活性污泥法相關(guān)概述

1、第三章 廢水好氧生物處理工藝（1）活性污泥法第一節(jié)、活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的基本工藝流程1、活性污泥法的基本組成 曝氣池：反應(yīng)主體 二沉池：1 ）進(jìn)行泥水分離，保證出水水質(zhì)；2）保證回流污泥，維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度。 回流系統(tǒng)：1）維持曝氣池的污泥濃度；2 ）改變回流比，改變曝氣池的運(yùn)行工況。 剩余污泥排放系統(tǒng)： 1 ）是去除有機(jī)物的途徑之一；2 ）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 供氧系統(tǒng)：提供足夠的溶解氧2、活性污泥系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件是： 廢水中含有足夠的可容性易降解有機(jī)物； 混合液含有足夠的溶解氧； 活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)； 活性污泥連續(xù)回流、及時排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度

2、的活性污泥； 無有毒有害的物質(zhì)流入。、活性污泥的性質(zhì)與性能指標(biāo)1、活性污泥的基本性質(zhì) 物理性能：“菌膠團(tuán)”、“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，（ 1.002 1.006 ）；粒徑： 0.02 0.2 mm ；比表面積： 20 100 cm 2/ml 。 生化性能：1）活性污泥的含水率： 99.2 99.8% ；固體物質(zhì)的組成：活細(xì)胞（Ma）、微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）、吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（Mi）、無機(jī)物質(zhì)（Mii）。2、活性污泥中的微生物： 細(xì)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

3、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；基本特征： 1) 絕大多數(shù)都是好氧或兼性化能異養(yǎng)型原核細(xì)菌；2) 在好氧條件下，具有很強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能；3) 具有較高的增殖速率，世代時間僅為 20 30 分鐘；4) 其中的動膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)合成為“菌膠團(tuán)”的功能。 其它微生物 原生動物、后生動物-在活性污泥中大約為 10 3個/ml3 、活性污泥的性能指標(biāo)： 混合液懸浮固體濃度( MLSS )( Mixed Liquor Suspended Solids )：MLSS = M a + M e + M i + M ii 單位： mg/l g/m 3 混合液揮發(fā)性懸浮固

4、體濃度( MLVSS)(MixedVolatile Liquor Suspended Solids )：MLVSS = M a + M e + M i；在條件一定時， MLVSS/MLSS 是較穩(wěn)定的，對城市污水，一般是 0.750.85 污泥沉降比( SV)( S ludge Volume )：是指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；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； 正常數(shù)值為 20 30% 。 污泥體積指數(shù)( SVI )( Sludge Volume Index)：曝氣池出口處混

5、合液經(jīng) 30 分鐘靜沉后， 1g 干污泥所形成的污泥體積， 單位是 ml/g 。SV(ml/l) SV(%)10(ml/l)SVIMLSS(g/l) MLSS(g/l)能更準(zhǔn)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(shí)，無機(jī)成分多；其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨脹現(xiàn)象；城市污水的 SVI 一般為50 150 ml/g ；三、活性污泥的增殖規(guī)律及其應(yīng)用1、活性污泥的增殖曲線內(nèi)源呼吸對數(shù)增殖減速增殖微生物增殖曲線氧利用速率曲線BOD降解曲線Xa0時間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。注

6、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(jī)底物降解和氧的消耗曲線。 適應(yīng)期：是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個短暫的適應(yīng)過程；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。B0D5、COD等各項(xiàng)污染指標(biāo)可能并無較大變化。 對數(shù)增長期：F/M值高(2.2 kgBODs/kgVSS d),所以有機(jī)底物非常豐富， 營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；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，

7、即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制；微生物以最高速率對有機(jī)物進(jìn)行攝取,也以最高速率增殖,而合成新細(xì)胞；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(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；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(yùn)行工況, 但也有采用的,如高負(fù)荷活性污泥法。 減速增長期：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； 微生物的增殖速率與殘存的有機(jī)底物呈正比,為一級反應(yīng)；有機(jī)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,直至在本期的最后階段下降為零,但微生物的量還在增長；活性污泥的能量水平已下降,絮凝體

