4.6 活性污泥反应动力学基础
活性污泥反应动力学基础
∴ -ds/dt= VmaxSX/(Ks+S)，即p115（4－32）式。
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• 将monod方程倒装得：
1/µ＝1/µmax .( ks/s+1)= ks/µmax.(1/s)+1/µmax。 • 根据monod方程与米-门方程的相关性，
前面已推导µ＝Y.V；µmax＝Y. Vmax。
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3
（1）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限制。
处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。
∵S>>Ks、Ks+S≈S ∴μ=umax。
此时反应速度和底物浓度无关，呈零级反应，即n=0。
（2）当底物浓度较小时，微生物生长受到限制。
处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正比。
∵S＜＜Ks、Ks+S≈Ks ∴μ=μmaxS/Ks=K.S 此时，μ∝S，与底物浓度或正，呈一级反应。
液中进行了微生物生长的实验研究，并提出了微生物生 度和底物浓度间的关系式：
μ = μmaxS/（Ks+S）
式中：
µ ——微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度. μmax——微生物最大比增长速度； Ks ——饱和常数，μ =（1/2） μmax时底物浓度，
故又称半速度常数。
S ——底物浓度。
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3）确立了污泥回流比(R)与θc的关系: 1/ θc =Q[1+R-R(Xr/Xa)]/V
式中：Xr为回流污泥浓度，(Xr)max=106/SVI 。
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4）总产率系数（Y）与表观产率系数（Yobs）间的关 系.
Yobs＝Y/(1+Kd·θc) 即实测污泥产率系数较理论总降低。
活性污泥反应动力学及工艺的设计与计算
主要假设：
曝气池中呈完全混合状态； 活件污泥系统运行条件绝对稳定； 活性污泥在二次沉淀池内不产生微生物代谢
活动，而且其量不变； 处理系统中不含有有毒物质和抑制物质。
莫诺特(Monod)方程式 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在培养基稀溶
液中进行了微生物生长的实验研究，并提出了微生物生 长速度和底物浓度间的关系式：
此时，μ ∝S，与底物浓度呈一级反应。
（3）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和
底物浓度呈μ =μ maxS/Ks+S关系，即不成正比关系，
此时0＜n＜1为混合反应区的生化反应。
上述研究结果，与米—门方程式十分相近。 米—门方程式为： V＝VmaxS/Ks+S monod方程的结论使米一门方程式引入了
∴ µ＝YV µmax＝YVmax； 带入μ=μmaxS/Ks+S 得： V＝VmaxS/Ks+S 即米一门方程式。
劳伦斯—麦卡蒂模式的基础概念
建议的排泥方式 有两种剩余污泥排放方式： 传统的排泥方式； 劳伦斯—麦卡蒂推荐的排泥方式。
第二种排泥方式的主要优点在于减轻二次沉 淀池的负荷，有刊于污泥浓缩，所得回流污泥 的浓度较高。
(2)参数选择 在进行曝气池(区)容积计算时，应在一定的范围内合
理地确定污泥负荷和混合液悬浮固体浓度，此外．还应同 时考虑处理效率、污泥容积指数(SVl)和污泥龄等参数。 污泥负荷的的取值应低于0.2kgBOD/(kgMLVSS d)。
2 需氧量和供气量的计算 (1)需氧量 活性污泥法处理系统的日平均需氧量(Q)和去除每 kgBOD的需氧量(⊿Q)可分别按动力学公式计算．也可 根据经验数据选用。
曝气沉淀池的构造设计
曝气沉淀池多呈圆形并用表面机械曝气装置。在 构造设计方面有下列基本要求。
排水工程(下册)题库及部分答案
排水工程下册1污水中含氮化合物有四种：有机氮、NH３－N、NO２－N和NO３－N。
2、SBR池的运行操作由：进水、反应、沉淀、和静置等5个工序组成。
3、生物膜的微生物相主要是：细菌、、、、等。
4、三相流化床与好氧两相流化床相比，不需要另外设置和。
5、根据稳定塘中微生物优势群体类型和塘水的溶解氧状况来划分，稳定塘可分为：、、，。
6、复杂有机物的厌氧降解过程可分为：、、等三个阶段。
7、生物膜反应器中属固定床的工艺主要有：生物滤池、、、微孔膜生物反应器等。
8污水是、、被污染的的总称。
10活性污泥由以下四部分组成：；；；由污水挟入的无机物质（Mii）。
11氧化沟的曝气装置的功能是：、、。
12在延时曝气活性污泥系统中出现轮虫是标志。
