第十二章活性污泥法(12.1-12.3)

1、第十二章 活性污泥法,第一節(jié) 活性污泥法的基本原理 第二節(jié) 活性污泥法的運行方式 第三節(jié) 活性污泥法的反應動力學 第四節(jié) 曝氣的原理、方法與設備 第五節(jié) 活性污泥法的工藝設計 第六節(jié) 活性污泥法的運行管理,第一節(jié)、活性污泥法的基本原理,一、活性污泥法的工藝流程,廢水,活性污泥系統(tǒng)的主要組成, 曝氣池：反應的主體，有機物被降解，微生物得以增殖； 二沉池：1）泥水分離，保證出水水質； 2）濃縮污泥，保證污泥回流，維持曝氣池內的污泥濃度。 回流系統(tǒng)：1）維持曝氣池內的污泥濃度； 2）回流比的改變，可調整曝氣池的運行工況。 剩余污泥： 1）去除有機物的途徑之一； 2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 供氧系統(tǒng)：為微

2、生物提供溶解氧,生活污水或城市廢水的處理流程,高碑店污水處理廠的工藝流程圖,高碑店污水處理廠的工藝流程與平面布置,初沉池,曝氣池,二沉池,二期,曝氣池,二沉池,初沉池,正在運行的曝氣池,曝氣池中的曝氣頭的布置,活性污泥系統(tǒng)有效運行的基本條件是：,廢水中含有足夠的可溶性易降解有機物； 混合液含有足夠的溶解氧； 活性污泥在池內呈懸浮狀態(tài)； 活性污泥連續(xù)回流，剩余污泥及時排放， 維持曝氣池內穩(wěn)定的活性污泥濃度； 進水中不含有對微生物有毒有害的物質,二、活性污泥的性質及性能指標,1、物理性質： “菌膠團”“生物絮凝體” 顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色 氣味：泥土味（城市污水） 比重：略大于1 （1.0

3、021.006） 粒徑：0.020.2 mm 比表面積：20100cm2/ml,二、活性污泥的性質及性能指標,2、生化性能： 活性污泥的含水率： 99.299.8% 其中固體物質的組成： 1）活細胞（Ma）： 2）微生物內源代謝的殘留物（Me）： 3）吸附的原廢水中難于生物降解的有機物（Mi）： 4）無機物質（Mii）：,二、活性污泥的性質及性能指標,3、活性污泥中的微生物： A細菌： 是活性污泥凈化功能最活躍的成分 主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等 特征： 1）絕大多數(shù)是好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細菌； 2）在好氧條件下，具有很強的分解

4、有機物的功能； 3）具有很高的增殖速率，其世代時間僅為2030分鐘； 4）動膠桿菌具有將大量細菌結成為“菌膠團”的功能。,B、原生動物-在活性污泥中大約為103個/ml,鐘蟲,小口鐘蟲,草履蟲,蓋纖蟲,腎形蟲,變形蟲,C、后生動物,線蟲,輪蟲,原（后）生動物作為“指示性生物”,數(shù)量,4、活性污泥的性能指標：,（1）混合液懸浮固體濃度（MLSS） （Mixed Liquor Suspended Solids） MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 單位： mg/L 或 g/m3 （2）混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS） （Mixed Liquor Volatile Suspen

5、ded Solids） MLVSS = Ma + Me + Mi 單位： mg/L 或 g/m3,在條件一定時， 較穩(wěn)定； 對于處理城市污水的活性污泥系統(tǒng)，一般為0.750.85,4、活性污泥的性能指標：,（3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume） 定義：將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%表示； 功能：能相對地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹； 正常范圍： 2030%,SV的測定,0min,15min,30min,SV = 40%,4、活性污泥的性能指標：,（4）污泥體積指數(shù)（SVI） （S

6、ludge Volume Index） 定義：曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，1g干污泥所形成的污泥體積，( ml/g),功能：能更準確地評價污泥的凝聚性能和沉降性能， 其值過低，說明泥粒小，密實，無機成分多； 其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨脹； 正常范圍： 50150 ml/g（處理城市污水時）,三、活性污泥法的基本工藝參數(shù),1、曝氣池的有機容積負荷： 1）進水COD（BOD5）容積負荷：,2）COD（ BOD5 ）去除容積負荷：,2、 曝氣池的有機污泥負荷： 1）進水COD（BOD5）污泥負荷：,2）COD（BOD5）去除污泥負荷：,三、活性污泥法的基本工藝參數(shù),3、曝