8、開始形成,活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；由于殘存的有機(jī)物濃度較低,出水水質(zhì)有較大改善,并且整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；一般來說,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：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，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；污泥的無機(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；一般不用這一階段作為運(yùn)行工況，但也有采用，如延時曝氣法。2、活性污泥增殖規(guī)律的應(yīng)用： 活性污泥的增殖狀況，主要是由 F/M 值所控制； 處于不同

9、增值期的活性污泥，其性能不同，出水水質(zhì)也不同； 通過調(diào)整 F/M 值，可以調(diào)控曝氣池的運(yùn)行工況，達(dá)到不同的出水水質(zhì)和不同性質(zhì)的活性污泥； 活性污泥法的運(yùn)行方式不同，其在增值曲線上所處位置也不同。3、有機(jī)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(nèi)源呼吸 )兩項(xiàng)作用的綜合結(jié)果，活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日的凈增長量為 :式中:x aQS r bVX v ;x 每日污泥增長量 ( VSS), kg /d； Qw Xr ；Q 每日處理廢水量 ( m3 /d )；Sr Si Se ；3Si進(jìn)水 B0D5濃度(kgBODs/m 或 mgBODs/l);Se出水 BOD5濃度(kgBO

10、D5 / m 或 mgBOD5/l)。a, b經(jīng)驗(yàn)值：對于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，a 0.5 0.65 ,b 0.05 0.1；或試驗(yàn)值：通過試驗(yàn)獲得。4、有機(jī)物降解與需氧量:將一部分有機(jī)物氧化分活性污泥中的微生物在進(jìn)行代謝活動時需要氧的供應(yīng)，氧的主要作用有： 解； 對自身細(xì)胞的一部分物質(zhì)進(jìn)行自身氧化。因此，活性污泥法中的需氧量aQ SrbV式中：。2 曝氣池混合液的需氧量，kgO2 / d ；a代謝每kgBODs所需的氧量，kgOz/kgBODs d ；b每kgVSS每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，kgO2/kgVSS d。二者的取值同樣可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)來獲得。5、活性污泥凈化廢水的

11、實(shí)際過程:在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)污染物物從廢水中被去除的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長。一般將這整個凈化反應(yīng)過程分為三個階段：初期吸附； 微生物代謝； 活吸附 降解性污泥的凝聚、沉淀與濃縮。曝氣過程所謂“初期吸附”是指：在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間(10 30min)內(nèi),由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的時間內(nèi)，就能夠去除廢水中大 量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的B0D5值(或COD值)大幅度下降。但這并

12、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?；钚晕勰辔侥芰Φ拇笮∨c很多因素有關(guān)： 廢水的性質(zhì)、特性：對于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀有機(jī)污染物的廢水，具有較好的效果； 活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復(fù)和增強(qiáng)，一般應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝期。四、活性污泥法的基本工藝參數(shù)1、容積負(fù)荷(Volumetric Organic Loading Rate)(kgCOD . m3 d);(kgBODs. m3 d)2、污泥負(fù)荷(Sludge Organic Loading Rate )Lscod Q Ci MLSS V

13、 kgCOD kgMLSS d ;LsBOD5 Q BMLSS V kgB0D5. kgMLSS d3、水力停留時間(Hydraulic Retention Time )HRT V Q (h)4、污泥齡或污泥停留時間（SludgeRetentionTime )SRT5、回流比QQr第二節(jié)、活性污泥法的主要運(yùn)行方式一、各種活性污泥工藝傳統(tǒng)推 延深迄今為止，在活性污泥法工程領(lǐng)域，應(yīng)用著多種各具特色的運(yùn)行方式。主要有以下幾種： 流式活性污泥法； 完全混合活性污泥法； 階段曝氣活性污泥法； 吸附一再生活性污泥法； 時曝氣活性污泥法； 高負(fù)荷活性污泥法； 純氧曝氣活性污泥法； 淺層低壓曝氣活性污泥法;