13污泥按其来源不同可分为：、、、化学污泥。
14根据斯托克斯公式，颗粒自由沉淀的沉速u与下列参数相关：、、。
15在污泥回流系统中，常用的污泥提升设备主要是、和。
16污水的生物性质的检测指标有：、、。
17沉淀池按池内水流方向的不同，可分为：、和。
18工程上常用的氧化沟的类型有：、交替工作氧化沟、二次沉淀池交替运行氧化沟、、。
19污泥中所含水分大致可分为4类：、、污泥颗粒的吸附水和颗粒内部水，其中污泥浓缩主要去除的是。
20污泥沉降比SV为25%，污泥浓度MLSS为2500mg/L，则污泥容积指SVI= 。
21污泥机械脱水前的与处理目的是：。
预处理常用的方法有：、、冷冻法、陶洗法等。
22在污水的重金属离子中被称为“五毒”的是：汞、、、、以及它们的化合物。
23生物膜的微生物相主要是：、、、、等。
24碱度是指污水中含有的能与强酸产生反应的物质，主要包括三种：；；。
25污水中含氮化合物有四种：、、和。
26活性污泥由以下四部分组成：；；；由污水挟入的无机物质（Mii）。
27根据斯托克斯公式，颗粒自由沉淀的沉速u与下列参数相关：、、。
28工程上常用的氧化沟的类型有：、交替工作氧化沟、二次沉淀池交替运行氧化沟、、。
活性污泥法动力学
浅谈好氧活性污泥法在污水治理中的应用随着城市化程度的不断深化，人口压力的逐步提高。
我国环境污染的情况也越来越严峻。
党和国家已经将环境保护确立为我国的基本国策之一。
目前，按照要素分类，环境污染主要包括大气污染、水体污染和土壤污染。
针对水体污染的治理，直接关系到人民群众的用水健康和环境的可持续发展。
传统的污水处理方法，较难直接分解污染物，残留量较高，容易造成二次污染；同时，成本较高，设备较为复杂。
而欠发达地区通常使用的方法是利用自然水体的自身净化能力对受到污染的水体进行净化，这种方法对自然环境的破坏较大，过多依赖水体的自然净化能力，不符合可持续发展的战略目标。
而新兴的微生物活性污泥法，因为其设备简单，投资较低，污水净化效率高，二次污染少等优势，得到了广泛的应用与认可。
并在实践中不断发展。
一、水体自净和活性污泥法自然界中的水体是存在自我净化的能力的。
当水体中存在一些有机污染物的时候。
水中的浮游生物、紫外线照射等影响因素就可以使有污染性的有机物转变为无害的简单物质。
使水体质量恢复到受到污染之前的水平。
这就是水体自净。
但是，水体自净是存在一个污染浓度的上限的。
也就是说，自然界的水体存在一定的自净容量。
超过自净容量的水体污染就不能被水体的自净能力所消化。
因此，自净容量就是指在水体正常生物循环过程中能够净化有机污染物的最大数量。
基于以上思路，我们可以人为扩大水体的自净容量。
这就引出了活性污泥法在污水处理中的应用。
活性污泥法，是利用活性污泥中的好氧生物，对污水中的污染物进行氧化还原。
使之变为无害化产物的过程。
将曝气池与二次沉淀池进行串联，并且将污泥管与之回联。
使得二次沉淀池中沉淀的污泥回流到曝气池中。
使这些污泥以及其中的活性成分能够在曝气池中起到凝聚、吸附的作用。
同时，其中的微生物能够使曝气池中的有害化学成分进行氧化分解。
这就是活性污泥法的基本原理和概念。
二、活性污泥法的基本原理活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的一类好氧生物处理方法，生物絮体称活性污泥。
2021年给排水专业知识练习题和答案(Part5)
2021年给排水专业知识练习题和答案（Part5）共2种题型，共85题一、单选题(共50题)1.排水管道接口一般有柔性、刚性和半柔性半刚性三种形式，污水和污水合流管道应采用下列哪项接口形式？()A：柔性接口B：刚性接口C：半柔性半刚性接口D：以上三种形式均可，依据地质条件确定【答案】：A【解析】：根据《室外排水设计规范》4.3.4条，管道接口应根据管道材质和地质条件确定，污水和合流污水管道应采用柔性接口。
故选A2.下述活性污泥法工艺均具有脱氧除磷能力，哪项反应器设计不宜采用最高日最高时流量？()A：AAO法反应器B：Orbal氧化沟C：多点进水多级AO反应器D：CAST反应器【答案】：D【解析】：依据《室外排水设计规范》6.6.34条，SBR反应池宜按平均日污水量设计，而CAST反应器属于SBR反应池的一种，故选择D 3.下列关于高层建筑生活热水供应系统减压阀设置的图示中，哪个是错误的？()A：B：C：D：【答案】：A【解析】：依据《建筑给水排水设计规范》5.2.13条的条文说明：“为高低两区共用一加热供热系统，分区减压阀设在低区的热水供水立管上，这样高低区热水回水汇合至图中A点时，由于低区系统经过了减压，其压力将低于高区，即低区管网中的热水就循环不了”。
4.某小区的车行道、绿地下均敷设给水管道.地坪标高均按-3.0m计，土壤冰冻深度为0.5m。
则下列哪项错误？()A：车行道下给水管的管顶标高不得高于-3.65mB：车行道下给水管的管顶覆土厚度不得小于0.70mC：绿地下给水管的管顶标高不得高于-3.65mD：绿地下给水管的管顶覆土厚度不得小于0.65m【答案】：B【解析】：参见《建筑给水排水设计规范》3.5.3条，室外给水管道的覆土深度，应根据土壤冰冻深度、车辆荷载、管道材质及管道交叉等因素确定；管顶最小覆土深度不得小于土壤冰冻线以下0.15m，行车道下的管线覆土深度不宜小于0.70m。