7、氣池的水力停留時間（HRT、Hydraulic Retention Time）,4、曝氣池的污泥停留時間（SRT，Sludge Retention Time、c）,（h）,（d）,(mg/l),四、活性污泥的增殖規(guī)律及應用,活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內發(fā)生反應、有機物被降解的必然結果，而微生物增殖的結果則是活性污泥的增殖。 活性污泥的增殖曲線,活性污泥的增殖曲線,注意：1）間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2）底物是一次投加,對數(shù)增殖期,減速增殖期,內源呼吸期,氧利用速率曲線,微生物增殖曲線(M),BOD變化曲線(F),適應期,有關概念,F/M值: 在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質的條件下，活

8、性污泥微生物的增殖速率主要取決于微生物與有機基質的相對數(shù)量，即有機基質(Food)與微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。 F/M值是影響有機物去除速率、氧利用速率的重要因素。,實際上，F(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進水污泥負荷，即：,活性污泥的增殖曲線的分區(qū),可將增殖曲線分為四個時期： 1)適應期 2)對數(shù)增殖期 3)減速增殖期 4)內源呼吸期,適應期,1）定義：微生物對于新的環(huán)境條件、污水中不同種類的有機物污染物等的短暫的適應過程； 2）活性污泥微生物的變化： 數(shù)量基本沒有變化； 菌體體積增大； 酶系統(tǒng)相應調整； 新的變異；等。 3）水質指標基本無變化。,對數(shù)增殖期,F/M

9、值高(2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有機物豐富，營養(yǎng)物質不是微生物增殖的控制因素； 微生物的增值速率與基質濃度無關，呈零級反應，僅由微生物本身特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身生理機能的限制； 微生物以最高速率對有機物進行攝取，以最高速率增殖，合成新細胞； 活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動能力很強，污泥質地松散，不易形成較好的絮凝體，沉淀性能不佳； 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大； 一般不采用此階段作為運行工況。（但也有，如高負荷活性污泥法）,減速增長期,F/M值下降到一定水平后，有機物的濃度成為微生物增殖的控制因素； 微生物的增殖速率與殘存的有機物呈正比，為一級反應；

10、 有機底物的降解速率也開始下降； 微生物的增殖速率在逐漸下降，直至最終下降為零，但活性污泥的量仍持續(xù)增長并最終達到最高； 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； 出水水質有較大改善，且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定； 大多數(shù)污水廠曝氣池的運行工況。,活性污泥的增殖曲線,對數(shù)增殖期,減速增殖期,內源呼吸期,氧利用速率曲線,微生物增殖曲線(M),BOD變化曲線(F),適應期,內源呼吸期,內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，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這些物質多是難于降解的細胞壁等； 污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝

11、聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質良好； 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。,活性污泥增殖規(guī)律的應用：,1）活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制； 2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水質也不同； 3）通過調整F/M值，可調控曝氣池的運行工況，以達到所要求的出水水質和活性污泥的良好性能； 4）推流式活性污泥法： 一段線段； 完全混合式活性污泥法： 一個點,活性污泥的增殖曲線,對數(shù)增殖,減速增殖,內源呼吸,適應期,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(內源呼吸)兩項作用的綜合結果，所以，微生物的凈增殖速率為：,活性污泥中微生物的

12、合成速率（kgVSS/d）；,其中：a 降解1kgBOD所產(chǎn)生的VSS，即產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBOD.d）；,活性污泥中微生物的自身氧化速率（kgVSS/d）；,其中：b 活性污泥的自身氧化系數(shù)（kgVSS/kgVSS.d，一般為d-1）；,xv 系統(tǒng)中活性污泥的總量（kgVSS）,有機物降解與微生物增殖：,因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:,積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內每日的凈增長量為:,Si進水BOD濃度(kgBOD/m3)； Se 出水濃度(kgBOD/m3)。,式中: x每日的污泥增長量(kgVSS/d)；= QwXr Q 每日處理廢水量(m3/d)；,a、b經(jīng)驗值的

