活性污泥法反应动力学
活性污泥法除磷动力学研究
活性污泥法除磷动力学研究活性污泥法除磷动力学研究摘要：活性污泥法是一种常用的废水处理技术，并且在去除有机物污染物的同时，也能有效去除磷。
本文通过对活性污泥法除磷过程的动力学研究，探讨了影响除磷效果的主要因素以及其变化规律，分析了除磷机理，并对未来的研究方向进行了展望。
关键词：活性污泥法、除磷、动力学、影响因素、机理一、引言随着人口的增加和工业化进程的加快，废水中磷含量的增加对环境造成了严重的污染。
磷是废水中的一种常见污染物，其过量排放不仅会导致水体富营养化，还会引发水华等严重环境问题。
因此，研究有效的磷去除技术对于保护水环境具有重要意义。
二、活性污泥法除磷过程活性污泥法是一种通过生物降解有机物的同时，利用污泥中的磷酸盐慢化能力去除废水中的磷的方法。
活性污泥法除磷过程的主要步骤包括磷污染物的吸附、生物降解有机物、微生物的磷释放以及沉淀。
其中，磷的吸附与生物降解有机物的降解速率是决定除磷效果的重要因素。
三、影响除磷效果的因素1. 溶解氧浓度：溶解氧是活性污泥法除磷过程中微生物生理活性的重要因素。
适宜的溶解氧浓度能够提高微生物的活性，促进磷的吸附和释放，从而提高除磷效果。
2. 温度：温度也是影响活性污泥法除磷效果的重要因素。
适宜的温度能够促进微生物的生长和代谢活动，提高除磷效率。
3. pH值：污水的pH值对活性污泥中微生物的生理活性有重要影响。
一般来说，酸性条件下磷的释放效果较好，而碱性条件下磷的吸附效果较好。
4. 污水中的COD/P（化学需氧量与总磷的比值）：COD/P比值高时，有机物相对较多，容易导致活性污泥厌氧条件下产生大量磷酸盐的吸附现象。
5. 混合液浓度：适宜的混合液浓度能够提高微生物的活性，从而提高除磷效果。
四、活性污泥法除磷的动力学研究活性污泥法除磷动力学研究是了解除磷过程及优化除磷效果的基础。
除磷动力学研究通常包括磷污染物的吸附动力学、生物降解动力学以及微生物的磷释放动力学。
其中，磷污染物的吸附动力学研究可以帮助确定污泥中的磷酸盐慢化能力，从而优化活性污泥法的除磷条件。
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。
磁粉活性污泥法处理城市生活污水的反应动力学特征_贺玉龙
磁粉活性污泥法处理城市生活污水的反应动力学特征*贺玉龙 廖正峰(西南交通大学地球科学与环境工程学院 成都610031)摘 要 磁粉活性污泥法是在传统活性污泥法中加入磁性粉末(Fe 3O 4)的废水生物处理方法。
在最佳运行状况下,对磁粉活性污泥法基质降解动力学进行了研究。
磁粉活性污泥法基质降解符合一级反应规律,利用Monod 方程对试验数据进行拟合,确定了其动力学参数,半速率常数K s 、有机底物的最大比降解速率v max 分别为10.39mg/L 和0.804d -1。
关键词 磁粉 活性污泥 基质降解 反应动力学 Monod 方程Kinetics in the Process of Municipal Domestic Sewage Treatment by Magnetic Activated SludgeHE Yulong LIAO Zhengfeng(Faculty o f Geosciences and Environmenta l Engineering,Southwest Jiaotong University Chengdu 610031)Abstract The magnetic activated sludge process is a modification of the conventi onal activated sludge process,which is supplemented with ferromagnetic powder (Fe 3O 4)to create a magnetic activated slud ge.The kinetics of the magnetic degra -dation is analyzed for the process of municipal domestic sewage treatment by powder activated sludge under the best operating condi tion.The matrix degradation of magnetic activated sludge is consistent with 1st-order reaction equation.The exper-i ments results are fitted with the Monod equation,and the parameters K s and v max should be 10.39mg/L and 0.804d -1re -specti vely.Key Words magnetic p owder activated sludge matrix degradation reaction kinetics Monod equation0 引言活性污泥法存在污泥膨胀、活性污泥浓度难以提高、污水能力受限制等一些缺点。
