活性污泥反应动力学及工艺的设计与计算
活性污泥法工艺设计
其中：对于城市污水，a’取0.42-0.53；b’取0.188-0.11
13.3 活性污泥反应动力学基础
一、概述 1、 活性污泥反应动力学的目的：
➢ 明确有机底物浓度、活性污泥微生物量、DO等各项因素对反应速度的影响 ➢ 对反应机理进行研究 2、常用的反应动力学方程：米-门方程、莫诺方程式和劳仑斯-麦卡蒂方程式 二、莫诺方程式：1942年由莫诺提出。 1、基本方程式： ➢
剩余污泥
活性污泥法的基本流程
二、活性污泥形态与活性污泥微生物
1、活性污泥形态
外观形态：黄褐色的絮绒颗粒状---活性 污泥又称为生物絮凝体。
特点：⑴颗粒大小：0.02—0.2 mm
⑵具有较大的表面积
⑶含水率很高，达99%
⑷比重介于1.002—1.006之间
组成：
⑴具有代谢功能活性的微生物群体Ma
物降解与活性污泥增长
微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢两项生理活动完成的。 微生物增殖的基本方程式： dX dX dX 上式 变形为：△XV=Y（Sa-Se）Qd/Vt - gKd.Xvdt s dt e 剩余污泥量计算： △Xv= Y（Sa-Se）Q- Kd.Xv BOD-污泥去除负荷：Nrs=Q.Sr/V.Xv 1/θc=Y.Nrs-Kd Y、Kd的取值：经验数据，城市污水：Y取0.4-0.6；Kd取0.05-0.1
1、表示活性污泥微生物量的指标 （1）混合液悬浮固体浓度(mg/L)
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii （2）混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L)
MLVSS=Ma+Me+Mi f=MLVSS/MLSS 一般情况下，f取0.7---0.8
第四章 (4.3)活性污泥反应动力学
图中的生化反应可以用下式表示：
S yX zP
及
dX dS y dt dt
即
dS 1 dX dt y dt
式中：反应系数 y 又称产率系数，mg（生物量）/mg（降解的 dS 底物）。 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。
（4-29）
V
1 ds X dt
∵
r V max r Vmax Vmax max r
V
V：比降解速率
∴
1 maxS max S S Vmax r r KS S r KS S KS S
（4-30）
∴
有机底物降解速度
XS e ds Vmax dt K S Se
（4-41）
（4-42）
将（ 4 42） 代入（ 4 40） 式后：
并在等式两边同时除以X得出：
Vmax
XSe Q( S 0 S e ) K S Se V
Vmax
Se Q(S 0 S e ) (S 0 S e ) K S Se XV Xt
的变化
∴动力学是研究讨论下列函数关系：
S V Vmax KS S ds f s, x XS dt ds V max dt KS S
S max KS S dx g(S, X) XS dt dx max dt KS S
S0 Se K 2Se Xt S0 Se K 2Se Xt Se (1 K 2 Xt )
有机物地残留率
去除率
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。
2.4 活性污泥反应动力学及应用
2.4 活性污泥反应动力学及其应用1 活性污泥基本流程图分析S e2、劳伦斯—麦卡蒂基本概念1）排泥方式为Ⅱ2）微生物比增殖速率⎛μXdt dX ⎪⎭⎫ ⎝= 2.43）单位基质利用速率⎛=Xdt dS q u ⎪⎭⎫ ⎝ 2.54）生物固体平均停留时间（又称细胞平均停留时间，工程上习惯称为污泥龄）tX VXc ∆∆=/θ 2.6μθ1=ccθμ1=3、劳伦斯—麦卡蒂方程1）第一方程dcK Yq -=θ12.132）第二方程K =⎫⎛S S X q dt dS s au+⎪⎭ ⎝m ax 2.154、劳伦斯—麦卡蒂基本方程式的应用1）确立处理水基质浓度（S e ）与生物固体平均停留时间（θc ）之间的关系（1）全混流⎫=K K ⎪⎪⎭⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+dcd c s eYv K S θθ11m ax 2.16（2）推流式S 对推流式deos e o e o cK S K S S S S v Y-+--=ln)()(1m ax θ 2.172）确立微生物浓度（X ）与生物固体平均停留时间θc 之间的关系（1）全混流)1()(c d e o c K S S Y t X θθ+-=2.18（2）推流 X对推流式（反应器内微生物浓度采用其平均值）。