13、獲得：,(1) 對于生活污水或相近的工業(yè)廢水: a = 0.50.65，b = 0.050.1； (2) 對于工業(yè)廢水，則：,a、b經(jīng)驗值的獲得：,（3）通過小試獲得：,可改寫為：,有機物降解與需氧：,氧在微生物代謝過程中的用途： (1)氧化分解有機物； (2)氧化分解自身的細胞物質。,式中：O2曝氣池中混合液的需氧量，kgO2/d; a代謝每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; b每kgVSS每天進行自身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS.d 。,有機物降解與需氧:,上式可改寫為：,或,式中：O2/VXv單位質量污泥的需氧量，kgO2/kgVSS.d; O2=O2/QSr去

14、除每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; 思考題：如何解釋單位質量污泥的需氧量與負荷成正比，而去除單位質量BOD的需要量與負荷成反比？,a、b值的確定:,活性污泥法處理城市污水：,a、b值的確定:,活性污泥法處理工業(yè)污水：,a、b值的確定:,(3)試驗法:,第二節(jié) 活性污泥法的運行方式,1)傳統(tǒng)活性污泥法； 2)完全混合活性污泥法； 3)階段曝氣活性污泥法； 4)吸附再生活性污泥法； 5)延時曝氣活性污泥法； 6)高負荷活性污泥法； 7)純氧曝氣活性污泥法； 8)淺層低壓曝氣活性污泥法； 9)深水曝氣活性污泥法； 10)深井曝氣活性污泥法。,QSi,VX,QwXSe,Q-QwXe

15、Se,QrXrSe,Q+QrXSe,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,1)工藝流程:,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,平面圖,剖面圖,曝氣頭,曝氣設備,隔墻,空氣管溝,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,供氧速率與需氧速率,微孔曝氣頭,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,主要優(yōu)點： a. 處理效果好：BOD5的去除率可達9095%； b. 對廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調節(jié)。 4)主要問題： a. 為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，因而池容較大，占地面積較大； b. 在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用； c. 對沖擊負荷的適應性較弱。,傳統(tǒng)活性污泥法,二、完全混合活性污泥法,工藝流程,完全

16、混合曝氣池,二、完全混合活性污泥法,主要特點： a. 可以方便地通過對F/M的調節(jié)，使反應器內的有機物降解反應控制在最佳狀態(tài)； b. 進水一進入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負荷有一定的抵抗能力； c. 適合于處理較高濃度的有機工業(yè)廢水,二、完全混合活性污泥法,主要結構形式：,a.合建式（曝氣沉淀池） b.分建式,合建式曝氣池 曝氣沉淀池,合建式曝氣池（曝氣沉淀池）,分建式曝氣池,二、完全混合活性污泥法,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,工藝流程,多點進水活性污泥法的工藝流程,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,主要特點： a.廢水沿池長分段注入曝氣池，

17、有機物負荷分布較均衡，改善了供氧速率與需氧速率之間的矛盾，有利于降低能耗； b.廢水分段注入，提高了曝氣池對沖擊負荷的適應能力；,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,主要特點： 將吸附、降解兩個過程分別控制在不同的反應器內進行。,活性污泥凈化反應過程:,在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機底物從廢水中被去除的實質就是有機底物作為營養(yǎng)物質被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細胞，活性污泥得到了增長。 一般將這整個凈化反應過程分為三個階段： 1）初期吸附； 2）微生物代謝； 3）活性

18、污泥的凝聚、沉淀與濃縮,活性污泥的初期吸附作用,曝氣過程,降解,初期吸附,BOD,活性污泥的初期吸附作用,在活性污泥系統(tǒng)內，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間(1030min)內，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強的吸附能力，因此在這很短的時間內，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。 但不是真正的降解，隨著時間的推移，混合液的BOD5值會回升，再之后，BOD5值才會逐漸下降。 活性污泥吸附作用的大小與很多因素有關: 1）廢水的性質、特性： 含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機污染物。 2）活性污泥的狀態(tài)： 充分的再生曝氣，一般應