5.下列关于排水泵站设计的说法中，哪项不合理？()A：某雨水泵站水泵叶轮轴心设计标高与集水井最高水位持平B：某地雨水泵站入口处设计地面标高仅高于设计洪水位0.80mC：某地商业街的排水泵站供电按二级负荷设计D：某位于居民区的污水泵站采用生物除臭装置【答案】：A【解析】：参见《室外排水设计规范》5.1.6条，可知A项正确。
活性污泥反应动力学及工艺的设计与计算
活性污泥反应动力学是以酶工程的米凯利斯— 活性污泥反应动力学是以酶工程的米凯利斯—门坦 是以酶工程的米凯利斯 方程和生化工程的莫诺方程为基础。 方程和生化工程的莫诺方程为基础。它能够通过数 学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统有机物降 污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、 解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行 参数以环境因素之间的关系。 参数以环境因素之间的关系。 在应用动力学方程时，应根据具体的条件， 在应用动力学方程时，应根据具体的条件，包括所 处理的废水成分 温度等近行修正或实验确定动力 废水成分、 等近行修正 处理的废水成分、温度等近行修正或实验确定动力 学参数。 学参数。
2 需氧量和供气量的计算 (1)需氧量 活性污泥法处理系统的日平均需氧量(Q)和去除每 kgBOD的需氧量(⊿Q)可分别按动力学公式计算．也可 根据经验数据选用。
(2)供气量 供气量应按照鼓风曝气型式或机械曝气型式两种情况 分别求定。最小时供气量可按平均供气量的1／2计算。
二次沉淀池的计算与设计
间的关系。 （2）确立微生物浓度（X）与θc间的关系。 确立微生物浓度（ 对完全混合式： 对完全混合式： X＝θcY(Sa-Se)/t(1+Kdθc) 对推流式： 对推流式： X＝θcY(Sa-Se)/t(1+Kdθc) 说明反应器内微生物浓度(X)是θc的函数 微生物浓度(X) 的函数。 说明反应器内微生物浓度(X)是θc的函数。 （3）确立了污泥回流比(R)与θc的关系。 确立了污泥回流比(R)与 的关系。 (R) [1+R1/θc=qV[1+R-R(Xr/Xa)]/V 式中： 为回流污泥浓度: 式中：Xr为回流污泥浓度: (Xr)max=106/SVI 。
讨论： 讨论： （1）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限 当底物过量存在时， 处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。 制。处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。 ∴μ=umax。 ∴μ=umax。 ∵S>>KS、 KS +S≈S 此时反应速度和底物浓度无关， 零级反应 反应， 此时反应速度和底物浓度无关，呈零级反应， n=0。 即n=0。 （2）当底物浓度较小时，微生物生长受到限制， 当底物浓度较小时，微生物生长受到限制， 处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正。 处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正。 ∵S＜＜ KS 、 KS +S≈Ks ∴μ=μmaxS/Ks=KS 此时，μ∝S，与底物浓度呈一级反应。 此时，μ∝S，与底物浓度呈一级反应。 （3）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和 随着底物浓度逐步增加， 底物浓度呈μ=μmaxS/Ks+S关系，即不成正比关系， μ=μmaxS/Ks+S关系 底物浓度呈μ=μmaxS/Ks+S关系，即不成正比关系， 此时0 为混合反应区的生化反应。 此时0＜n＜1为混合反应区的生化反应。
活性污泥法
MLSS (mg/l) MLVSS (mg/l)
回流比 (%) 曝气时间HRT (h) BOD5去除率 (%)
0.20.4
0.30.6 515
15003000 12002400
2550 48 8595
2. 阶段曝气法（分段进水法）
有机物降解与需氧：
氧在微生物代谢过程中的用途：
(1)氧化分解有机物；
(2)氧化分解自身的细胞物质。
O2 a'Q Sr b'V X v
式中：O2——曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d; a’——代谢每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; b’——每kgVSS每天进行自身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS.d 。
0.76
制药废水
0.77
酿造废水