)1()(c d e o c K S S Y t X θθ+-=2.193）确立活性污泥回流比（R ）与生物固体平均停留时间（θc ）之间的关系)1(=++-dt dXV X R Q RQX a r⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=a r c X X R R V Q 11θ 10S V IX r 6m a x)(=4）总产率（Y ）与表现产率（Y obs ）之间的关系()q X dt dS X dtdX dS dXdt dS dt dXY uu uμ=⎪⎭⎫⎝⎛==⎪⎭⎫⎝⎛=dX ()uobsdS Y '=2.23=11cd d c obs K Y K Y Y θμθ++⨯=2.245）θc 值与Se 值及E 的关系1dc K Yv -=m ax m in)(θ 2.266）（2.32）式便于用以求定曝气池的容积（V ）qX S S Q V a e )(0-=5、动力学参数的测定maxmax 011v S v K S S tXe S e +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-dcK Yq -=θ16、例题。
活性污泥系统的工艺计算与设计
活性污泥系统的工艺计算与设计一、设计应掌握的根底资料进行活性污泥系统的工艺计算和设计时，首先应比拟充分地掌握与废水、污泥有关的原始资料并确定设计的根底数据，主要有：①废水的水量、水质及其变化规律； ②对处理后出水的水质要求；③对处理中产生的污泥的处理要求； −−以上属于设计所需要的原始资料 ④污泥负荷率与BOD 5的去除率；⑤混合液浓度与污泥回流比。
−−以上属于设计所需的根底数据对生活污水和城市污水以及与其类似的工业废水，已有一套成熟和完整的设计数据和标准，一般可以直接应用；对于一些性质与生活污水相差较大的工业废水或城市废水，一般需要通过试验来确定有关的设计参数。
二、工艺计算与设计的主要内容活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。
其工艺计算与设计主要包括：1)工艺流程的选择；2)曝气池的计算与设计；3)曝气系统的计算与设计；4)二次沉淀池的计算与设计；5)污泥回流系统的计算与设计。
三、工艺流程的选择主要依据：①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中所产生的污泥的处理要求；④当地的地理位置、地质条件、气候条件等；⑤当地的施工水平以及处理厂建成后运行管理人员的技术水平等；⑥工期要求以及限期达标的要求；⑦综合分析工艺在技术上的可行性和先进性以及经济上的可能性和合理性等；⑧对于工程量大、建设费用高的工程，那么应进行多种工艺流程的比拟后才能确定。
四、曝气池的计算与设计1、主要内容：①曝气池容积的计算； ②需氧量和供气量的计算； ③池体设计。
2、曝气池容积的计算： (1)计算方法与计算公式常用的是有机负荷法，有关公式有： %100%100⨯=⨯-=ir i e i S S S S S E； 55vrBOD rsrBOD v r L S Q L X S Q V ⋅=⋅⋅=Xf X v ⋅=； 24⨯=QVtE −−5BOD 的去除率，%；i S −−进水的5BOD 浓度，35m kgBOD 或l mgBOD 5；e S −−出水的5BOD 浓度，35m kgBOD 或l mgBOD 5；r S −−去除的5BOD 浓度，35m kgBOD 或l mgBOD 5；V −−曝气池的容积，3m ；Q −−进水设计流量，d m 3； v X −−MLVSS ，3m kgVSS 或mgVSS；5srBOD L −−5BOD 的污泥去除负荷，d kgVSS kgBOD ⋅5；5vrBOD L −−5BOD 的容积去除负荷，d m kgBOD ⋅35；f −−MLSSMLVSS 比值，一般取值为~；X −−MLSS ，3m kgSS 或l mgSS ；t −−水力停留时间或曝气时间，h 。
活性污泥-工艺设计计算
有机 污染物
无机物+能
80% 无机物+能 细胞物质
20% 残留物质
活性污泥
Water Pollution Control Engineering
c: 由于内源代谢产物不可完全生物降解, 所以可生物降
Hale Waihona Puke 解有机物的COD(即CODB)与完全生化需氧量(BODU,或 BODL)并不相同.
