活性污泥的增長(zhǎng)規(guī)律研究講解

1、三活性污泥的增長(zhǎng)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(jī)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(zhǎng)。2、一般可用 活性污泥的增長(zhǎng)曲線 來(lái)描述 : (見(jiàn)附圖 1)注意： 1) 間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2) 底物是一次投加；3) 圖中同時(shí)還表示了有機(jī)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(jī)基 質(zhì)的相對(duì)數(shù)量，即 有機(jī)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(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。 實(shí)際上， F/M

2、值就是以 BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷 ( LsBOD5 )，即：F M LsBOD5 QX (kgBOD5 kgVSS d)Xv3、一般來(lái)說(shuō)，可將增長(zhǎng)曲線分為以下四個(gè)時(shí)期：(1) 適 應(yīng)期； (2) 對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期； (3) 減速增長(zhǎng)期； (4) 內(nèi)源呼吸期。適應(yīng)期 :(1) 是活性污泥微生物對(duì)于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個(gè)短暫的適應(yīng)過(guò)程；(2) 經(jīng)過(guò)適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒(méi)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) BOD 5、COD 等各項(xiàng)污染指標(biāo)可能并無(wú)較大變化。對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期：

3、(1) F/M 值高( 2.2 kgBOD5 / kgVSS d ) ，所以有機(jī)底物異常豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(2) 微生物的增長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微 生物自身的生理機(jī)能的限制；(3) 微生物以最高速率對(duì)有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；(4) 此時(shí)的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動(dòng)能力很強(qiáng)，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(yùn)行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。減速增長(zhǎng)期 :(1)

4、F/M 值下降到一定水平后，有機(jī)底物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(jī)底物呈正比，為一級(jí)反應(yīng)；(3) 有機(jī)底物的降解速率也開(kāi)始下降；(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(zhǎng)；(5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開(kāi)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(jī)物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；(7) 一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運(yùn)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(guò)了合成速率，因此從整體上來(lái)說(shuō)，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(wú)機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)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(yùn)行工況，但也有采用，如延時(shí)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(zhǎng)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(guò)調(diào)整 F/M 值，來(lái)調(diào)控曝氣池的運(yùn)行工況，以達(dá)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(gè)點(diǎn)5、有機(jī)物降解與微生物增殖：活性污泥微生物增殖

6、是微生物增殖和自身氧化(內(nèi)源呼吸)兩項(xiàng)作用的綜合結(jié)果，所以，微生物的凈增殖速率為：dx dx dx dt g dt s dt e式中： dx 活性污泥微生物的凈增殖速率(kgVSS / d )；dt gdx a ds 活性污泥微生物的合成速率； dts a dtua 降解每 kgBOD 5 所產(chǎn)生的 VSS值，即產(chǎn)率系數(shù)( kgVSS kgBOD5 d )；dx dt ebx v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)( d 1 )；xv VSS( kg) 。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式ds adtbxdxdt gbVXx aQS r積分后，

7、得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長(zhǎng)量為SrSiSe3Si 進(jìn)水 BOD5濃度( kgBOD5 / m3或mgBOD5 / l )；3Se 出水 BOD 5濃度( kgBOD5 /m3或mgBOD5 /l )。a, b的經(jīng)驗(yàn)值：(1) 對(duì)于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水， a 0.50.65，b 0.05 0.1；(2) 幾種工業(yè)廢水的 a,b 值:廢水a(chǎn)b合成纖維廢水0.380.10含酚廢水0.550.13制漿與造紙廢水0.760.016制藥廢水0.77釀造廢水0.93亞硫酸漿粕廢水0.550.13通過(guò)小試求得：將上式改寫(xiě)為 :xQS rbaVX vVX v6、有機(jī)物降解與需氧微生物的