0.93
亚硫酸浆粕废水
0.55
b 0.10 0.13 0.016
0.13
a、b经验值的获得：
（3）通过实验获得：
x aQS r bVX v 可 改 写 为 ：
x a QS r b
VX v
VX v
x/VXv( /d)
1
b
a
＋
＋
＋
＋
＋
QSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)
思考题：如何解释单位质量污泥的需氧量与负荷成正比，而去除单位 质量BOD的需要量与负荷成反比？
a’、b’值的确定:
活性污泥法处理城市污水：
运行方式 完全混合式 生物吸附法 传统曝气法 延时曝气法
O2
0.71.1 0.71.1 0.81.1 1.41.8
a’
b’
0.42 0.11
2015-共同学习之旅-排水工程-10—活性污泥法基本原理
30分钟静沉后，每g干泥所形 成的湿污泥的体积，简称污 泥指数，单位为mL/g。
石油污染土壤简述及修复技术
15min 0min
30min
其值过低，说明泥粒小，密 实，无机成分多； 其值过高，说明其沉降性能 不好，将要或已经发生膨胀； 正常范围： 50150 ml/g （处理城市污水时） SV = 40%
氧转移效率与供气量的关系
石油污染土壤简述及修复技术
12 城镇污水的活性污泥法处理
12.2 曝气理论基础与曝气系统
氧转移效率与供气量的关系
典型真题
按公式12-68计算的 时候，要注意单位的 统一，参数EA 代入的 是% 前边的数值。
石油污染土壤简述及修复技术
按照以前的旧公式:
计算的结果是答案 B。
石油污染土壤简述及修复技术
12 城镇污水的活性污泥法处理
12.1 活性污泥法基本原理及反应动力学基础
活性污泥法的主要影响因素及其控制指标
典型真题
石油污染土壤简述及修复技术
12 城镇污水的活性污泥法处理
12.1 活性污泥法基本原理及反应动力学基础
活性污泥法的主要影响因素及其控制指标
污泥容积指数 曝气池出口处出混合液，经 SVI= 1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL） = 1升混合液中悬浮固体干重（g） SV(mL/L) MLSS(g/L)
3
12 城镇污水的活性污泥法处理
12.1 活性污泥法基本原理及反应动力学基础
活性污泥法的主要影响因素及其控制指标
典型真题
石油污染土壤简述及修复技术
12 城镇污水的活性污泥法处理
12.1 活性污泥法基本原理及反应动力学基础
活性污泥反应动力学基础
第四章-----活性污泥
2.活性污泥法研究及应用的现状和发展 （1）超大型化(集中化) 微型化 （2）高效快速(高负荷，节省体积) （3）节能 （4）多功能化(N，P) （5）自动化控制管理，参数精密化，控制自动化
4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程
一、活性污泥:
向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物， 更换新鲜污水，在持续一段时间后，在污水中形成一种呈黄褐色的絮凝体， 这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离， 并使污水得到净化、澄清----“活性污泥”。
0 概述
1.活性污泥法在污水处理中的重要地位
我国的河流97%以上都受到有机物的污染 （1）应用的普遍性：95%以上的城市污水，5%以上工业废水 （2）高效性：SS、COD，90%以上 （3）灵活性：大，中，小水厂 高，中，低负荷
（4）连续运行，可自动化
（5）工艺(运行方式多样)/功能多样化，可脱氮，除磷
二、活性污泥法特征:
•曝气池是核心处理设备 •曝气池内混合液是一个三相混合系统：液相—固相—气相； （混合液=污水+活性污泥+空气) •传质过程：气象中O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体（固相）液相 中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物（CO2） 和（H2O） 返回气相和液相。 •物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长
4.1.3 活性污泥净化反应过程
• 净化反应过程的实质：有机污染物作为营养物质
被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，也就
是 “活性污泥反应”的过程；
• 结果:污水得到净化，微生物获得能量合成新的细
胞，活性污泥得到增长。Fra bibliotek1.构成活性污泥三要素
a.微生物——— 吸附氧化分解作用(污泥) b.有机物——— 废水的处理对象 微生物底物(营养) c.充足氧气、充分接触————好氧处理的条件
4.2 有机底物的降解与活性污泥反应动力学基础
=
a’Nrs
+
b’
O2 QSr
= a’
+
b’/Nrs
若Nrs
O2 XV
单位重量污泥需氧量增大,需提高供氧强度.