14、水曝氣活性污泥法； 深井曝氣活性污泥法。1、傳統(tǒng)推流式活性污泥法: 工藝流程: 供需氧曲線： 主要優(yōu)點(diǎn)： 1) 處理效果好： BOD 5 的去除率可達(dá) 90-95% ； 2) 對廢水的處理程度比較靈活，可根 據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。 主要問題： 1) 為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面 積較大； 2) 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(fèi)了動力費(fèi)用； 3) 對沖擊負(fù)荷的適應(yīng) 性較弱。 一般所采用的設(shè)計(jì)參數(shù) (處理城市污水 ) ：2、完全混 合 活性污泥法 主要特點(diǎn)： a. 可以方便地通過對 F/M 的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；

15、b. 進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；c. 適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水。 主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式(曝氣沉淀池)：b.分建式3、階段曝氣活性污泥法又稱分段進(jìn)水活性污泥法或多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法 工藝流程： 主要特點(diǎn)： a. 廢水沿池長分段注入曝氣池， 有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡， 改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間 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(fù)荷的適應(yīng)能力； 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：4、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(diǎn)是將活性污泥法對有機(jī)污染物降解的兩個過程吸附、 代謝穩(wěn)定， 分別在各自的反應(yīng)器內(nèi) 進(jìn)行。 工藝流

16、程： 主要優(yōu)點(diǎn)：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，再生池的容積也較小。吸附池與再生池容積之和低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，基建費(fèi)用較低；b. 具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力， 當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時， 可由再生池的污泥予以補(bǔ)充。 主要缺點(diǎn)：處理效果低于傳統(tǒng)法，特別是對于溶解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：5、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法 主要特點(diǎn)：a .有機(jī)負(fù)荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，勿需再進(jìn)行處理；b. 處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；c

17、. 在某些情況下，可以不設(shè)初次沉淀池。 主要缺點(diǎn)： 池容大、曝氣時間長，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小 型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量一般在 1000m 3/d 以下。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：6、高負(fù)荷活性污泥法又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法 主要特點(diǎn)：有機(jī)負(fù)荷率高，曝氣時間短，處理效果較差；而在工藝流程和曝氣池的構(gòu)造等方面與 傳統(tǒng)法基本相同。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：7、純氧曝氣活性污泥法 主要特點(diǎn)：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(zhuǎn)移效率；b. 氧的轉(zhuǎn)移率可提高到 8090%，而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右；c. 可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達(dá)4

18、000 7000mg/l ，能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；d. 剩余污泥產(chǎn)量少， SVI 值也低，一般無污泥膨脹之慮。 曝氣池結(jié)構(gòu)： 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：8、淺層低壓曝氣法 理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要延長氣泡在水中的 上升距離； 其曝氣裝置一般安裝在水下 0.8 0.9 米處，因此可以采用風(fēng)壓在 1 米以下的低壓風(fēng)機(jī)，動力效率較高，可達(dá) 1.80 2.60kgO 2/kw.h ； 其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有 2.5% ； 池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。9、深水曝氣活性污泥法 主要特點(diǎn)：a.曝氣池水深在7 8m以上，b.由于水壓較大，洋的轉(zhuǎn)移率可以提

19、高，相應(yīng)也能加快有 機(jī)物的降解速率；c.占地面積較小。 一般有兩種形式：a.深水中層曝氣法：b.深水深層曝氣法：10、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，直徑約介于1 6m，深度一般為50 150m。c. 主要特點(diǎn)：a.氧轉(zhuǎn)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(hù)運(yùn)行；耐沖擊負(fù)荷，產(chǎn)泥量少；d. 般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)條件的限制。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)各種活性污泥法的設(shè)計(jì)參數(shù)(處理城市污水，僅為參考值 )設(shè)計(jì)參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥法階段曝氣活性污泥法BOD 5 SS 負(fù)荷(kgBOD 5/kgMLSS.d)0.2 0.40.2

20、0.60.2 0.4容積負(fù)荷(kgBOD 5/m 3.d)0.3 0.608 2.0 0.6 1.0污泥齡(d)5 155 155 15MLSS(mg/l)1500 30003000 60002000 3500MLVSS(mg/l)1200 24002400 48001600 2800回流比(%)25 5025 10025 75曝氣時間HRT(h)4 83 538BOD 5去除率(%)85 9585 908590設(shè)計(jì)參數(shù)吸附再生活性污泥法延時曝氣活性污泥法高負(fù)荷活性污泥法BOD 5 SS 負(fù)荷0.2 0.60.050.151.55.0(kgBOD 5/kgMLSS.d)容積負(fù)荷(kgBOD 5