在完全混合曝气池内Se=S，故： 有机物去除率η= (S0-Se)/S0， 则S0= f= MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/ f ， V=Qt，则t =V/Q
= K2Se ，
将S0、X和V/Q=t代入得：Ls= ＝ ＝
=
=
=
,各参数可(实验)得到.
活性污泥
Water Pollution Control Engineering
-=
·Xv·S = K2·Xv·S ， K2 = r max/KS
活性污泥
Water Pollution Control Engineering
根据物料平衡,在稳态时：
QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V· = 0
故：- =
= K2·Xv·S
活性污泥
Water Pollution Control Engineering
(B).劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论:
微生物增长速率：
dX/dt=Y·dS/dt –Kd·X Y为合成系数， Kd内源代谢系数 生物固体停留时间：θc = VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe) Qw剩余污泥排放量；Xr剩余污泥浓度。 稳态下物料平衡：
V·dX/dt=Q·X0-[ QwXr+(Q-Qw)Xe] +V[Y·dS/dt –Kd·X]
活性污泥系统的工艺计算与设计
活性污泥系统的工艺计算与设计一、设计应掌握的基础资料与工艺流程的选定活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。
其工艺计算与设计主要包括5方面内容，即①工艺流程的选择;②曝气池的计算与设计;②曝气系统的计算与设计；④二次沉淀池的计算与设计；⑤陌泥回流系统的计算与设计。
进行活性污泥处理系统的工艺计算和设计时,首先应比较充分地掌握与废水、污泥有关的原始资料并确定设计的基础数据.主要是下列各项：①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求;③对处理中所产生污泥的处理要求;④污泥负荷率与BOD5去除率:⑤混合液浓度与污泥回流比。
对生活污水和城市废水以及性质与其相类似的工业废水,人们已经总结出一套较为成熟和完整的设计数据可直接应用。
而对于一些性质与生活污水相差较大的工业废水或城市废水，则需要通过试验来确定有关的设计数据,选定废水和污泥处理工艺流程的主要依据就是的前述的①、②、③各项内容和据此所确定的废水和污泥的处理程度。
在选定时，还要综合考虑当地的地理位置、地区条件、气候条件以及施工水平等因素，综合分析本工艺在技术上的可行性和先进性及经济上的可能性和合理性等。
特别是对工程量大、建设费用高的工程，需要进行多种工艺流程比较之后才能确定，以期使工程系统达到优化。
二、曝气池的计算与设计曝气他的计算与设计主要包括：①曝气池（区）容积的计算；②需氧量和供气量的计算；③池体设计等几项.1．曝气池（区)容积的计算（1)计算方法与计算公式计算曝气区容积，常用的是有机负荷计算法。
也称BOD5负荷计算法。
负荷有两种表示方法,即污泥负荷和容积负荷。
曝气池(区）容积计算公式列于表3—17—19中.（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N s 和X ′（或X ）值,此外，还应同时考虑处理效率、污泥容积指数(RVI ）.和污泥龄(生物固体平均停留时间）等参数.通常对于易生物降解的废水，N s 值主要从污泥沉淀性能来考虑；而对于难生物降解的废水，则着重从出水水质来考虑.表3-17-20列举的是部分活性污泥法处理城市废水的参考设汁参数。
活性污泥法的基本原理活性污泥法中污泥产率的计算及浓度测定
活性污泥法的基本原理一．基本概念和工艺流程（一）基本概念1．活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。
2．活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离，能使污水得到净化，澄清的絮凝体（二）工艺原理1．曝气池：作用：降解有机物（BOD5）2．二沉池：作用：泥水分离。
3．曝气装置：作用于①充氧化②搅拌混合4．回流装置：作用：接种污泥5．剩余污泥排放装置：作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的微生物量平衡。
混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。