O2
QSr
ΔX
XV
降解单位重量有机物需氧量下降.
剩余污泥量增大.
ΔX XV
=a
QSr XV
-
b
劳---麦氏方程：
1 处理水有机底物浓度Se与θc的关系.
Se =
Ks(
1 θc
+ b)
avmax
理论耗氧量
降解BOD5耗氧 自身代谢耗氧
需氧量方程
自身氧化需氧率 kgO2/kgMLSS.d
O2 = a’QSr + b’XV
降解单位重量有机物 所需氧量kgO2/kgBOD5
a’、b’的确定 O2 = a’ QSr + b’ XV XV
a’、b’一般与水质有关
O2
XV a’
b’
QSr XV
O2 XV
v=vmax
-ds/dt=vmax X 令 vmax=K1 即 -ds/dt=K1X
零级反应 动力学方程
v=vmax
S Ks +S
-
ds dt
= vmax
XS
Ks+S
(2)在低有机物浓度时,即 S<< Ks时,S可忽略不计.
v=(vmax/ KS)S= K2 S ( 令 K2=Vmax/KS)
-ds/dt=(vmax / KS)XS= K2 XS
b θc与Nrs一样是很重要的设计参数.
1 θc
= aNrs - b
c 有助于说明污泥中微生物的组成
环保专业一讲义：活性污泥法的动力学基础
2.1.5活性污泥法的动⼒学基础活性污泥法动⼒学研究的⽬的是：定量地研究微⽣物在⼀定条件下对有机污染物的降解速率，使污⽔处理在⽐较理想的条件下，达到处理效率，并且使得⼯艺设计和运⾏管理更加合理。
此外，通过动⼒学研究，明确有机物代谢和降解的内在规律，以便⼈们能够主动地对污⽔⽣物处理的⽣化反应速度进⾏控制，以达到处理的要求。
本书主要介绍了莫诺德⽅程和以此为基础建⽴的劳伦斯－麦卡蒂⽅程。
1、莫诺德⽅程该⽅程是莫诺德在1942年⽤纯种微⽣物在单⼀⽆毒性的有机底物的培养基上进⾏的微⽣物增殖速率和底物浓度之间的关系研究试验中得到的，并提出了与描述酶促反应速度与有机底物关系式类似的微⽣物增殖速率和底物浓度关系式，此后，他⼈进⾏的混合微⽣物群体组成的活性污泥对多种有机底物的微⽣物增殖试验，也取得了与莫诺德提出关系相似的结果，这说明莫诺德⽅程是适合活性污泥过程的。
要熟悉莫诺德⽅程的推导及推论，熟悉莫诺德⽅程中各常数的求解。
2、劳伦斯－麦卡蒂⽅程劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程是根据莫诺德⽅程建⽴的动⼒学关系式，仍是基于微⽣物的增殖和有机物的降解过程。
该⽅程强调污泥龄（即细胞停留时间）的重要性，由于污泥龄可以通过控制污泥的排放量进⾏调节，因此，劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程在实际应⽤中的可操作性强。
另外，由劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程衍⽣的其他关系式可以确定曝⽓池出⽔有机物浓度、曝⽓池微⽣物与污泥龄的关系浓度，确定污泥龄与污泥回流⽐的关系，确定有机物在⾼浓度与低浓度时的降解关系，确定活性污泥表观产率与污泥产率的关系等等。
2.1.6活性污泥法的净化机理、过程及影响因素1、净化机理及过程⑴活性污泥中的微⽣物在酶的催化作⽤下，利⽤污⽔中的有机物和氧，将有机物氧化为⽔和⼆氧化碳，达到去除⽔中有机污染物的⽬的。
⑵净化过程活性污泥去除污⽔中有机物的过程⼀般分为三个阶段：①初期的吸附去除阶段在该阶段，污⽔和污泥在刚开始接触的5～10min内就出现了很⾼的BOD去除率，通常30min内完成污⽔中的有机物被⼤量去除，这主要是由于活性污泥的物理吸附和⽣物吸附作⽤共同作⽤的结果。
污泥活性处理工艺的基本原理章节重点梳理
① 污泥沉降比 (Settling Velocity，SV)：又称为 30min 沉淀率，是指混合液 在量筒内静置 30min 后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分比(%)。
② 污泥容积指数 (Sludge Volume Index，SVI) ：指曝气池出口处混合液经 30min 静沉，1 克干污泥所形成的污泥体积。
4. 活性污泥微生物增殖规律(增殖曲线、每阶段特征，微生物增殖与 有机底物降解的关系)
增殖曲线：
活性污泥微生物增殖分为四个阶段，每阶段特征如下： ① 适应期--适应、驯化阶段；各种酶系统的形成；微生物量不变。 ② 对数增殖期--有机物营养充足； 微生物增殖不受底物浓度的限制，微生 物以最高速增殖；呈几何倍数增长。 ③ 减速增殖期--营养物被大量消耗；微生物增殖速度缓慢；增殖速度＝衰 亡速度；微生物活体数达到最高水平，并趋于稳定。
污泥活性处理工艺的基本原理章节重点梳理
1. 活性污泥法概念及其特点
概念:在有氧的条件下，利用悬浮生长的微生物 (絮状、活性污泥)降解、去 除水中有机物和植物性营养物的污水处理技术。污染物由于被悬浮生长的微生物 利用而得到去除，微生物由于利用污染物得到更新，通过沉淀分离方式排出部分 死亡及衰弱的微生物而使微生物菌群保持稳定活性。（菌胶团，模拟水体自净 的人工强化技术）