21、/m 3.d)1.0 1.20.10.41.22.4污泥齡(d)5 1520300.252.5MLSS(mg/l)吸附池1000 300030006000200500再生池400010000MLVSS(mg/l)吸附池800 240024004800160400再生池3200 8000回流比(%)25 10075100515曝氣時間HRT(h)吸附池0.5 1.018481.53.0再生池3 6BOD 5去除率(%)80 90956075設(shè)計(jì)參數(shù)純氧曝氣活性污泥法深井曝氣活性污泥法BOD 5 SS 負(fù)荷0.4 1.01.0 1.2(kgBOD 5/kgMLSS.d)容積負(fù)荷2.0 3.23.0

22、 3.6(kgBOD 5/m 3.d)污泥齡(d)5 155MLSS(mg/l)6000 100003000 5000MLVSS(mg/l)400065002400 4000回流比(%)25 5040 80曝氣時間HRT(h)1.5 3.01.0 2.0溶解氧濃度DO(mg/l)6 10SVI(ml/g)30 50BOD 5去除率(%)75 9585 90二、曝氣池的型式與構(gòu)造1、曝氣池的類型 根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；鼓風(fēng)曝氣池; 根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機(jī)械 根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、方形以及環(huán)

23、狀跑道形等四種； 根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式(即曝氣沉淀池)和分建式兩種。2、曝氣池的流態(tài) 推流式曝氣池 完全混合式曝氣池氧化溝 循環(huán)混合式曝氣池:3、曝氣池的構(gòu)造曝氣池在構(gòu)造上應(yīng)滿足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構(gòu)造首先取決于曝氣方式和所采用的曝氣裝置。第三節(jié)、活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué)原理及其應(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(jī)物降解、污泥增長、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： 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；微生物增還研究底物降解與生物量長動力學(xué)，涉及微生物增長與基質(zhì)濃度、生物量、

24、增長常數(shù)等因素的關(guān)系； 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)： 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；活性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行條件絕對穩(wěn)定；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；進(jìn)水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。一、活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)1、米一門公式Michaelis Menton 提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說，通過理論推導(dǎo)和實(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)動力學(xué)公式，即米一門公式：ax式中：v 酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反

25、應(yīng)速率;V m ax 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：E S ES E P米門公式的圖示:2、莫諾德模式 莫諾德模式的基本形式: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)濃度之間的動力學(xué)公式，即莫 諾德模式：Sm ax 7K s S式中：dx dt / x 微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS d ；max 基質(zhì)達(dá)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 ；Ks 飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。

26、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(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?？梢约俣ǎ涸谖⑸锉仍鲋乘俾逝c底物的比降解速率之間存在下列比例關(guān)系:m axsKI Sv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：ds /式中：v () x比底物降解速率(kgBOD5 kgVSS d)；dt /Vmax底物的最大比降解速率；s 限制增殖的底物濃度;Ks 飽和常數(shù)。對于廢水處理來說，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:m axm ax 莫諾德方程式的推論：1)在高底物濃度的條件下，即S Ks，呈零級反應(yīng)，則有:m axdSd

27、t2）在低底物濃度的條件下，即S Ks,則:Sm axKdSdtK 2 XS、Lawrenee McCarty 模型i、有關(guān)基本概念： 微生物比增殖速率：（臾）oxdt / 單位基質(zhì)利用率：q （英）u Xdt / 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：c V X/ X式中：x每日增殖的微生物量，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，就是每日排放的剩余污泥量。因此：c Qw Xr (Q

28、 Qw) Xe Q Xi簡化后，則:V X c Qw Xr與c的關(guān)系：dx / dt而x T，所以有：x / t Tc 1或而cXc2、L M模式的基本方程式:第一基本方程式:前面已有：Y dsK d Xdtdtu式中 Y 微生物的產(chǎn)率系數(shù)，kgVSS/kgBODs d ;1Kd 自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù)，d , （ kgVSS/kgVSS d ）；經(jīng)整理后：1cYqK 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。第二基本方程式:認(rèn)同莫諾德模式:vmaxSKs S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dsdtKs S式中：S 反應(yīng)器內(nèi)的基