二．活性污泥形态和活性污泥微生物（一）形态：1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm ②具有很大的表面积。
③含水率>99%,C<1%固体物质。
④比重1.002－1.006，比水略大，可以泥水分离。
3.组成：有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体Ma{微生物内源代谢，自身氧化残留物Me{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi无机物：全部有原污水挟入Mii（二）活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用1．细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性20-30分钟；2．真菌：丝状菌→污泥膨胀。
3．原生动物鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。
作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。
活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现，其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带柄固着纤毛虫。
☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。
4．后生动物：（主要指轮虫）在活性污泥处理系统中很少出现。
作用：吞食原生动物，使水进一步净化。
存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标志。
（三）活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长四个阶段：1．适应期（延迟期，调整期）特点：细菌总量不变，但有质的变化2．对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期）细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。
3．减速增殖期（稳定期或平衡期）细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。
废水好氧生物处理工艺-——活性污泥法
式中: x——每日的污泥增长量(kgVSS/d)；= Qw·Xr Q ——每日处理废水量(m3/d)；
a、b经验值的获得：
(1) 对于生活污水或相近的工业废水: a = 0.5~0.65，b = 0.05~0.1； (2) 对于工业废水，则：
合成纤维废水
0.38
0.10
含酚废水
0.55
0.13
制浆与造纸废水
0.76
0.016
制药废水
0.77
酿造废水
0.93
工业废水
a
b
亚硫酸浆粕废水
0.55
0.13
a、b经验值的获得：
（3）通过小试获得：
可改写为：
a
b
QSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)
x/VXv(1/d)
一、活性污泥法的工艺流程
回流污泥
二次 沉淀池
废水
曝气池
初次 沉淀池
出水
空气
剩余活性污泥
活性污泥系统的主要组成
曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖； 二沉池：1）泥水分离，保证出水水质； 2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。 回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度； 2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。 剩余污泥： 1）去除有机物的途径之一； 2）维持系统的稳定运行 供氧系统：为微生物提供溶解氧
在条件一定时， 较稳定； 对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.75~0.85
4、活性污泥的性能指标：
（3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume） 定义：将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示； 功能：能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀； 正常范围： 2030%