8、代謝需要氧：(2)(1) 需要將一部分有機(jī)物氧化分解；也需要對(duì)自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進(jìn)行自身氧化。需氧量 :O2aQSrbV式中 O2 曝氣池混合液的需氧量， kgO2 /d；a 代謝每 kgBOD 5所需的氧量， kgO2 / kgBOD5 d ；b每 kgVSS每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，kgO2 / kgVSS d 。式中:x 每日污泥增長(zhǎng)量 ( VSS), kg /d ； Qw Xr ；vQ 每日處理廢水量 ( m3 /d ) ；上式可改寫(xiě)成O2a Q Sr b V X va L srBOD5bO2O2a bV X v a Q SrQ SrbLsrBOD 5其中:O2VX v單位重量污泥

9、的需氧量，kgO2 / kgVSS d ；O2O2 去除每 kgBOD 5的需氧量， kgO2 / kgBOD 5 d。2 Q Sr5 2 5a,b 值的確定 :(1) 活性污泥法處理城市污水時(shí)的O2 和 a,b 值:運(yùn)行方式O2ab完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.7-1.1傳統(tǒng)曝氣法0.8-1.1延時(shí)曝氣法1.4-1.80.530.188(2) 幾種工業(yè)廢水的 a,b值:廢水a(chǎn)b石油化工廢水0.750.16合成纖維廢水0.550.142含酚廢水0.56制漿與造紙廢水0.380.092制藥廢水0.350.354釀造廢水0.93漂染廢水0.5-0.60.065煉油廢水0.55

10、0.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185(3) 試驗(yàn)法 :將上述方程式改寫(xiě)成 :O 2 aL bV X v aL srBOD 5 b四活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué) :可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物降解、污泥增長(zhǎng)、耗氧等作用與各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)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(dòng)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(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，涉及微生物增長(zhǎng)與基質(zhì)濃度、生物量、增長(zhǎng)常數(shù)等因素的關(guān)系；(3) 還 研究底物降解與生物量增長(zhǎng)、底物降解與需氧、營(yíng)養(yǎng)要求等的關(guān)系。在建立活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí) , 有以下假設(shè) :(1) 除

11、特別說(shuō)明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對(duì)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)的運(yùn)行條件絕對(duì)穩(wěn)定；(3) 二次沉淀池內(nèi)無(wú)微生物活動(dòng)，也無(wú)污泥累積并且水與固體分離良好；(4) 進(jìn)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( Lawrence McCarty )模式 莫諾德( Monod )模式 酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式(米門(mén)公式) ( Michaelis Menton ) ( 一 ) 活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)米門(mén)公式與莫諾德模式A 米門(mén)公式Michaelis Menton 提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說(shuō)，通過(guò)理

12、論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式，即米門(mén)公式：v m ax式中： v 酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率； vmax 產(chǎn)物生成的最高速率；Km 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(shuō)： E S ES E P 米門(mén)公式的圖示：B. 莫諾德模式：1) Monod 于 1942 年和 1950 年曾兩次進(jìn)行了單一基質(zhì)的純菌種培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)， 也發(fā)現(xiàn)了與上述酶促反應(yīng)類似的規(guī)律， 進(jìn)而提出了與米門(mén)公式想類似的表達(dá)微生物比增殖速率與基質(zhì)濃度之間的動(dòng)力學(xué)公式，即莫諾德模式：m ax S K s S式中： dx dt / x 微生物的比增殖速率， ；m ax 基質(zhì)達(dá)

13、到飽和濃度時(shí)，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 ； Ks 飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。2) 隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生物群體組成的活性污泥對(duì)多種基質(zhì)進(jìn)行微生物增殖實(shí)驗(yàn)，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(duì)應(yīng)的比底物降解速率也可以用類似公式表示，即：m ax式中： v (ds) x 比底物降解速率( d 1)；v m ax 底物的最大比降解速率；S 限制增殖的底物濃度；K s 飽和常數(shù)。對(duì)于廢水處理來(lái)說(shuō)，有機(jī)物的降解是其基本目的，因此上式的實(shí)際意義更大。莫諾德模式的圖示：莫諾德方程式的推論：