29、質(zhì)濃度；qmax單位生物量的最大基質(zhì)利用速率;uKs 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。3、L-M模式的導(dǎo)出方程式 第一導(dǎo)出方程一一出水水質(zhì)Se與污泥齡c之間的關(guān)系：（對于完全混合式）(ds / dt ) uXV m axSeSe代入:則有:V m axSeSeY q KdcSeK s(1 K d c)c ( Yv m ax K d )1Lawrenee McCarty 建議的排泥方式:hq#xQ&、:VX0 J1兩種排泥方式：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。3)便于控制曝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 )

30、可將剩余污泥單獨(dú)濃縮處理;氣池的運(yùn)行。因此按這種排泥方式的污泥齡的計(jì)算就可以變得更簡單，如下:VXcQ w X (Q Q w ) X e QX i簡化后,VcQw由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運(yùn)行管理。第二導(dǎo)出方程一一曝氣池內(nèi)微生物濃度X與污泥齡c的關(guān)系對曝氣池作有機(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 QSRQSe (ds/dt)u V (1 R)QSedsQ (SiSe) dt代入第一基本方程有:c Y QSiSeV 1 Kd c由于t HRT V/Q，則有:SiSet 1 Kd c上式說明：曝氣池中微生物量濃度是與有機(jī)

31、物的濃度、c和曝氣時間等有關(guān)的。式中ct,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)。 第三導(dǎo)出方程一一回流比 R與c之間的關(guān)系對曝氣池的生物量進(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）-（生物量離開曝氣池的速率）dxds0( )V RQX r QX i YKdX V Q (1 R) Xdtdt u其中 q ( ds / dt ) u / X ， 所以:RQX r(YqK d)XVQ(1R ) X1cYqK d1Q所以：1RRX rcVX106式中：Xr 回流污泥的濃度，可由下式估算：XrSVI注意：1）是近似值；2）由S

32、VI算出的是MLSS值，應(yīng)再換算成 MLVSS。(dX dt)s(dS dt)u 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）是指單位時間內(nèi)，微生物的合成量與基質(zhì)降解量的比值，即:表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs ）是指單位時間內(nèi)，實(shí)際測定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值,即：Y obs1一，以及c該式還提供了通過試驗(yàn)求Yobs(dX / dt )T(dS / dtYobs(dX / dt )t / X(dS / dt ) u / XYqY及Kd的方法,K d代入，則有:將其取倒數(shù)后得:Y obsY /( 1以1 Yobs對 c作圖，即可求得丫及Kd值。其中Yobs/Q(Si Se)

33、 c與Se及E的關(guān)系：（見附圖3）c升高 Se下降 E升高;下降 Se升高下降因此，對于一個活性污泥系統(tǒng)有一個)min可以通過假定Se = Si并代入則有:1( c ) m inYV m axK s般,Ks Si，所以,1(c ) m invm axKd對方程式的推論已有：V V m axK sv q，所以,ax活性污泥處理系統(tǒng)一般為低基質(zhì)濃度,Ks Se，所以,VmaxKsS K S， 其中又： q(ds / dt ) uKS ，所以:(ds / dt ) uKSX在穩(wěn)態(tài)下，（ds/dt）u(S Se)/t Q(Si Se)/V所以:KS eQ(Si Se)XVQ ( S i S e )Xq

34、三、動力學(xué)參數(shù)的測定動力學(xué)參數(shù)K s、Vmax (qmax)、丫Kd是模式的重要組成部分，一般是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。1、Ks、Vmax (q max )的確定S.將下式：rrvv maxizQK sSeds/dt u式中y /c所以v qX取不同的1t值，即可計(jì)算出一1值Vq取倒數(shù)，得1 KV Vmax1 1SeVmax1 1XtXV q(ds/dt)uSISe1 繪制 -1關(guān)系圖，VSe值。Vmax圖中直線的斜率為 上丄值，截距為Vm ax2、丫、Kd值的確定已知 丄 丫 q Kdc以及(ds/dt)uSiSetX取不同的c值，并由此可以得出不同的Se值，代入上式，可得出一系列 q值。繪制的q