3.3 活性污泥反应动力学及其应用
19
3.3.5 劳伦斯－麦卡蒂方程
• 1.概念基本
• 1)微生物的比增殖速率μ
dx / dt x
• 2) 单位基质利用率－基质比利用速率q
ds / dt u q
x
(ds/dt)u－－基质的利用速率
• • 3)生物固体平均停留时间－污泥龄θC •
VX C X
因此有：
1
c
20
v max S Km S
E + S ES E + P
其中：Km——饱和常数，或半速常数；反应速度为最 大反应速率一半时，对应的底物浓度，mg/L. 1/Km——基质亲和力
8
米门公式的图示
v vmax
v = vmax/2
0
Km
S
9
3.3.4 莫诺特(Monod)方程式
• 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在单一底物的培 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。 S • 1. 公式 米－门公式： vmax v S km S ＝ max Ks S
16
BOD容积去除负荷 Q(S0 Se） S0 Se Se N rs vmax v (1) XV Xt K s Se
• 当S<<Ks时： v=k2•S
S0 S e N rs k 2 Se (2) Xt
17
4.常数k2、Vmax及Ks的确定
S>>Ks，呈零级反应，则有：
dS max X K1 X dt
，
max
max
K1 vmax
（2）在低底物浓度的条件下，即S << Ks，则：
活性污泥法水处理过程的反应动力学研究
活性污泥法水处理过程的反应动力学研究随着工业和城市化的发展，人们对于水的需求越来越高，同时，水污染也变得越来越严重。
为了保障人民健康和维护生态环境，水处理成为至关重要的问题。
活性污泥法是一种常用的水处理方法，也是较为有效的污水处理技术之一。
反应动力学研究是活性污泥法水处理过程的重要组成部分，本文将从反应动力学的角度探讨活性污泥法水处理的研究现状及未来发展趋势。
一、活性污泥法的工艺原理和优势活性污泥法是一种将生物技术应用于水处理的方法，主要利用微生物对污水中的有毒有害物质进行降解，从而实现排放标准的水质。
其中，活性污泥是通过让微生物在一定温度、pH值、搅拌条件下生长繁殖形成的。
该方法在研究和应用中不断地被改进和完善，现已成为一种稳定、节能、环保的高效水处理工艺。
活性污泥法具有的优势主要包括以下几点：1. 处理能力强。
活性污泥法能够同时处理多种污染物，将多种有机物转化为无机物，消除氨氮及硝酸盐等有害物质。
同时，活性污泥法的处理效率很高，可将有机物质降解至90%以上。
2. 适应性强。
活性污泥法可适用于多种污染物类型及浓度，适应性广泛。
通过调节污泥的数量、质量、新陈代谢和清除机能，能够处理不同种类何浓度的废水。
3. 运行费用低。
相比于其他的水处理工艺，活性污泥法的运行费用较低，并且处理效果稳定可靠。
此外，工艺过程中能够利用氧气和碳源，从而达到省能减排的目的。
4. 适用范围广。
活性污泥法可广泛应用于染料、电镀、造纸、农业等行业的水处理问题。
二、活性污泥法水处理过程的反应动力学研究活性污泥法经过多年的应用和研究，涵盖了处理剂量、污泥浓度、温度、pH 值、水质、紫外线辐照等众多因素。
其中，反应动力学研究最为重要。
反应动力学以重心反应动力学和区域反应动力学为主要研究方法，可以通过实验及建模进行研究。
重心反应动力学的研究方法主要基于化学反应速率法，以化学反应中活性物质的浓度为研究对象，将废水的水质状况与活性污泥的活动状况作为反应动力学的研究对象，在探讨废水对活性污泥的影响、污泥流出指数、反应动力学常数等方面有较为广泛的应用。
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。
活性污泥章节 -计算公式
