4.6 活性污泥反应动力学基础

降解速率：－
ds dt
比降解速率： r

1 X
ds dt
1）米－门公式：（1913年）
v=vmax vmax
v=
vmax 2
图 17-6 米-门方程式与其v=f(S)关系曲线
纯酶→单一基质 酶促反应中基质比降解速率
V 1 ds rmaxS (kg / kg h) ds X rmaxS

K2 XS
3．Monod公式的应用与参数的确定
完全混合曝气池中 ds 公式的推导 dt
二次
Q
Q+RQ
沉淀池
Q
曝气池
S0
SeX
Se
处理水
RQ
Se
Xr
回流污泥
QwXr
图17-7 完全混合活性污泥系统的物料平衡
剩余污泥

ds dt

K 2 XS
对于一级反应：
适合于

ds dt

K2 XS
r

ds
dt
rm a x
S KS
S

rm a x
XS KS
S
rm a x rmaxX
将上式积分：
S

S eK1Xt 0
S Ln S0 K1Xt
2） 当混合液中S在S´～S´´之间——中等有机物浓度
r

rm a x
K
S S
S
－
ds
dt

rm a x
XS KS
S
呈分数级反应
3）一相说与二相说
一相说——Monod公式
S r rmax KS S
是连续函数
二相说——Eckenfelder二相说——非连续函数
高有机物浓度：
r

rm a x

K1
ds
dt rmaxX K1X
低有机物浓度：
r

K2 S

ds dt
dt

ma
S KS S
XS x KS S
do2 dt
HS, X) o2
aQSr
bVX v
4.6.2 莫诺方程式
μmax
μmax
μ=
μmax 2
μ=
μmaxS Ks+S
0 S" S=Ks
S=S' S
图 17-5 莫诺方程式与其μ=f(S)关系曲线
1. Monod（莫诺）公式的由来与演变
3. 全部可生物降解的底物都处于溶解状态；
4. 系统处于稳定状态；
5. 二沉池中没有微生物活动；
6. 二沉池中没有污泥积累，且泥水分离效果良好。
Several assumptions:
1. The aeration tank is in a completely mixed state;
2. The microbial concentration in the water is small compared with that in the aeration tank and can be ignored;
∴
r

1 X
ds dt

ds dt

rm a x
X KS
S S
4） Lawrence公式：（1960～1970年）
异养微生物群体（活性污泥）→污水中混合有机物
证实有机物降解速率也符合Monod公式
2．Monod公式的推论
1）当混合液中S＞＞KS则（17-20）式中KS可忽略不计——高有机物浓度
Se(mg/L)
2） Vmax、KS的求定
Xt S0-Se
( )( ) S0X-tSe=
Ks vmax
1 Se
+
1 vmax
vKmsax
1 Ks
1 vmax
1 Se
图17-9 确定常数值vmaxKs的图解法
将式取倒数得：
rm a x
Se KS
Se

Q(S0 Se ) XV

(S0 Se) X t
3. All biodegradable substrates are dissolved;
4. The system is in a stable state;
5. No microbial activity in the secondary sink;
6. There is no sludge accumulation in the secondary sedimentation tank, and the separation effect of mud and water is good.
4．K2、Vmax、KS的求定
1） K2的求定
S0 Se Xt
K2Se
Nrs K 2Se
以 S0
Se Xt
即N rs为纵坐标，
以Se为横坐标作图，
则直作图，
则直线的斜率即为K 2
S0X-tSe(kgBOD/kgMLSS·d)
3组
2组 1组
5组
4组 K2
0
图17-8 图解法确定K2值
Q(S0 Se ) XV

S0 Se Xt

K2Se

rm a x ks
Se
当以Se代替劳麦方程式（ Monod公式的推论）式中的S得出：

ds dt

rm a x
XSe KS Se
代入式后 ：
rm a x
XSe KS Se

Q(S0 Se) V
并在等式两边同时除以X得出：
rm a x
X dt KS S
（11-16）
1 dx maxS
X dt KS S
r 1 ds
X dt
y r
∵

max

y rmax

rm a x

max
y
∴
r


y

1 y
max S
KS S

max
y
S KS S
rmax
S KS S
4.6.1 概述
F
∵ NS M
其值不同，就会导致
dx dt
、ds
dt
、do 2
dt
∴动力学是研究讨论下列函数关系：
的变化
ds dt

f
s,
x


r

rm a x
S KS
ds dt

rm a x
K
S XS S
S
dx dt

g(S,
X
)

max

dx
X dt KS S
dt
KS S
2） Monod公式（1942年）
纯菌种→单一基质 微生物的比增长速率
1 ds maxS (kg / kg h) X dt KS S
3） Monod公式（1950年）
异养微生物群体→单一基质 微生物的比增长速率
1 dx maxS

rm a x ks
XS
在稳定条件下，对有机物进行物料平衡：
QS0 RQSe ＝ (Q RQ)Se
+ ds V
dt
进入曝气池
流出曝气池
在曝气池降解的
ds Q(S0 Se )
dt
V
ds Q(S0 Se )
dt
V
将
ds dt

K2 XS代入得出：
Qw、Xr
图 17-10 推流式曝气池
2） 完全混合式、推流式二者水力停留时间的比较
定义： 水力停留时间t V Q
给水工程（第四版）：P249 表14－3，
一级反应： PF 1 Ln C0 ； CSTR 1 (C0 1)
K Ci
K Ci
对于完全混合式：
t CFSTR
VCFSTR Q
Xt S0 Se
=

KS rm a x


1 Se

+

1 rm a x

为纵坐标
斜率 为横坐标
截距
5．推流式曝气池
1）分析与问题的提出
Q、S0
S由大→小；F/M变化 X变化，取X
VPF
(Q+RQ) X、Se
Q-Qw Se、Xe
处理水
Qw＜＜Q，Xe≈0
RQ、Se、Xr
由式可知：
S0 Se Xt
K2Se
S0 Se K2SeXt S0 Se K2SeXt Se (1 K2Xt)
有机物残留率 Se 1 S0 1 K2 Xt
去除率 S0 Se 1 Se 1 1 K 2Xt
S0
S0
1 K2Xt 1 K2Xt
4.6 活性污泥反应动力学基础 Kinetic of activated sludge reaction
4.6.1 概述 4.6.2 莫诺德方程式 4.6.3 劳伦斯——麦卡蒂方程式
几点假设：
4.6.1 概述
1. 曝气池处于完全混合状态；
2. 进水中的微生物浓度与曝气池中的活性污泥微生物浓度相比很小， 可以忽略；
Se KS
Se

Q(S0 Se ) XV

(S0 Se) X t
N rs

S0 Se Xt
K2Se

rm a x
Se KS
S
污泥负荷率
N rv

Q(S0 Se ) V

S0 Se t
K2 XSe
rmax
XSe KS Se
容积负荷率
有机物的去除率 S0 Se S0

K
2
X
1

S S
0 e
1

1 K2X

S0 Se
1
而对于推流式：t
Βιβλιοθήκη Baidu
PF

VPF Q

1 K2X
Ln
S0 Se