一、有机物降解

从图可以看出，要提高硝化微生物的在活性污泥总量中 的比例，造成脱氮优势，必须使BOD、NH4+浓度小于图36上两条曲线的交点，即将活性污泥系统中的BOD平均浓 度控制在较低水平（〈20mg/l〉。也就是说将整个活性 污泥系统控制在低营养水平的状态下，才能高效的硝化 脱氮。

硝化反应是由亚硝酸菌和硝酸菌两种细 菌共同完成的，这两种细菌均属于化能 自养型微生物。在活性污泥微生物中， 硝化菌的比例与污水的 BOD5/TKN 有关， 若水中BOD5值高，有助于异养菌的迅速 繁殖，使硝化菌的生长受到抑制，只有 当 BOD5低于 20mg/l时，硝化反应才开始 进行。
dS kX dt
dS k 2 XS dt
高浓度时
低浓度时
式中，k2为降解速度常数，约等于k/K，其它字母意义同前。
Leabharlann Baidu
统一说由中国矿业大学张雁秋提出，并证明 一相说与二相说是统一说的两种极端形式，统一 说的数学模型表示如下：
dS k 2 ( K X S ( K X S ) 4 XS ) dt 2
研究背景
提出统一动力学理论、动力学负荷理论、回流污泥浓度优化 理论，创造出特殊工艺条件，提高了活性污泥中的硝化菌、聚磷 菌的比例，突破了传统活性污泥法硝化速度慢、除磷量较少的瓶 颈，实现了短时高效脱氮除磷，最终研发出城市污水高效脱氮除 磷处理新工艺 。实现了以下目的： 1、针对以上关键问题，研究出短时高效脱氮除磷的关键机理， 应用统一动力学理论构建可供实际工程应用的、完善的新工艺及 技术体系。通过工况条件的控制，使得硝化菌和聚磷菌在整个生 物菌群中的比例提高；明显缩短了硝化时间；在碳源充足条件下， 总磷去除量可达4-10mg/L。 2、经过设计优化，可使污水处理主体工程投资节约20%左右， 运行成本费用降低20％左右。
研究思路
本质上讲，活性污泥法除磷脱氮的实质 就是利用一系列工程技术方法培养优势目的 菌群。因此，我们认为：用生态学思想进行 活性污泥生态系统的有效调控是该工艺除磷 脱氮技术发展的最好出路。
理论部分
一、统一动力学理论
该理论揭示了高污泥浓度有利于弱势菌群生长的机理，为提 高活性污泥中硝化菌和聚磷菌的比例、加快硝化速度、提高除磷 量提供了理论依据。 为了解决废水生物处理反应动力学中长期悬而未决的一相说与两 相说的矛盾，我们对生物化学学科中的酶反应过程进行重新推导， 从而提出了一个新的酶动力学方程。
dt
u
K S
二相说为埃肯费尔德Eckenfelder等人所支持，是将有机物 的降解分为高有机物浓度和低有机物浓度二相而分别采用不同的 数学模式。 高浓度时，有机物降解速度与其浓度无关，呈零级反应，与 活性污泥浓度呈一级反应，低有机物浓度时，有机物降解速度与 其浓度和活性污泥浓度均呈一级反应，用下式可表达：
模型类型
底物相对比递减速度
生物相对比增长速度
模型名称
模型形式 S/X S<X时 1 S≥X时 S/（KZ+X+S） S/（KZ+X） 1
模型名称
模型形式 S/X S<X时 1 S≥X时 S/（KZ+X+S） S/（KZ+X） 1
参数趋向 K→
0 ∞ 0 S→ ∞ Eckenfelder模 型 来源？ 来源？ Eckenfelder模 型 Blackman模型 来源？ 来源？ 马尔萨斯模型

式中字母意义均同前。
-dS/dt
统一说模型中 K 变小时，统 一说趋向于二相说
统一说模型中 K 变大时，统 一说趋向于一相说
S
统一说
二相说
一相说
有机物降解动力学过程的三种假说的关系
1.0
0.5
0.0
0
图 几种模型对实际实验数据吻合情况
5
10
S/K
Blackman 模型 Monod 模型 用于海洋水生生物的种群模型 新模型, z =0.9843 实际实验数据
0
X→
米-门模型 McKinney模型
S/（KZ+S） S/X
Monod模型 来源？
S/（KZ+S） S/X
∞
二、活性污泥法动力学负荷

活性污泥法动力学负荷由中国矿业大 学张雁秋首次提出：
Ud
* kS /( K
* S )
式中S*为曝气池内底物（对数）平均浓度， 表示较为复杂。
动力学负荷是曝气池设计的主要根据，因 为除了曝气池体积V待解外，其它参数均可确 定。
高污泥浓度对硝化有利

增加活性污泥浓度可以相对提高硝化菌的优势。 在此情况下,脱碳菌类因浓度过高而生长速度 相对下降,使得硝化菌的比例有所提高。因此, 在同样的污泥总量情况下,短时高污泥浓度要 比延时低污泥浓度在硝化脱氮方面更为有效. 这是我们开发研究短时硝化脱氮工艺的主要理 论根据。 分点进水使曝气池中的活性污泥浓度在池首端 明显较高，在同样条件（同样的回流污泥浓度 及同样的污泥回流比）下，曝气池中污泥平均 浓度明显高于推流式活性污泥法的污泥浓度

一相说是将有机物的降解用以下数学模型描述：
dS kXS dt K S
-ds/dt为有机物降解速度，k为降解常数，K为 半饱和常数（又称米—门常数），X为微生物浓 度（工程上为活性污泥浓度），S为有机物浓度。 一相说是以米—门酶反应动力学方程为基础 提出的，形式上与表达微生物增长速度的莫诺方 程相似。 dX mXS
ECOSUNIDE工艺 在污水厂升级改造中的应用
《国家科技成果重点推广计划》项目
“城市污水生物处理高效硝化新工艺” （项目编号:2004EC000132）
发明专利：
“一种污水生物处理高效硝化工艺”
研究背景
传统生物脱氮除磷技术由于具有脱除C、N、P且处理成本低 等优点，而得到广泛应用，但脱氮除磷过程中存在的基质竞争和 泥龄不同的矛盾使得处理效果相对较差，氨氮的硝化和磷的去除 仍是整个生物处理的瓶颈。 就脱氮而言，由于硝化菌的增殖速度缓慢，传统的污水二级 生化处理工艺（A2/O、氧化沟等活性污泥法）为提高脱氮效率， 工程投资较大，曝气时间较长，需要内回流，使得运行成本增加。 就除磷而言，聚磷菌增殖缓慢，在整个生物菌群中所占比例较低， 脱氮除磷的碳源分配比例难以控制，总磷去除量一般仅能脱除 5mg/L左右。为提高除磷效果，常采用化学除磷技术，增加了运 行成本。