活性污泥计算公式微生物代谢1分解代谢（工作）C x H y O z+(X+y4−z2)O2酶→X CO2+y2H2O+∆H2合成代谢（繁殖）nC x H y O z+nNH3+n(X+y4−z2−5)酶→(C5H7NO2)n+n(X−5)CO2+n2(y−4)H2O+∆H3内源呼吸（老死）(C5H7NO2)n+5nO2酶→5CO2+2nH2O+nNH3+∆H混合液悬浮固体浓度（公式1）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS=Ma+Me+MiMa—具有代谢功能的微生物群体Me—微生物（主要是细菌）内源代谢，自身氧化的残留物，主要是多糖，脂蛋白组成的细胞壁的某些组分和壁外的粘液层Mi—由污水带入的难被细菌降解的惰性有机物Mii—无机物，由污水带入污泥沉降比SV混合液在量筒内静置30min后形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分数污泥容积指数—污泥指数SVI（公式2）曝气池出口处混合液，经过30min静置后每克干污泥形成沉淀污泥所占有的容积，以mL计SVI=混合液（1L）30min静沉形成的活性污泥容积（mL）混合液（1L）中悬浮固体干重（g）=SV(%)×10(mL/L)MLSS(g/L)污泥龄（公式3）θc=VX∆X=VXQ W X r+(Q−Q W)X e≈VXQ W X r=VXQ W1000SVI rθc—污泥龄（生物固体平均停留时间），dV —生物反应器容积，m³X —混合液悬浮固体浓度（MLSS）kg/m³X r—剩余污泥浓度，kg/m³X e—出水悬浮物固体浓度，kg/m³∆X—每日排出系统外的污泥量（即新增污泥量），kg/dQ W—作为剩余污泥排放的污泥量，kg/dQ —污泥流量，kg/dSVI—污泥容积指数r—修正系数，一般取值1.2BOD污泥负荷（公式4）1施加BOD—污泥负荷：生物反应池内单位质量污泥（干重。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
二次沉淀池的计算与设计包括：池型的选择； 二次沉淀池的计算与设计包括：池型的选择；沉淀 澄清区)面积、有效水深的计算；污泥区容积的计算； 池(澄清区)面积、有效水深的计算；污泥区容积的计算； 污泥排放量计算等。 污泥排放量计算等。 1．二次沉淀池池型的选择 平流式、 平流式、竖流式和辐流式三种类型沉淀池都可作为 二次沉淀池。为了提高沉淀效率． 二次沉淀池。为了提高沉淀效率．近年来人们在平流式 和竖流式沉淀池上加装斜板( 形成斜板沉淀池。 和竖流式沉淀池上加装斜板(管)，形成斜板沉淀池。 另外，还有辐流式沉淀池，适合大型污水处理厂， 另外，还有辐流式沉淀池，适合大型污水处理厂， 方形多斗辐流式沉淀池。 方形多斗辐流式沉淀池。
2．二次沉淀池面积和有效水深的计算 二次沉淀池澄清区的面积和有效水深的计算有 表面负荷法和固体通量法等。 表面负荷法和固体通量法等。在实际工程设计中常用 的是表面负荷法。 的是表面负荷法。二次沉淀池的表面负荷为单位时间 内单位面积所承受的水量。 内单位面积所承受的水量。
二次沉淀他面积以最大时流量作为设计流量， 二次沉淀他面积以最大时流量作为设计流量，面 不计回流污泥量。 不计回流污泥量。为厂保证二次沉淀他的水力效率和 有效容积， 有效容积，池的水深和直径应保持一定的比例关系
劳伦斯—麦卡蒂模式的基础概念 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： 有两种剩余污泥排放方式： 传统的排泥方式； 传统的排泥方式； 劳伦斯—麦卡蒂推荐的排泥方式。 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， 淀池的负荷，有刊于污泥浓缩，所得回流污泥 的浓度较高。 的浓度较高。
上述研究结果，与米—门方程式十分相近。 上述研究结果，与米—门方程式十分相近。 米—门方程式为： 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 monod方程的结论使米一门方程式引入了 废水工程的理论中。 废水工程的理论中。
具体推导如下：
∵ Y＝dx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)= µ/V。 式中：dx为微生物增长量； dx/dt为微生物增长速率（即r）； r/x＝µ，即微生物比增长速度； ds为底物消耗量； q＝ds/dt，为底物降解速度； v＝q/x，为底物比降解速度。 ∴ µ＝YV µmax＝YVmax； 带入µ=µmaxS/Ks+S 得： V＝VmaxS/Ks+S 即米一门方程式。
(1)活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能，其沉降 (1)活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能， 活性污泥混合液的浓度较高 属于成层沉淀； 属于成层沉淀； (2)活性污泥的质量较轻 易产生异重流，因此， 活性污泥的质量较轻， (2)活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，设计 二次沉淀池时，最大允许的水平流速(干流式，辐流式) 二次沉淀池时，最大允许的水平流速(干流式，辐流式) 或—亡升流速(竖流式)都应低于初次沉淀池； 亡升流速(竖流式)都应低于初次沉淀池； (3)由于二次沉淀池起着污泥浓缩作用 由于二次沉淀池起着污泥浓缩作用， (3)由于二次沉淀池起着污泥浓缩作用，所以需要适当 地增大污泥区容积。 地增大污泥区容积。