19、使活性污泥微生物進入內源代謝期，才能使其吸附功能得到恢復和增強。,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,工藝流程,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,1)主要優(yōu)點： a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費用較低； b.具有一定的承受沖擊負荷的能力，當吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補充。 2)主要缺點： 對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法，此外，對溶解性有機物含量較高的廢水，處理效果更差。,四、吸附再生活性污泥法 又稱生

20、物吸附法或接觸穩(wěn)定法,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),1.01.2,MLSS (mg/l),吸附池：10003000 再生池：400010000,回流比 (%),25100,五、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法,1)主要特點： a. 有機負荷率非常低，污泥持續(xù)處于內源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，無需再進行處理； b. 處理出水出水水質穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負荷有較強的適應性； c. 在某些情況下，可不設初沉池。 2)主要缺點： 池容大、曝氣時間長，占地面積大； 建設費用和運行費用高； 適用條件： 出水水質高，小規(guī)模，水量一般在1000m3/d以下。,五、延時曝氣活性污泥法

21、 完全氧化活性污泥法,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),0.10.4,MLSS (mg/l),30006000,回流比 (%),75100,六、高負荷活性污泥法 又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 有機負荷率高，曝氣時間短，對廢水的處理效果較低； b. 在系統(tǒng)和曝氣池的構造等方面與傳統(tǒng)法相同。,六、高負荷活性污泥法 又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法,主要設計參數(shù)：,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),1.22.4,MLSS (mg/l),200500,回流比 (%),515,七、純氧曝氣活性污泥法,工藝流程,氣體循環(huán)泵,氣體分散及攪拌裝置,

22、七、純氧曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉移效率； b. 氧的轉移率可提高到80-90%，而一般的鼓風曝氣僅為525%左右； c. 可使曝氣池內活性污泥濃度高達40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負荷； d. 剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，污泥膨脹較少發(fā)生。,七、純氧曝氣活性污泥法,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),2.03.2,MLSS (mg/l),600010000,回流比 (%),2550,八、淺層低壓曝氣法,理論基礎：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉移率最高，因此，沒有必要延長氣泡在水中的上升距離

23、。 其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風壓在1米以下的低壓風機，動力效率較高，可達1.802.60kgO2/kw.h； 其氧轉移率較低，一般只有2.5%； 池中設有導流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。,八、淺層低壓曝氣法,九、深水曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 曝氣池水深在78m以上， b. 由于水壓較大，氧的轉移率可以提高，相應也能加快有機物的降解速率； c. 占地面積較小。,九、深水曝氣活性污泥法,深水中層曝氣法的示意圖,空氣,曝氣裝置,深水深層曝氣法的示意圖,十、深井曝氣 活性污泥法 又稱超深水 曝氣法,工藝流程： 一般平面呈圓形， 直徑約16m，深度為50150

24、m。,十、深井曝氣活性污泥法 又稱超深水曝氣法,主要特點： a.氧轉移率高，約為常規(guī)法的10倍以上； b.動力效率高，占地少，易于維護運行； c.耐沖擊負荷，產(chǎn)泥量少； d.一般可以不建初次沉淀池 e.但受地質條件的限制。,十、深井曝氣活性污泥法 又稱超深水曝氣法,設計參數(shù),設計參數(shù),容積負荷(kgBOD5/m3.d),3.03.6,MLSS(mg/l),30005000,回流比(%),4080,作業(yè),8、()普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合法各有什么特點？在一般情況下，對于有機廢水BOD5的去除率如何？根據(jù)活性污泥增長曲線來看，這幾種運行方式的基本區(qū)別在什么地方？各自的優(yōu)缺點是什么？ 1

25、1、()試指出污泥沉降比SV、污泥濃度MLSS和污泥指數(shù)SVI的定義，以及其在水處理工程中的實際意義以及一般的正常數(shù)值范圍。 5、()普通活性污泥法曝氣池中的MLSS為3700mg/L，SVI為80mL/g，求其SV和回流污泥中的懸浮固體濃度。 7、()某造紙廠采用活性污泥法處理廢水，廢水量為24000m3/d，曝氣池容積V為8000m3。經(jīng)初次沉淀，廢水的BOD5為300mg/L，曝氣池對BOD5的去除率為90%，曝氣池混合液懸浮液固體濃度為4000mg/L，其中揮發(fā)性懸浮固體占75%。試求：F/M、每日剩余污泥量、每日需氧量和污泥齡。（已知：a = 0.76kgVSS/kgBOD5.d，b

