)不到準(zhǔn)確的KS值，為了得到準(zhǔn)確的KS值，可以把onod方程的形式加以改變，使它成為直線方程式的形式，然后用圖解法定出KS值。目前，一般用的圖解求KS值法為L(zhǎng)neweaerBuk作圖法或稱雙倒數(shù)作圖法。此法先將Monod方程改寫成如下的形式，即：變 1 S μ圖中的直線。量取直線在兩坐標(biāo)軸上的截距/μa和/KS，就可以求出KS（或米氏方程Km）的值及μmax值 maxksMonod常數(shù)Monod常數(shù)或米氏常數(shù)的測(cè)定

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解二、單一底物降解與污泥增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型(Lawrence-McCarty模型1 dSdXdS進(jìn)水中微生物濃度近似認(rèn)X0全部可生物降解底物都處于溶解Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解 理）dX

dS二沉池中沒有微生二沉池泥水分離良好，沒有污泥積Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解2、物料衡算物料衡算就是根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行反應(yīng)器系統(tǒng)各種物質(zhì) 曝氣曝氣二沉回流污泥

出剩余污泥進(jìn)入物

單位時(shí) 排出物

單位時(shí) 消耗物

單位時(shí) 累積物Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解

Qw,X, X,

X,

Q-Xe,0rQ,Xr,

物料衡算Qw,Xr,Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解物料衡算兩個(gè)前提：入流微生物濃度=運(yùn)行處于X態(tài)，微生物沒有積累即：dt

V 對(duì)于系統(tǒng)的微生物，據(jù)物料衡算式：入流＝出流＋累積+消耗（-增長(zhǎng)增長(zhǎng)=出流Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解兩邊同除以

dX YdSKdt dt 兩邊除以d1dX Y1dSd

QXQ QXQQXdXVdXV0wwedta dtgdXV=QXQQXdtwwedX dXdXdt QXQQX=dXw dtdXYdSdtdtdXKdtd(QQw)XeQwXr1dXXdtTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解 (QQw)XeQwXrY1dS d

dtCd1Yqd

Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解勞－麥第一方程d1Yqd年勞倫斯Larn）和麥卡蒂M(fèi)Crty）（）： q rdS X

q q maxKSe1 qmaxdc SeTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解出水有機(jī)底物濃度與污泥齡的關(guān)1YqdCTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解反應(yīng)器活性污泥濃度與污泥齡的關(guān)e(SSe(SSdtdY1dS Xdt(QQw)XeQwXr0VQ0VQVYobsQ(S0SeX0eXYQ(SS0e

VYQ(S0Se1 qmax1 qmaxdc Se KS(1KdcecK)d1YQ(S0Se)dccVc

X(1KdcTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解污泥回流比r與污泥齡的關(guān)系（進(jìn)入和離開曝氣池微生物平衡因?yàn)?整理得二沉池運(yùn)行正常時(shí)（mL/g換算為Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解 0rVdXdtQX1r1dX dt X1Q1rrCVXRXr1XrrXXr對(duì)于完全混合曝氣池rQXrQXr1r則或Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解計(jì)算有機(jī)物降解速率

q max SSSt Sq Xqax X t x

qmaxTongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解(dXgY((dXgY(dS) ud(dXg(dSuY(dSuYdSKdtdu對(duì)比上述Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解合成產(chǎn)率Y、表觀產(chǎn)率obs與污泥齡的關(guān)系公式：兩邊除以 Y dt d

所以有qYYq由勞麥第一方程 1Yq 得到 q1qYYq Y dC代入上式

Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解1dS Q(S0Se Xdt YY(dSuYdSKdtdu Y1K dS Q(S0SedtVqmaxKSeQ(S0Se)qmaxSe KS 1Q(S0Seqmax S0X 1 Tongji

第五節(jié)微生物生長(zhǎng)與底物降解傳統(tǒng)水質(zhì)分析難以滿足模型分析和設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行細(xì)化分析和表征：組分 組分 總5日生化需氧氮溶解性5日生化需最終生化需氧有機(jī)不可生物降解的顆粒態(tài)有可生物降解的溶解性化學(xué)不可生物降解的溶解性有可生物降解的顆粒態(tài)化學(xué)不可生物降解的顆粒態(tài)化不可生物降解的揮發(fā)性懸不可生物降解的溶解性化Tongji

易可生物降解（溶解態(tài)慢速生物降解（顆粒態(tài)

揮發(fā)性脂肪酸復(fù)雜有機(jī)物膠體態(tài)顆粒態(tài)顆粒態(tài)

溶解顆粒污水中COD成分分顆粒顆粒

氨 氨污水中氮（污水中氮（Nitrogen）成Tongji

揮發(fā)性懸浮濾紙水過水濾液

總懸浮固總?cè)芙夤?/p>

馬弗 不揮發(fā)懸浮固 不揮發(fā)溶解固 馬弗揮發(fā)性溶解顆粒不可顆粒不可生物降溶解有機(jī)Tongji

號(hào)模型（M1：包括去除污水中有機(jī)碳以及硝化和反硝化等過程。號(hào)模型（M2：包含了脫氮和生物除磷處理過程。1999年ASM