14、1） 在高底物濃度的條件下，即SK s ，呈零級(jí)反應(yīng)，則有：maxdSdtm axm axK1X在低底物濃度的條件下，即 SKs ，則：axdSdtK 2 XS(二 ) LawrenceMcCarty 模式：1) Lawrence McCarty 建議的排泥方式：2）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(diǎn)： 1）減輕了二沉池的負(fù)擔(dān)； 2）可將剩余污泥單獨(dú)濃縮處理； 行。3）便于控制曝氣池的運(yùn)3)abc有關(guān)基本概念：、微生物比增殖速率：、單位基質(zhì)利用率：(ddst) Xds q (dt)u、生物固體平均停留時(shí)間（又稱細(xì)胞平均停留時(shí)

15、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(kāi)始到排出系統(tǒng)的平均停留時(shí)間；也可以說(shuō)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(shí)間；從工程上來(lái)說(shuō)，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： c V X x式中: x 每日增殖的微生物量，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，就是每日排放的剩余污泥量。因此：1 ）按傳統(tǒng)排泥方式：c QwX r (Q VXQ w)X e QX i簡(jiǎn)化后，則：VXQwCXr2） 按第二種排泥方式，則：VXQw X (Q Qw )XQX i簡(jiǎn)化后，Qw由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運(yùn)行管理。3） 與 c 的關(guān)系：dx X/ dt ，而 c

16、xTx / t T所以有： c 1 / 或 1 / c（ 三 ） L M 模式的基本方程式：1. 第一基本方程式：前面已有： dx Y ds K d Xdt dt u式中 Y 微生物的產(chǎn)率系數(shù)， kgVSS/ kgBOD5；1Kd 自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù)， d 1 ，（ kgVS /kgVS d ）；經(jīng)整理后：11c Yq K d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：m axa.認(rèn)為有機(jī)基質(zhì)的降解速率等于其被微生物的利用速率，即q m ax XSdsdt式中：S 反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度；uKqmax 單位生物量的最

17、大基質(zhì)利用速率；Ks 半速常數(shù)。表示的是基質(zhì)利用速率與反應(yīng)器內(nèi)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)Se 與污泥齡 c 之間的關(guān)系：對(duì)于完全混合式)將q(ds / dt ) uXv max代入：SeKs則有：v m axYqK s (1 K d c ) c (Yv max K d ) 1B.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(duì)曝氣池做有機(jī)底物的物料衡算：底物的凈變化率 = 底物進(jìn)入曝氣池的速率底物從曝氣池中消失的速率0 V(ds/ dt)T QSi RQSe (ds/dt)u V (1 R)QSeds Q

18、(SiSe )dt u V代入第一基本方程有： X c Y Q (Si Se )V (1 K d c )由于t HRT V /Q ，則有： X c Y (Si Se )t ( 1 K d c )上式說(shuō)明：曝氣池中微生物量濃度是與有機(jī)物的濃度、 c 和曝氣時(shí)間等有關(guān)的。式中 c t ，可以稱為污泥循環(huán)因子， 其物理意義為： 活性污泥從生長(zhǎng)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(duì)曝氣池的生物量進(jìn)行物料衡算：曝氣池內(nèi)生物量的凈變化率) =(生物量進(jìn)入曝氣池的速率) - (生物量離開(kāi)曝氣池的速率)Y ds K d XY dt u K d Xdx0 ( )

19、V RQX rQX idt r iQ (1R) X其中 q ( ds / dt ) u /所以：RQX(YqV Q (1 R ) XYq所以：RXrX式中： Xr 回流污泥的濃度，可由下式估算：Xr106SVI1） 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)（ Yobs ）之間的關(guān)系：產(chǎn)率系數(shù)（ Y ）是指單位時(shí)間內(nèi)，微生物的合成量與基質(zhì)降解量的比值，即：Y (dX dt)s Y (dS dt) u表觀產(chǎn)率系數(shù)（ Yobs ）是指單位時(shí)間內(nèi)，實(shí)際測(cè)定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值，即：Yobs(dX / dt ) T ( dS / dt ) uY obs(dX / dt ) T / X ( dS / dt ) u / X，以及 1 YqK 代入，則有：dY obsY /( 1 K d c )該式還提供了通過(guò)試驗(yàn)求Y及Kd 的方法，將其取倒數(shù)后得：KdYobsY d c以1/Yobs對(duì)