35、l關(guān)系圖，圖中直線的斜率為 丫值，截距為Kd值。c第四節(jié)、曝氣的原理、方法與設(shè)備、曝氣的原理與理論基礎(chǔ)在活性污泥法中，曝氣的作用主要有：充氧：向活性污泥中的微生物提供溶解氧，滿足其在生長和代謝過程中所需的氧量。攪動混合：使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于懸浮狀態(tài)，與廢水充分接觸。1、Fick定律通過曝氣，空氣中的氧，從氣相傳遞到混合液的液相中，這實(shí)際上是一個物質(zhì)擴(kuò)散過程，即氣相中的氧通過氣液界面擴(kuò)散到液相主體中。所以，它應(yīng)該服從擴(kuò)散過程的基本定律一一Fick定律。Fick定律認(rèn)為：擴(kuò)散過程的推動力是物質(zhì)在界面兩側(cè)的濃度差，物質(zhì)的分子會從濃度高的一側(cè)向濃度 低的一側(cè)擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移。即v d D L dy式中：

36、Vd物質(zhì)的擴(kuò)散速率，即在單位時間內(nèi)單位斷面上通過的物質(zhì)數(shù);Dl 擴(kuò)散系數(shù)，表示物質(zhì)在某種介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和介質(zhì)的特性及溫度;C 物質(zhì)濃度;y擴(kuò)散過程的長度gC 濃度梯度，即單位長度內(nèi)的濃度變化值。 dy式（1）表明，物質(zhì)的擴(kuò)散速率與濃度梯度呈正比關(guān)系。A表示界面面積，則有:如果以M表示在單位時間t內(nèi)通過界面擴(kuò)散的物質(zhì)數(shù)量，以Vg（罟）/A代入（1 ）式，得:罟）dladCdy2、雙膜理論對于氣體分子通過氣液界面的傳遞理論，在廢水生物處理界被普遍接受的是Lewis & Whitman 于1923年建立的“雙膜理論”。雙膜理論認(rèn)為：1）當(dāng)氣、液面相接觸并作相對運(yùn)動時，接觸界面的

37、兩側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液 膜；2）氣膜和液膜內(nèi)相對運(yùn)動的速度屬于層流，而在其外的兩相體系中則均為紊流；3）氧的轉(zhuǎn)移是通過氣、液膜進(jìn)行的分子擴(kuò)散和在膜外的對流擴(kuò)散完成；4）對于難溶于水的氧來說，分子擴(kuò)散的阻力大于對流擴(kuò)散，傳質(zhì)的阻力主要集中在液膜上；5）在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在著氧的濃度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)移的推動力；6）實(shí)際上，在氣膜中，氧分子的傳遞動力很小，即氣相主體與界面之間的氧分壓差值Pg P很低，-般可認(rèn)為Pg P。這樣，就可以認(rèn)為界面處的溶解氧濃度Ci等于在氧分壓條件下的飽和溶解氧濃度值，因此氧轉(zhuǎn)移過程中的傳質(zhì)推動力就可以認(rèn)為主要是界面上的飽和溶

38、解氧濃度值Cs與液相主體中的溶解氧濃度值Ci。雙膜理論模型的示意圖：（或稱氧轉(zhuǎn)移模式圖（雙膜理論）設(shè)液膜厚度為yl （此值是極小的），因此在液膜內(nèi)溶解氧濃度的梯度為:(4)(5)dC Cs Ci dyyi代入式（3 ），得：dM DlAci dtyL式中氧傳遞速率，kgO 2/h ；dtD l氧分子在液膜中的擴(kuò)散系數(shù)，m 2/h ；A 氣、液兩相接觸界面面積，m2；Cs CL在液膜內(nèi)溶解氧的濃度梯度， kgO 2/m 3 .m ；yL設(shè)液相主體的容積為 V（m3），并用其除以上式，則得:dMdt/VDlACl)dCdtA氣 Cl)液相主體溶解氧濃度變化速率（或氧轉(zhuǎn)移速率）(6 (6)，kgO