26、 = 0.016d-1；a = 0.38kgO2/kgBOD5，b = 0.092kgO2/kgVSS.d）,第三節(jié)、活性污泥法的反應動力學,什么是活性污泥法反應動力學？ 可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內有機物降解、污泥增長、氧氣的消耗等與各項設計參數(shù)、運行參數(shù)及環(huán)境因素之間的關系；,活性污泥法的反應動力學的主要內容:,(1)基質降解的動力學，涉及基質降解與基質濃度、生物量等因素的關系； (2)微生物增長動力學，涉及微生物增長與基質濃度、生物量、增長常數(shù)等因素的關系； (3)還研究底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養(yǎng)要求等的關系。,建立活性污泥法反應動力學模型的假設:,(1) 反應器處于完全

27、混合狀態(tài)， 對于推流式曝氣池系統(tǒng)，需加以修正； (2)活性污泥系統(tǒng)的運行條件絕對穩(wěn)定； (3)二沉池內無微生物活動，也無污泥累積，且泥水分離效果良好； (4)進水有機物均為溶解性有機物，且濃度恒定，不含微生物； (5)進水中不含對微生物具有毒性或抑制性的物質。,反應動力學研究的由來,勞倫斯麥卡蒂（LawrenceMcCarty）模式,酶促反應動力學公式（米門公式） （MichaelisMenton）,(一) 活性污泥反應動力學的基礎米門公式與莫諾德模式,A米門公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物”學說，通過理論推導和實驗驗證，提出了含單一基質單一反應的酶促反應動力學公式，即米

28、門公式：,其中：Km飽和常數(shù)，或半速常數(shù)； 1/Km基質親和力,E + S ES E + P,米門公式的圖示,vmax,Km,B.莫諾德模式：, 1942年和1950年，Monod 單一基質、純菌種培養(yǎng)實驗， 微生物比增殖速率與基質濃度 與酶促反應類似的規(guī)律， 提出活性污泥法的動力學公式，即莫諾德模式：,式中： 微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS.d； max基質濃度飽和時，微生物的最大比增殖速率, kgVSS/kgVSS.d; S反應器內的基質濃度，mg/l； Ks飽和常數(shù)，也稱半速常數(shù)。,B.莫諾德模式：,隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生物群體組成的活性污泥對多種基質進行微生物增殖實驗，也取

29、得了符合這種關系的結果。 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系：,B.莫諾德模式：,則與比增殖速率相對應的比底物降解速率也可以用類似公式表示，即：,式中：S 限制性底物的濃度；,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。,B.莫諾德模式：,一級反應區(qū),過渡區(qū),零級反應區(qū),l 莫諾德方程式的推論：,(1) 在高底物濃度的條件下，即SKs，呈零級反應，則有：,，,（2）在低底物濃度的條件下，即S Ks，則：,活性污泥法反應動力學的應用,【例1】如何用動力學解釋pH值對氨氮氧化速率的影響？ 【思考題1】推流式與完全混合式的比較： 19、(4)進水條件和出

30、水水質要求相同時，如果單從反應動力學的角度來考慮，采用推流式曝氣池和完全混合式曝氣池，那種所需要的池容較?。?pH值對氨氮氧化速率的影響的動力學解釋,例1：在一個硝化反應器中，氨氮濃度為130mg/L，T=35C，請通過計算給出當反應器內的pH值分別為6.0和8.0時的氨氧化速率的比值。,研究背景,亞硝化的反應方程式：,亞硝化反應是由氨氧化細菌在好氧、pH值中性偏堿的條件下完成的； 研究表明，亞硝化過程受pH值的影響很大； 最近的研究表明，氨氧化細菌的直接底物是游離態(tài)的NH3，而不是離子態(tài)的NH4+； 但水質監(jiān)測中所測得的氨氮濃度，實際上是總氨氮濃度，即TNH3，其中包括NH3和NH4+；,研