为： v
vmax
S KS
S
。对于完全混合式曝气池，底物的比利用速率，根据其物理
意义可写为：
dS dt
vmax
XS KS S
。
①高底物浓度条件下：S>>Ks， v
vmax
S KS S
vmax
,
dS dt
vmax X
K1 X
活性污泥反应动力学
13.3 活性污泥反应动力学及应用13.3.1 概述活性污泥反应动力学能够通过数学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系。
在活性污泥法系统中主要考虑有机物降解速度、微生物增长速度和溶解氧利用速度。
目前，动力学研究主要内容包括：（1）有机底物降解速度与有机物浓度、活性污泥微生物量之间的关系。
（2）活性污泥微生物的增殖速度与有机底物浓度、微生物量之间的关系。
（3）微生物的耗氧速率与有机物降解、微生物量之间的关系。
13.3.2 反应动力学的理论基础（1）有机物降解与活性污泥微生物增殖曝气池是一个完整的反应体系，池内微生物增殖是微生物合成反应和内援代谢两项胜利活动的综合结果，即：微生物增殖速率= 降解有机物合成的生物量速率—内源代谢速率式中，Y——产率系数，即微生物降解1kgBOD所合成的MLSS量，kgMLSS/kgBOD；K d——自身氧化率，即微生物内源代谢的自身减少率；对于完全混合式活性污泥系统，曝气池中的微生物量物料平衡关系式如下：每日池内微生物污泥增殖量=每日生成的微生物量—每日自身氧化掉的量∴式中，S0——原水BOD浓度；S e——处理出水BOD浓度；Q——日处理水量，m3/d；V——曝气池容积，m3；X——曝气池中污泥平均浓度，mg/L。
两边除以VX ，式子变为而q称为BOD比降解速率，其量纲与污泥负荷相同，单位一般用kgBOD/（kgMLSS?d）表示。
即，θc为泥龄。
可见高去除负荷下，污泥增长很快，导致排泥加快，污泥龄就短，生物向不够丰富，因此原水的可生化性要好。
对于一个稳定的反应体系，Y、K d是常数，可以设计实验获得。
一般生活污水类水质，Y=0.5~0.65，K d=0.05~0.1；部分工业废水的Y、K d值见设计手册。
（2）有机物降解与需氧量同样，曝气池内，因为降解有机物，就要消耗溶解氧O2，同时微生物内源代谢也消耗溶解氧。
《水污染控制工程》第三章 活性污泥法2-动力学
1 Km 1 1 （2-28） v vmax S vmax
酶促反应速率
微生物增长速率 底物利用速率
底物 浓度
莫诺特（Monod）模式方程式-微生物增长
• 主要内容：
基质降解动力学：基质降解与基质浓度、生 物量等因素的关系
微生物增长动力学：微生物增长与基质浓度、 生物量、增长常数等因素的关系
底物降解与生物量增长、底物降解与需氧量、 营养要求之间的关系
反应动力学模型的假设
• 反应器处理完全混合状态 • 活性污泥系统处于绝对稳定
• 二沉池内无微生物活动、也无污泥累积、且泥 水分离效果好
有机物比降解速度（按物理意义）：
v d（S0 S） 1 dS （2-31）
Xdt
X dt
式中：
S0—原污水中有机底物的原始浓度; S—经t时间反应后混合液中残留的有机底物浓度;
t—活性污泥反应时间；
X—混合液中活性污泥总量。
根据（2-30）、（2-31）两式得:
v
vm ax
S KS
S
v d（S0 S） 1 dS
Xdt
X dt
dS
XS
dt vmax KS S
（2-32）
莫诺特（Monod）方程式推论:
dS dt
vm a x
XS KS
S
(1)高底物浓度条件下,S》KS
dS dt
vm a x X
K1 X
活性污泥法反应动力学
4-2活性污泥法反应动力学一、概述 研究目的：定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系；研究内容:（1）基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系； （2）微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系； （3）还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。
模型假设:①曝气池为完全混合式； ②在稳定状态下； ③进水和出水无微生物；④二沉池中微不发生微生物对有机物的降解； ⑤底物浓度用可降解的有机物浓度表示； ⑥温度不变，进水有机物成分性质不变 二、有机底物降解动力学 1、米氏方程1913年，德国化学家Michaelis 和Menten 根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，提出表示整个反应中底物浓度和反应速度关系公式——米氏方程。
在酶促反应中，在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应（first order reaction ）；而当底物浓度处于中间范围时，反应是混合级反应（mixed order reaction ）。