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。
2活性污泥反应动力学及其应用(二)09
1、活性污泥系统运行条件处于稳定状态 2、活性污泥在二次沉淀池内不产生微生物代谢活动 3、系统中不含有毒性物质和抑制物质 4、进水底物浓度保持恒定 5、全部生物可降解的底物处于溶解状态
Lawrence-McCarty
VX c X / t
反应器内微生物总量
2.6
△X—每天从系统中排出增殖的微生物总量；mg
X—反应器内微生物浓度，mg/l
2.4.3 劳伦斯—麦卡蒂模式的基本概念
针对两种不同的排泥方式 传统方式
Lawrence-McCarty
一般Xe值很低，可以 忽略
VX a c Qw X r (Q Qw ) X e
2.4.2
活性污泥反应动力学基础
假设：微生物比增殖速率（μ）与基质比降解速率（v）呈比例关 系，即
v
基质比降解速率（v），可以用莫诺模式加以描述：
v vmax
S Ks S
2.3
v 式中： －基质比降解速率，d-1 ；
vmax
－基质最大比降解速率，d-1 。
对废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，因此，式2.3的实 际意义较大
max
零级 反应 区 混合级反应区 （n=0） （0＜n＜1）
max S
Ks S
2.2
1 max 2
μ— 微生物比增殖速率，d-1；
μ max—微生物最大比增殖速率，d-1；
S— 溶液中限制微生物生长的基质浓度， mg/L、g/m3；
5 活性污泥法的理论基础-3
4.3.3.3 莫诺特公式在完全混合曝气池中的应用
完全混合曝气池内的活性污泥一般处在减衰增 殖期。此外，池内混合液中的有机物浓度是均一 的，并与出水的浓度（Se）相同，其值较低，有 Se<S＂。因此，采用式（19）是适宜的。
No. 25
进水
Q，S0
完全混合式活性污泥法处理系统 V，Se， X Q+RQ 曝气池 二沉池 Se，X
量纲为[体积][质量]-1[时间]-1，一般用m3/（kg·d） 或L/（mg·h）表示。 No. 21
ν ν max ν
max
ν ν max
S ν ν KS S
max
零级反应
2
0
S`` K S =S
S`
S
在图中即为横坐标S=0到S=S＂ 这样的一个区段。这个区段的 曲线表现为通过原点的直线， 其斜率即为K2。
处理水
Q-QW Se，Xe
回流污泥
RQ，Se， Xr
剩余污泥排放
Qw，Xr
Q——污水流量； S0——原污水底物浓度；Se——处理水底物浓度； X——曝气池内活性污泥浓度； R——污泥回流比； Xr——回流污泥浓度； V——曝气池的容积； Xe——处理水中的污泥浓度
No. 24
Qw——排泥量；
小型试验的流程图
µ ∝ν
或
µ = kν
因此，与微生物比增殖速率 µ 相对应的底物比降解 速率ν 也可以用莫诺特公式描述，即：
S ν ν K S
max
（13）
S
ν ν
——底物的比降解速率，[时间]-1，常用h-l或d-1表示；
-1，常用h-l或d-1表示； —— 底物的最大比降解速率，[时间] max
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%
活性污泥法的动力学方程讨论及数学模型研究
式 中， Ｓ为可降解 的溶解性 限制基质浓度 ， 为微生物浓度 ，
一
为最大 比生长速率 。Ｍ ｎｄ原来的关系式是根据基 质浓 ｏｏ
度较高和微生物 比较 年轻的条件下试 验结果 导 出的。由于 微生物都很年轻 ， 质又很丰富 ， 基 因此微生物繁殖速度很快 ，
上述 的结果基本上 是正确的 。虽 然 Ｍｏｏ ｎｄ是采用单 一基 质 和单一菌种做的试验 ， 但在后来学者 的研究 中 ， 混合基 质 对 和混合菌种的培养 ， ｏｏ 关 系式基本上 也是正确 的。所 以 Ｍ ｎｄ Ｍ ｎｄ 系式被广泛地应用于混合培养中。 ｏｏ 关
Ｚ ＨＡＯ ｕ ｎ Ｊａ
（ ｈ ｄ矿Ｎ ｔ ａ ｅ ｌｃ ａｄＥ ｖｏ ＆ｏ ａｕｌ Ｒ￥ ｌｅ ｎ ｎｉ￣ ｒ ｏｒ ｒ
Ｅｇｎｅｉ ｎｉｅ ｒ ｉ ｇｉ ｒｔ ａ ｘ ｇ，Ｊ ｎ
ｏ ｃｎｅａｄＴｃｎｌ ｙ Ｃｌｈｌ Ｊ ｎｘ ３ ￣０ ） ｆＳｉ ｃ ｎ ｅ ｏ ｇ ｓｌ ｏ ，ｉ ｇｉ ４００ ｅ ｈ ｏ ａｇ ｌ ａ
行提供指导 。
关键词 活性 污泥法
底物浓度
溶解氧
微生物增长
动力学模型
Ｄｉ ｌ ｓｏ ｎ Ｋｉ ｅｉ ｑ ａｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｅ ｌ ｄ ｅＭ ｅｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅＣｏ ｓ ｒ ｃｉ ｎ ｏ ｓ Ｋ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ Ｅ ｕ ｔ ｆＡｃ ｖ ｔｄ Ｓ ｕ ｇ ｔ ｏ ｎ ｈ ｎ ｔｕ ｔ ｆＭａ ｈ ｍ ａｉａ ｏ ｅｓ ｃｑ ｃ ｏ ｉ ｏ ｔ ｅ ｔ ｌＭ ｄ ｌ ｃ
