第四章___活性污泥法全解

（1）推导出水水质与污泥泥龄的关系 在稳态条件下，由系统活性污泥的物料守恒，有：
X0 — 进水中微生物浓度，gVSS /m3；
Xe — 出水中的污泥浓度，g/m3; XR — 排出的剩余污泥中的污泥浓度，g/m3； X — 曝气池中污泥浓度，gVSS /m3; V — 曝气池容积，m3; Q — 进水流量，m3/d； QW — 剩余污泥排放流量， m3/d；
第四章 活性污泥法
第三节 活性污泥法数学模型基础
第四节 气体传递原理和曝气设备
活性污泥法的影响因素：
活性污泥法污水处理设备就是要创造有利于微生物生理活 动的环境条件，充分发挥活性污泥微生物的代谢功能，必须充 分考虑影响活性污泥活性的环境因素，主要包括以下几点：
(1) 有机负荷
① 污泥负荷FW 每千克活性污泥每日所承担的降解有机物的千 克数，计算公式如下： FW =QS /（NWV） Q —— 曝气池的设计流量，采用最高日平均流量； S —— 曝气池进水底物浓度； NW —— 曝气池混合液污泥（MLSS）浓度； V —— 曝气池有效容积。 ② 容积负荷Fr 每立方米曝气池每日所承担的有机物的千克数。 Fr = QS / V
（4）ຫໍສະໝຸດ BaiduH值
活性污泥微生物最适宜的pH范围是6.5~8.5。活性污泥处理系 统对酸碱度具有一定的缓冲作用：在活性污泥的培养、驯化过 程中pH值可以在一定范围内逐渐适应；在运行中， pH值急变的 冲击负荷，将严重损害活性污泥，使得净化效果急剧恶化。
（5）营养物质 （6）有毒物质
大多数的化学物质都可能对微生物生理功能有毒害作用，有 毒物质大致包括重金属、硫化物等无机物质和氰、酚等有机物 质，它们对细菌的毒害作用是破坏细胞某些必要的物理结构或 抑制细菌的代谢过程，它们的破坏程度取决于其在污水中的浓 度。
（2）推导曝气池内微生物浓度与污泥泥龄的关系： 在稳态条件下，根据曝气池底物的物料平衡，有：
整理得：
将式③代入式②可得：
从上式解出X并整理得：
V /Q=t，上式中Q /V可替换成1/t 从上式可以看出，曝气池中的活性污泥浓度与进出 水水质、污泥泥龄和曝气时间等都相关。
（3）推导回流比R与污泥泥龄θc的关系： 对曝气池内生物量进行物料衡算⑥⑤：
( dX / dt ) g — 活性污泥的净增长速率， gVSS /（m3 •d）。
进水中的微生物浓度可以忽略，因此，前式可变为：
将微生物增长基本方程代入式①可得：
根据微生物净增长速率和底物利用速率之间的关系， 式②可改写为：
将劳-麦方程代入式②可得：
从上式中解出Se ，得：
上式说明活性污泥法系统的出水有机物浓度只是污 泥泥龄的函数，与进水有机物浓度无关。
污泥负荷是影响活性污泥增长、有机物降解、污泥沉淀性能 以及需氧量的重要因素，也是进行工艺设计的主要参数。 污泥膨胀与污泥 负荷有重要关系，一 般在低负荷和高负荷 都不会出现污泥膨胀， 而在1.0左右的中间负 荷时SVI值很高，属 于污泥膨胀区，在设 计或运行时避免采用 这一区域的负荷值。
（2）水温
（曝气池内生物量的净变化率）=（生物量进入曝气池的速率） -（生物量离开曝气池的速率）
将微生物增长的基本方程代入上式有：
将(dS /dt)u = KXS（在KS远大于S的情况下）代入上式：
将(dS /dt)u = KXS（在KS远大于S的情况下）代入式②有：
将上式代入式θc =V / QW并解得θc ：
微生物酶系统酶促反应的最佳温度范围是20~30℃之间，水 温上升有利于混合、搅拌、沉淀等物理过程，但不利于氧的传 递，一般将活性污泥反应过程的最高和最低的温度分别控制在 35℃和10℃。
（3）溶解氧
好氧活性污泥法中微生物都是好氧菌，溶解氧与有机物的降 解速率和微生物的增长密切相关，工程中将曝气池出口处的溶 解氧浓度控制在2 mg/L以上。
将上式取倒数的得：
上式中V /Q为水力停留时间，用t表示，则上式变为：
气体传递原理和曝气设备
（一）曝气方式及原理
曝气类型：鼓风曝气、机械曝气（表面曝气、潜水曝气、 卧轴式曝气）、鼓风机械曝气 鼓风曝气：将鼓风机提供的压缩空气，通过管道系统送入 曝气池中空气扩散装置上，并以气泡形式扩散 到混合液中。（例如：微气泡扩散器） 鼓风机械曝气：采用鼓风装置将空气送入水下，用机械搅 拌的方法使空气和污水充分混合，本方法 适用于有机物浓度较高的污水。
一般二沉池沉淀效果良好时，出水中的SS小于15 mg/L,因 此，随出水排出的污泥量对污泥泥龄的影响相比剩余污泥对污 泥泥龄的影响小很多，一般可以忽略，因而污泥泥龄可简化为：
上式可用于计算剩余污泥量：
△X— 剩余污泥量，gVSS /d。
如果剩余污泥是从曝气池直接排放的，那么上式中 污泥浓度是一样的，故： θc =V / QW
二、劳伦斯和麦卡蒂模型
污泥泥龄：即生物固体停留时间（solids retention time，SRT),在处理系统（曝气池）中微生物的平均停 留时间，实质就是曝气池中的活性污泥全部更新一次所 需要的时间。
X — 曝气池中污泥浓度，g/m3; V — 曝气池容积，m3; Q — 进水流量，m3/d； QW — 剩余污泥排放流量， m3/d； Xe — 出水中的污泥浓度，g/m3; XR — 排出的剩余污泥中的污泥浓度，g/m3。
活性污泥法主要工艺及运行特点
活性污泥法数学模型主要包括两个方面：
① 底物降解速率与底物浓度、生物量等因素之间的 关系； ② 微生物增殖速率与底物浓度、生物量等因素之间 的关系。
模型建立的依据：动力学及物料平衡
一、建立模型的假设
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，可假设为零。 ③ 全部可生物降解的底物都处于溶解状态。 ④ 系统运行稳定，处于稳定状态（稳态假设）。 ⑤ 二沉池中没有微生物的活动。 ⑥ 二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好。 ⑦ 系统中不含有毒物质和抑制物质。
上式表明，污泥泥龄是XR / X和回流比R的函数，而 XR / X又是活性污泥沉降效率的函数。当二沉池运行正 常时，可用下式估计回流污泥的最高浓度： ( XR)max =106 /SVI
（4）动力学参数的测定： 以上模型中包含了动力学参数如rmax、 KS、Kd、 Y，如何测定这些参数？ 由式③可得：