基础概念： 基础概念： 微生物比增殖速率： µ=(d ρc/dt)/ ρc ； 单位基质利用率： 单位微生物量的底物利用率，q=(d ρs/dt)µ/ ρc ； 生物固体平均停留时间： 单位重量的微生物在活性污泥反应系统中 θc=V ρc /⊿ρc ；
基本方程： 第1方程： d ρc /dt=Y(d ρs/dt)u- Kd ρca 1/ θ c=Yq－Kd 第2方程： V＝Vmax S/(Ks+S) 有机质降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q， Vmax=qmax (d ρs/dt) u = V max S ρca/(Ks+S)
（4）总产率系数（Y）与表观产率系数（Yobs） 间的关系: Yobs＝Y/(1+Kdθc) 即实测污泥产率系数较理论总降低。
活性污泥系统的工艺设计及计算
活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流 设备等组成。其工艺计算和设计主要包括五个方面内 容，即 (1)工艺流程的选择： (2)曝气他的汁算与设计： (3)曝气系统的计算与设计； (4二次沉淀池的计算与设计； (5)污泥回流系统的计算与设计。
3．污泥斗容积的计算 污泥斗的作用是贮存和浓缩沉淀污泥。 污泥斗的作用是贮存和浓缩沉淀污泥。由于活性 污泥易因缺而失去活性和腐败 而失去活性和腐败， 污泥易因缺而失去活性和腐败，因此污泥斗容积不能 过大。故可采用下式来计算： 过大。故可采用下式来计算：
4．污泥排放量的计算 二次沉淀池中的污泥部分作为剩余污泥排放量应等于污泥增长量。 排放量应等于污泥增长量。
进行活性污泥处理系统的工艺计算和设计 首先应比较充分地掌握与废水、 时、首先应比较充分地掌握与废水、污泥有关 的原始资料并确定设计的基础数据。 的原始资料并确定设计的基础数据。主要是下 列各项： 列各项： (1)废水的水量、水质及变化规律； (1)废水的水量、水质及变化规律； 废水的水量 (2)对处理后出水的水质要求； (2)对处理后出水的水质要求； 对处理后出水的水质要求 (3)对处理中所产生污泥的处理要求； (3)对处理中所产生污泥的处理要求； 对处理中所产生污泥的处理要求 (4)污泥负荷率与BOD 去除率： (4)污泥负荷率与BOD5去除率： 污泥负荷率与 (5)混合液浓度与污泥回流比： (5)混合液浓度与污泥回流比： 混合液浓度与污泥回流比
曝气池的计算与设计 曝气他的计算与设计主要包括：曝气池( 曝气他的计算与设计主要包括：曝气池(区) 容积的计算．需氧量和供气量的计算、 容积的计算．需氧量和供气量的计算、池体设 汁等几项。 汁等几项。 1．曝气池(区)容积的计算 曝气池( (1)计算方法与计算公式 (1)计算方法与计算公式 计算曝气区容积， 计算曝气区容积，常用的有机负荷计算 也称BOD 负荷计算法。 法．也称BOD 负荷计算法。负荷有两种表示方 即污泥负荷和容积负荷。曝气池( 法，即污泥负荷和容积负荷。曝气池(区)容积 计算公式列于表2 计算公式列于表2—l—2中。
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 莫诺特(Monod)方程式 (Monod) 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在培养基稀溶 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在培养基稀溶 Monod 液中进行了微生物生长的实验研究， 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： 长速度和底物浓度间的关系式： μ= µmax S/KS +S 微生物在对数期和静止期的典型生长模式。 微生物在对数期和静止期的典型生长模式。 式中： 为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度. 式中：µ为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度. 为微生物最大比增长速度； µmax为微生物最大比增长速度； 饱和常数， μ=1/2μmax底物浓度 底物浓度， KS：饱和常数，为μ=1/2μmax底物浓度，故又称 半速度常数。 半速度常数。 S：底物浓度。 底物浓度。