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
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：
活性污泥法的反应动力学原理及其应用
活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法（activated sludge process）是一种常见的生物处理废水的方法，广泛应用于污水处理厂。
它的反应动力学原理涉及到生物物理和化学反应过程，其应用可以有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。
接触氧化污泥法是将污水与活性污泥充分接触，通过氧化降解有机物。
在这个过程中，有机物首先被吸附到污泥团聚体的表面，然后被微生物降解。
微生物通过对有机物进行代谢，产生酶来催化有机物的降解。
反应过程中，溶解氧和微生物是限制因素。
溶解氧的供应主要通过曝气作用，污水中的氧被转移到活性污泥颗粒上，为微生物呼吸提供氧气。
间歇氧化污泥法是将污水与活性污泥进行间歇接触和氧化降解。
在间歇氧化污泥法中，活性污泥以混合液的形式存在，定期进入污泥沉淀池进行沉淀。
通过周期性地供氧和去除微生物产物，可以提高微生物的降解效率。
间歇氧化污泥法可以减小活性污泥容积，减少处理设备和设备的尺寸。
活性污泥法的应用非常广泛。
首先，它可用于去除污水中的有机物。
微生物通过分解有机物来获取能量，降解有机物为二氧化碳和水，从而达到去除有机物的目的。
其次，活性污泥法也可用于去除污水中的氮和磷。
氮有机物在细菌的作用下，先转化为氨氮，然后转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
磷则被微生物分离吸附到活性污泥中。
最后，活性污泥法还可用于去除重金属和其他有害物质。
然而，对于有害物质的降解程度则受到微生物菌群的结构和活性因素的限制。
除了以上应用，活性污泥法还可用于废水的预处理、提高水体的自净能力、生物氮除磷等。
此外，活性污泥法还可以与其他处理方法结合使用，如沉淀、过滤和气浮等，以更好地达到废水处理的目的。
总之，活性污泥法是一种基于微生物代谢的处理方法，通过微生物的作用和生物反应动力学原理，可以有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，具有广泛的应用前景。
活性污泥法动力学模型的研究进展
活性污泥法动力学模型的研究进展[摘要]从模型的机理、功能等方面对活性污泥法动力学的微生物模型、传统静态模型和动态模型进行简要的介绍，并分析比较了各自的优缺点。
[关键词]活性污泥法模型ASM活性污泥法是废水生物处理中应用最广泛的方法之一。
起初对于活性污泥过程的设计和运行管理主要依靠经验数据，自20世纪50年代后期，Eckenfelder 等人基于反应器理论和生物化学理论提出活性污泥法静态模型以来，动态模型研究不断发展，已成为国际废水生物处理领域的研究热点。
但我国在该领域的研究尚处于起步阶段，与国际先进水平还存在很大差距。
1微生物模型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]：Monod模型实质上是一个经验式，是在单一微生物对单一基质、微生物处于平衡生长状态且无毒性存在的条件下得出的结论。
Monod模型的提出使废水生物处理的设计和运行更加理论化和系统化，提高了人们对废水生物处理机理的认识，进一步促进了生物处理设计理论的发展。
由于微生物模型描述的是微生物生长和限制微生物生长的基质浓度之间的关系，它是活性污泥法数学模型的理论基础。
微生物模型的不断发展和计算机技术的普及同时也推动了活性污泥数学模型研究的日趋深入。
2传统静态模型传统静态模型主要有20世纪50-70年代推出的Eckenfelder、Mckinney和Lawrence-McCarty模型，这些模型所采用的是生长-衰减机理[2]。
2.1Eckenfelder模型该模型提出当微生物处于生长率上升阶段时，基质浓度高，微生物生长速度与基质浓度无关，呈零级反应；当微生物处于生长率下降阶段时，微生物生长主要受食料不足的限制，微生物的增长与基质的降解遵循一级反应关系；当微生物处于内源代谢阶段时，微生物进行自身氧化。
2.2McKinney模型该模型忽略了微生物浓度对基质去除速度的影响，认为在活性污泥反应器内，微生物浓度与底物浓度相比，属低基质浓度，微生物处于生长率下降阶段，代谢过程为基质浓度所控制，遵循一级反应动力学。
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。
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。
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。