39、2/m 3.h；Kl液膜中氧分子傳質(zhì)系數(shù)，m/h， kl DL/yL。由于氣液界面面積難于計(jì)量，一般以氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa ）代替Kl-，則上式改寫為V式中：KLa 氧總轉(zhuǎn)移系數(shù),dCdtKLa (Cs Ci)h-1，KLaaDl aVyL V此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則（7）（8）K La值低，反之則 K La值高。Cl提高到Cs所需要的時間。KLa的倒數(shù)1/K La的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從為了提高dC/dt值，可以從兩方面考慮：（式（8）1）提高KLa值一一加強(qiáng)液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。

40、2）提高Cs值一一提高氣相中的氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣等。3、氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（K La）的求定氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa ）是計(jì)算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般是通過試驗(yàn)求得。將式（7 ）整理，得:dCCs CKLa dt(10 (10)積分后得：in Cs C0KLa tCs CtCs CoKa換成的以10為底，則lg（亍0）- t式中：Co當(dāng)t=0時，液體主體中的溶解氧濃度（mg/l）；Ct當(dāng)t=t時，液體主體中的溶解濃度 （mg/l）；Cs是在實(shí)際水溫、當(dāng)?shù)貧鈮合氯芙庋踉谝合嘀黧w中飽和濃度（mg/l）。一Cs Co一由式（10 ）可見lg -與t之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/2.

41、3。Cs Ct測定KLa值的方法與步驟如下：1）向受試清水中投加 Na 2SO3和CoCl2，以脫除水中的氧；每脫除1mg/L的氧，在理論上需7.9mg/LNa2SO3，但實(shí)際投藥量要高出理論值1020% ； C0CI2的投量則以保持 Co2+離子濃度不低于 1.5mg/L為準(zhǔn)，Co2+是催化劑。2）當(dāng)水中溶解氧完全脫除后，開始曝氣充氧,般每隔10分鐘取樣一次，（開始時可以更密集一些）KLa/2.3。取610次，測定水樣的溶解氧;3)計(jì)算CsC0值，繪制lg C_Cc與t之間的關(guān)系曲線，直線的斜率即為Ctg Cs Ct、氧轉(zhuǎn)移速率的影響因素標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率指脫氧清水在 20 C 和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件

42、下測得的氧轉(zhuǎn)移速率，一般以R0 表示（kgO 2/h ）；實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率以城市廢水或工業(yè)廢水為對象，按當(dāng)?shù)貙?shí)際情況（指水溫、氣壓等）進(jìn)行測定，所得到的為實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率，以R表示，單位為kgO2/h。影響氧轉(zhuǎn)移速率的主要因素：廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等1、水質(zhì)對氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa ）值的影響廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉(zhuǎn)移的阻力，使KLa值降低；為此引入系數(shù)，對KLa值進(jìn)行修正：KLawKLa式中KLaw 廢水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；值可以通過試驗(yàn)確定，一般=0.8 0.852、 水質(zhì)對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對此，以系數(shù)加以修正：CswCs，式中Csw廢水

43、的飽和溶解氧濃度，mg/l ；值一般介于0.9 0.97之間。KLa值將提高；水溫降低，則相反。溫3、 水溫對氧總轉(zhuǎn)移系（KLa）的影響水溫升高，液體的粘滯度會降低，有利于氧分子的轉(zhuǎn)移，因此 度對 KLa 值的影響以下式表示：KLa(T)KLa(20)1.024(T 20)式中 KLa（T）和KLa（20 ）分別為水溫T C和20C時的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；T設(shè)計(jì)水溫C；4、水溫對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響水溫升高，Cs值就會下降，在不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度可以從表中查出。水溫（C）012345678910飽和溶解氧14.614.213.813.413.112.812.412.111.8

44、11.511.3（mg/l）23483087793水溫（C）1112131415161718192021飽和溶解氧（mg/l ）11.010.810.610.310.19.959.749.549.39.18.983075579水溫（C）222324252627282930飽和溶解氧（mg/l ）8.838.638.538.388.228.077.927.777.635、壓力對飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力（P）之間存在著如下關(guān)系:Cs(P)c P PCs(760)“1.013 105 P(15)式中 P所在地區(qū)的大氣壓力，Pa ；Cs(P)和 Cs(760)分