当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应（zero order reaction ）过渡。
maxm v S v K S=+ V max —最大反应速度。
S —反应中底物浓度。
K m —米氏常数；表示反应达到1/2V max 的底物浓度，mol/L ，由酶的性质决定，与酶的浓度无关。
2、Monod 方程1942年Monod 在纯培养的单一底物的试验中发现微生物的增殖速度与底物浓度之关系符合米氏方程。
max S S K Sμμ=+ 微生物比增殖速率：单位质量微生物的增殖速率，T -1；u max —微生物最大比增殖速度，T -1。
K S —饱和常数u=1/2u max 时的底物浓度，或称半速率常数。
S —有机底物浓度。
1950年采用异养微生物群体(混合培养)和单一基质的试验，提出微生物比增长速率max 1S S dXX dtK Sμμ==+假定u=rv ，u max =rv max ，则maxmax 1S S S S dSv v r r K S K S X dtμμ====-++ 得Monod 方程：max S dSXSv dtK S-=+Monod 方程的两个推论： ①高底物浓度S 》K S ，max dSv X dt-=，有机物降解速率=v max ，与底物浓度无关，零级反应。
活性污泥的基本原理-21页PPT资料
§5-1 活性污泥法的原理与分类
一、活性污泥处理法的基本概念 与活性污泥的增长 四、活性污泥净化反应过程 五、活性污泥法的工艺流程
一、活性污泥处理法的基本概念
1、活性污泥 （1）概念：是由微生物（m）群体及其吸附、 粘附的有机无机物质所组成，具有生物活性 的絮凝体。 微生物群体: 细菌类、真菌类、原生动物、 后生动物等异种群体所组成的混合培养体。
对数增长期：活性强，有机物降解速率快，但污
泥沉淀性能差
减速增长期：有机物去除速率与残存有机物呈一
级反应，速率有所降低，但污泥絮 体易形成。
内源呼吸期：有机物迅速耗尽，污泥量减少，絮
凝体形成速度快，吸附有机物能力强
四、活性污泥法的工艺流程
1、曝气池—活性污泥反应器
为核心处理设备，其作用： （1）m代谢过程需要以氧为受氢体。 （2）活性污泥与水混合越充分，接触面积越大，
（2） 真菌
由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合 物，脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能。
（3） 原生动物
组成：肉足虫、鞭毛虫、纤毛虫等
（4）后生动物
主要指轮虫 作用：吞食分散和絮凝的细菌及颗粒较小 的有机物。捕食菌胶团和原生动物，是水 质稳定的标志。
原、后生动物数量与种类的增长与递变关系
（2）活性污泥的颜色和外观
正常的处理城市污水的活性污泥外观 呈黄褐色的絮绒颗粒状，颗粒尺寸一般介 于0.02～0.2mm之间。
（3）污泥含水率和比重
污泥含水率一般大于99%，比重因含 水率不同而异，介于1.002～1.006之间。
（4）活性污泥的组成（p95）
微生物群体Ma； 微生物残体Me， 难降解有机物Mi， 无机物Mii。
m的生长曲线
活性污泥反应动力学
Nrv
Q(S0 Se ) V
S0
Se t
X
• K2Se
Vmax
XSe KS Se
（4-45）
由（4-41）或（4－45）式可知：
S0 Se Xt
K2Se
S0 Se K2SeXt S0 Se K2SeXt Se (1 K2Xt)
有机物地残留率 Se 1 S0 1 K2Xt
则
tCFSTR
tPF
VCFSTR Q
VPF Q
VCFSTR VPF
CFSTR—— Continuous—Flow Stirred Tank Rector PF——Plug－Flow
4.3.3 劳伦斯——麦卡蒂活性污泥反应动力学方程式
1．概述
1） 提出单位微生物量的底物利用率q为一常数
ds q dt u
图中的生化反应可以用下式表示：
S y X z P 及 dX y dS
dt
dt
即
dS 1 dX
dt y dt
式中：反应系数 底物）。
y
dX dS
又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的
该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理
中研究生化反应过程的一个重要规律。
则直线的斜率即为K2
S0X-tSe(kgBOD/kgMLSS·d)
3组
2组 1组
5组
4组 K2
0
图4-14 图解法确定K2值
Se(mg/L)
( )( ) 2）据4－43求定Vmax、KS（图4-1V5）maxS0X-KtSe=SSvKmeasx
S
S1e+Qv1m(aSx 0
e
XV
活性污泥动力学基础课后作业