31、究背景,Monod方程認為，廢水中的生化反應速率為：,上式中的S指的是生化反應過程中的限制性基質的濃度，即氨氧化過程中的游離氨濃度； 因此，需要計算出不同pH值下反應器中實際的游離氨的濃度，即NH3：,（1）,水中游離氨濃度的計算,聯(lián)合式（2）和式（3），可得：,（2）,（3）,再加上：,最后可得：,（4）,其它有關常數(shù)：,1825C時，,假定30C時，,30C時，,30C時，氨氧化細菌的Ks = 7.0mgN/L,具體的計算過程與結果：,pH6時，利用式（4），可計算出：,同樣，pH8時：,再利用式（1），可計算出：,pH6時：,pH8時：,所以：,示意圖,C、LawrenceMcCarty

32、模式：,有關基本概念：,a、微生物比增殖速率,b、單位基質利用率：,有關基本概念（續(xù)）：,c、污泥停留時間（SRT）、平均細胞停留時間（MCRT）、污泥齡(c)：,有關基本概念：,3) 與c的關系：,所以有：,(三) LM模式的基本方程式：,1. 第一基本方程式：,前面已有：,式中：Y微生物的產(chǎn)率系數(shù)，kgVSS/kgBOD； Kd 自身氧化系數(shù)，或衰減常數(shù)，d-1，（kgVSS/kgVSS.d）；,經(jīng)整理后：,表示的是污泥齡（ c ）與產(chǎn)率系數(shù)Y、基質比利用速率（q）及自身氧化系數(shù)(Kd)之間的關系。,2. 第二基本方程式：,認同莫諾德模式：,認為有機基質的降解速率等于其被微生物的利用速率，

33、即：,式中：S 反應器內的基質濃度； qmax單位生物量的最大基質利用速率； Ks半速常數(shù)。 表示的是基質利用速率與反應器內微生物濃度和基質濃度之間的關系。,(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）,A.第一導出方程 出水水質(Se)與污泥齡(c)之間的關系：,代入：,則有：,污泥齡的計算：,能否有更簡便的計算方法？,傳統(tǒng)排泥方式：,簡化后，則：,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。,QSi,VXSe,II. QwX,I. QwX,Q-QwXeSi,QrXrSe,污泥齡的計算：,從曝氣池直接排泥，

34、則：,簡化后:,第二種排泥方式的優(yōu)點：,1）減輕了二沉池的負擔； 2）可將剩余污泥單獨濃縮處理； 3）便于控制曝氣池的運行。,(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）,B. 第二導出方程曝氣池內微生物濃度（X）與污泥齡(c)的關系 對曝氣池作有機底物的物料衡算：,=,(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）,代入第一基本方程有：,由于,所以：,說明：曝氣池中微生物濃度與有機物濃度、污泥齡和曝氣時間等有關。 式中= c /t，稱為污泥循環(huán)因子， 物理意義為：活性污泥從生長到被排出系統(tǒng)期間與廢水接觸的平均次數(shù)。,(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）,C.第三導出方程回流比R與c之間的關系

35、 對曝氣池的生物量進行物料衡算：,由于,所以：,所以：,(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）,D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）之間的關系： 產(chǎn)率系數(shù)（ Y ）是指單位時間內，微生物的合成量與基質降解量的比值，即：,表觀產(chǎn)率系數(shù)（ Yobs ）是指單位時間內，實際測定的污泥產(chǎn)量與基質降解量的比值，即：,D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）：,由于,所以：,D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）：,該式還提供了通過試驗求Y及Kd的方法，將其取倒數(shù)后得：,以1/Yobs對c作圖，即可求得Y及Kd值。 其中:,E. c與Se及E的關系：,最小污泥齡,對于一個活性污泥系統(tǒng)有一個(c)min 可以通過假定Se = Si 并代入,一般KsSi，所以:,則有：,(五) 動力學參數(shù)的測定,動力學參數(shù)Ks、vmax、Y、Kd是模式的重要組成部分，一般是通過實驗來確定的。,1、 Ks、vmax 的確定：,將式：,取不同的曝氣時間（t）值，即可計算出不同的,取倒數(shù)，得：,式中,所以,圖中直線的斜率為,截距為,(五) 動力學參數(shù)