45、別是壓力 P和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力條件下的Cs 值，mg/l ；水的飽和蒸氣壓力，Pa ；由于P 很?。ㄔ趲譳Pa范圍內(nèi)），一般可忽略不計(jì)，則得:Cs(P)Cs(760)P1.013 105760)其中1.01310對于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下， 其Cs值以擴(kuò)散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶 解氧濃度的平均值 Csm計(jì)算，如下所示：Csm - Cs1 Cs2 Cs OtPb 5（18）22211.013 10式中Ot從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，% ； Ot21丄 邑（19）7921 1 EAEa 氧利用率，%，一般在6% 12%之間；Pb 安裝曝氣裝置處的絕對壓力，可以按下式計(jì)算

46、：3PbP 9.8 10 H（20）P曝氣池水面的大氣壓力，P= 1.013 X105 Pa； H 曝氣裝置距水面的距離，m。三、氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計(jì)算1、氧轉(zhuǎn)移速率的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速度R0)為:dC V dtKLa(20)Csm(20)CLV KLa(20) Csm(20) V，式中 Cl水中的溶解氧濃度，對于脫氧清水Cl=0;V曝氣池的體積，（m3）；R）,則需對上式加以修正，需引入各為求得水溫為T,壓力為P條件下的廢水中的實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率（項(xiàng)修正系數(shù)，即:R 心玄1.02 20)Csm(T)CL V ,因此，Ro/R為:R。sm (20 )1.024 (T 20)(23 )C sm (T

47、 )Cl般來說：R0/R = 1.331.61 o將（23 ）式重寫：Rsm(20)1.024(t20)Csm(T) Cl式中Cl曝氣池混合液中的溶解氧濃度，一般按 2mg/l來考慮。2、氧轉(zhuǎn)移效率與供氣量的計(jì)算氧轉(zhuǎn)移效率:Roor式中：Ea氧轉(zhuǎn)移效率，一般的百分比表示;Oc供氧量，kgO 2/h ； OC Gs 21% 1.331 0.28Gs， 21% 氧在容氣中的占的百分比;1.331 20 C時氧的容重，kg/m 3 ；Gs供氧量，m3/h供氣量Gs：(27)R 00.28 E a對于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的Ea值是制造廠家通過清水試驗(yàn)測出的，隨產(chǎn)品向用戶提供;對于機(jī)械曝氣系統(tǒng),按

48、式（24）求出的Ro值，又稱為充氧能力，廠家也會向用戶提供其設(shè)備的Ro值。 需氧量：活性污泥系統(tǒng)中的供氧速率與耗氧速率應(yīng)保持平衡，因此，曝氣池混合液的需氧量應(yīng)等于供氧量。需氧量是可以根據(jù)下式求得:O2 aQSr bVXv ( 28)四、曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)求風(fēng)量即供氣量:式（28）求得需氧速率 O2根據(jù)供氧速率 =需氧速率，則有： R=O2，根據(jù)式（24 ）求得標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率Ro: r0sm(20)1.024(T 20)Csm(T)Cl根據(jù)式(27 )求得供氣量 GR (m3/d ) Gs (m3/min)；s .28 E A 求要求的風(fēng)壓(風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓)：根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻力

49、、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風(fēng)壓。 根據(jù)風(fēng)量與風(fēng)壓選擇合適的風(fēng)機(jī)。2、機(jī)械曝氣系統(tǒng)充氧能力R的計(jì)算：根據(jù)式28)求得需氧量 。2；R=O 2 ； RR C s( 2)1.24(t 20) Cs(T) CL根據(jù)R值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。例題一個城市污水處理廠，設(shè)計(jì)流量Q = 10000m 3/d , 一級處理出水 BOD5 = 15mg/l ,采用活性污泥法處理，處理水BOD5 15mg/l。采用中微孔曝氣盤作為曝氣裝置。曝氣池容積 V= 3000m 3, Xr=2000mg/I ,Ea=10% ,曝氣池出口處溶解氧 ci =2mg/l，水溫T=25 0C，曝氣盤安裝在水下 4.5m處。有關(guān)參數(shù)為：a =0.5, b = 0.1,=0.85,=0.95 ,=1.0求：(1)采用鼓風(fēng)曝氣時，所需的供氣量Gs