活性污泥反应动力学研究进展及应用摘要：本文综述了20世纪50年代以来，活性污泥法动力学模型发展进程中具有重要意义的几种模型: Monod 模型、Lawrence-McCarty 模型、Andrews 模型、WRc 模型及国际水协的3套模型，并综述了模型的机理、功能和表述形式等。
关键词：活性污泥法；模型活性污泥反应动力学是从上个实际五六十年代发展起来的。
它能够通过数学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统内有机物降解、污泥增长、好氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系，对工程设计与优化运行管理有着一定的指导意义。
目前，在污水生物处理领域广为接受并得到应用的是以莫诺特（Monod ）公示为基础建立的劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty ）模型。
1微生物模型1. 1 Monod 模型1942 年,Monod 发现均衡生长的细菌的生长曲线与活性酶催化的生化反应曲线类似,1949年发表了在静态反应器中经过系统研究得出的Monod 模型[1 ] :式中 μ----微生物的比增殖速率，即单位生物量的增殖速率，[时间]-1，常用h -1或d -1表示； μmax ----微生物最大比增殖速率， [时间]-1，常用h -1或d -1表示；K s ----饱和常数，为当μ=0.5μmax 时的底物浓度，也称之为半速率常数，[质量][时间]-1，一般用mg/L 表示；S----反应器中微生物周围底物浓度，即有机物浓度，可用BOD 表示，[质量][时间]-1，一般用mg/L 表示。
可以假设，微生物的比增殖速率（μ）与底物的比降解速率（v ）呈比例关系。
即：μ∝ v或 μ∝Kv因此，与微生物比增殖速率μ相对应的底物比降解速率v ，也可以用莫诺特公式描述，即：v=v max SKs+S式中 v----底物的比降解速率，[时间]-1，常用h -1或d -1表示；v max ----底物的最大比降解速率， [时间]-1，常用h -1或d -1表示；其余各符号表示意义同前。
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K
2
X
1
S S
0 e
1
1 K2X
S0 Se
1
而对于推流式：t
PF
VPF Q
1 K2X
Ln
S0 Se
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.
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
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
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;
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
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；
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
∴
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
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
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
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
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
Se KS
Se
Q(S0 Se ) XV
(S0 Se) X t
N rs
S0 Se Xt
K2Se
rm a xSe K Nhomakorabea 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
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
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
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
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
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
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