活性污泥的增長(zhǎng)規(guī)律研究概要

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)曲線來描述：(見附圖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(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷(LsBOD

2、5),即：FM=Lsbod5=QBiVxJkgBODskgVSSd)3、一般來說，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)過程；(2)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。(3)BOD5、COD等各項(xiàng)污染指標(biāo)可能并無較大變化。對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期：(1) F/M值高(2.2kgBOD5/kgVSSd),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

3、的控制因素；(2)微生物的增長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度無關(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) 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)

4、有機(jī)底物的降解速率也開始下降；(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：(1)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；(2)污泥的無機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有

5、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)可以通過調(diào)整F/M值，來調(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_dxdx.dtg.dts.dte式中：id:活性污泥微生物的凈增殖速率(kgVSS/d)

6、；dtg心_adS_活性污泥微生物的合成速率；dts一adtua降解每kgBODs所產(chǎn)生的VSS值，即產(chǎn)率系數(shù)(kgVSS/kgBODsd);dx絲I=bxv活性污泥微生物自身氧化速率；Idt大b每kgVSS每日自身氧化的kg數(shù)，即自身氧化系數(shù)(d-1)；xvVSS(kg)。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式：bxv1dtJu積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長(zhǎng)量為x=aQSr-bVXv式中：取=每日污泥增長(zhǎng)量（VSS）,kg/d;=Qw，Xr;Q每日處理廢水量（m3/d）；Sr=Si-Se3Si進(jìn)水BOD5儂度(kgBOD5/m或mgBOD5/l);Se3出水80口5濃度（卜9

7、80口5小或mgBODs/l）。0.1；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（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通過小試求得：將上式改寫為：一X=aQSJ-bVXvVXv6、有機(jī)物降解與需氧：微生物的代朗i需要氧：（1）需要將一部分有機(jī)物氧化分解；（2）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：O2=aQSrbVXv式中O2曝氣池混合1的需氧量，kgO2/d;a代謝每kgBODs所需的

8、氧量，kgOz/kgBODsd；b每kgVSS每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量，kgO2/kgVSSd。上式可改寫成O2VXv.a,-bVXv-aLsrBODsb02VXvc，b1oO2=ab二aQSrQSrLsrBOD502-“單位重量污泥的需氧量，kgO2/kgVSSd；VXv2AO2=-去除每kgBOD5的需氧量，kgO2/kgBOD5d。QSra,b值的確定：(1)活性污泥法處理城市污水時(shí)的AO2和a,b值：運(yùn)行方式應(yīng)ab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

9、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0.550.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185試驗(yàn)法：,O2,將上述方程式改寫成：=aLsrBOD5+bVXv5四.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)

10、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)除特別說明外，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)無微生物活動(dòng)，也無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(LawrenceMcCarty)模式莫諾德(Monod)模式酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式(米一j公式)(MichaelisMenton)(一)活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

11、的基礎(chǔ)一一米一門公式與莫諾德模式A.米一門公式通過理論推導(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_vmaxS一KmSMichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物學(xué)說，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式，即米一門公式：式中：v酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率；vmax一一產(chǎn)物生成的最高速率；Km一一米氏常數(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：ES-ESEP米門公式的圖示：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：_max.

12、S_KsS式中：N=（dx/，x微生物的比增殖速率，；max基質(zhì)達(dá)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：一二Vmax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:式中：丫=一（7）/”比底物降解速率（d）；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(duì)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

13、模式的圖示:莫諾德方程式的推論:在高底物濃度的條件下，即SKs,呈零級(jí)反應(yīng)，則有:maxdS二dt在低底物濃度的條件下，即SKs,貝U：(二)SmaxKdSdtK2XSLawrenceMcCarty模式:1)LawrenceMcCarty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。行。3)第二種排泥方式的優(yōu)點(diǎn):有關(guān)基本概念:、微生物比增殖速率:、單位基質(zhì)利用率: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;便于控制曝氣池的運(yùn)YX1殺x、生物固體平均停留時(shí)間（又稱細(xì)胞平均停留時(shí)間，在工程上習(xí)稱污泥齡）-一在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，微生物從其生成開

14、始到排出系統(tǒng)的平均停留時(shí)間；-一也可以說是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所需要的平均時(shí)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cc表示，單位為d,即:二Vx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：6cVXQwXr(Q-Qw)Xe-QXi簡(jiǎn)化后，則:VXoT2）按第二種排泥方式，則:UcVXQwX(Q-Qw)X-QXi由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運(yùn)行管理。3）N與19c的關(guān)系：d=/dt，而日：x/,：tT所以有：19c=1/N或N=1/Hc（三）L-M模式的基本方程式:1 .第一基本方程式:前面已有:

15、dxdt式中Y微生物的產(chǎn)率系數(shù)，kgVSS/kgBOD5;Kd自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù),d，（蟒/gs，d）；經(jīng)整理后:Uc=Yq表小的是污泥齡（日c）與產(chǎn)率系數(shù)丫、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:maxa.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dsdsIqmaxXS式中：s反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度;qmax單位生物量的最大基質(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)出方程一一出水水質(zhì)Se與污泥齡0c之間的關(guān)系：（對(duì)于完全混合式）則有:(d

16、s/dt)max代入:Yq二=Yvmax6cSe=_Kd,SeKsKs(1Kd)(YVmax-Kd)-1B.第二導(dǎo)出方程一一曝氣池內(nèi)微生物濃度X與污泥齡日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=QRQSe-(ds/dt)uV-(1R)QSe=也二Q（Si-Se）dTu-V代入第一基本方程有：X=YQ（Si-Se）V（1Kd）由于t=HRT=V/Q,則有：X=,Y（Si-Se）t（1Kd1c）上式說明：曝氣池中微生物量濃度是與有機(jī)物的濃度、ec和曝氣時(shí)間等有關(guān)的。式中=/t,可以稱為污泥循環(huán)因子，其物理意義為：活

17、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)出方程一一回流比R與“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）-（生物量離開曝氣池的速率）-Q(1R)Xdx_0-(竺)V=RQXrQXidt其中q=(ds/dt)u/X,所以:RQXr(Yq-Kd)XV=Q(1R)XYq1 Q所以：=1RV一106式中：Xr回流污泥的濃度，可由下式估算：XSVI1） 是近似值；2）由SVI算出的是MLSS值，應(yīng)再換算成MLVSSo(dXdt)s-(dSdt)uD.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)，

18、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(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:Y,obs(dX/dt)T(dS/dt)u=Yobs(dX/dt)T/X(dS/dt)u/X將N=-1一，以及L=Yq_Kd代入，則有：Yobs=Y/(1+Kd日c)口c，該式還提供了通過試驗(yàn)求Y及Kd的方法，將其取倒數(shù)后得:二LJYobsYYc以1/Yobs對(duì)9c作圖，即可求得Y及Kd值。其中Yobs=x/Q（Si-Se）E.10c與Se及E的關(guān)系：（見附圖3）9c升高Se下降E升高；9c下降Se升高E下降因此，對(duì)于一個(gè)活性污泥系統(tǒng)有一個(gè)（3c爪可以通過假定Se=SI并代入vmaxSe則有：1二YVmaxSiKd(c)minKsSiYVmax-Kd“1般，KsSe,所以，qvmaxsKs其中K=vnaJKs又：q(ds/dt)uXKS所以：(ds/dt)u=KSX在穩(wěn)態(tài)下，(ds/dt)u=(-Se)/t=Q(-Se)/V所以:q=KSeQ(Si-Se)XVXq-V(五)動(dòng)力學(xué)