《废水生物处理》第六章单级连续搅讲义拌式生物处理反应器
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为了简单起见，模型仅限于好氧异养微生物，有充足无机营养 物，可生物降解的溶解性有机基质是生长限制性基质（以COD为单 位）。
经过稍加修改，本章的模型就可用于厌氧和缺氧异养微生物， 以及好氧自养微生物，使其更具有普遍性意义。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
§6.1 CSTR基本模型 §6.2 基本模型的延伸 §6.3 生物量回流和排出方式 §6.4 模型预测CSTR运行性能 §6.5 活性污泥模型（ASM）简介
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
停留时间定义为： 一种组分在系统中滞留的平均时间。 CSTR反应器有两种类型的组分：
（1）溶解性的，用S表示； （2）颗粒性的，用X表示。 它们的停留时间不一定相同，需要分别定义。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
6.1.2 模型形式
表6.1列出了以上质量平衡方程所需要的反应速率ri项的相关 信息。
表中各项代表了参与反应的每一种组分的化学计量系数，用 COD单位表示，氧用负的COD表示。
表右边一栏各项代表了过程反应速率，ri是过程j的反应速 率，下标H表示该参数适用于异养微生物。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
比较6.2和 V/，F可以看出：
C
(6.3)
FW越接近F，SRT也就越接近HRT。所以，若反应器中 没有分离器，则SRT和HRT相等。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
用CA表示CSTR反应器中A组分的质量浓度，则质量平衡 方程为：
( d A / d C ) V t F C A 0 F W C A ( F F W ) C A ' r A V （6.4）
细胞平均停留时间，用 C 来表示，简称为SRT。 SRT定义为反应器中颗粒物质总量与单位时间颗粒物质排出量之比，
即：
CVX/F WXW （6.1）
颗粒物质浓度为XW等于反应器中的浓度X，方程可简化为：
C V/FW
（6.2）
注意：SRT基本定义采用的是质量流量而不是体积流量。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各 种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。
1、活性微生物XB,H受到两个过程影响，总过程速率可以由 反应速率项与表中XB,H列的相应系数相乘，再加和在一起，即：
式中，CA0 —— 进水中A的浓度；
C、A —— 经过生物分离器的浓度
（对溶解性物质来说，CA和CSTR中的A浓度相同；
对颗粒物质来说，C
' A
等于零。）；
rA—— Ａ参与的所有反应速率之和。
对CSTR，应该至少列出三种组分的质量平衡方程：基质
浓度SS、活性异养微生物XB,H和微生物残留物XD。此外，还
《废水生物处理》第六章单级连
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
单个的连续搅拌式反应器（CSTR）是生物处理中最简单的反应器， 用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厌氧消化和生物法去除营养物 等。
本章将建立单个CSTR微生物生长模型，包括：有生物量回流和无 生物量回流两种方式，并利用它来了解系统本身的运行情况。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
进水F0 SS0
F-FW 、SS FW 、SS 、XB、H、XD 污泥分离器
V 、SS0 、XB、H、XD
图6.1 CSTR反应器示意图
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
反应器容积为V，进水流量为F，其中只含非抑制性和溶解 性的可生物降解有机物，浓度为SS0（用COD表示）。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
表6.1 好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数
过程
生 长 衰 减
XB,H 1
—1
组分a
过程速率
XD
SS
S
b O
rj
—（1/YH） （1—YH ）/YH μH·XB，H
fD
1—fD
bH·XB，H
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
ห้องสมุดไป่ตู้
需列出氧平衡方程
S
b O
。
这样共有四个质量平衡方程。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
考虑质量平衡方程的数目，其所反映的不同类型的过程和不 同种类的组分，就可知道一个系统需要哪些信息，使所有反应物 的去向一目了然。
( 1 ) A 1 ( k , 1 ) A k ( k 1 , 1 ) A k 1 ( m , 1 ) A m 0 r 1
（1）溶解性组分在反应器中的停留时间等于平均水力停留时间，
即：
V/F
（2）颗粒性组分可用物理方法从水流中分离，例如过滤或者沉淀， 可以利用这个特点来控制其从反应器中的排出。
分离器使颗粒物质的停留时间大于溶解物质。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
（2）颗粒物质在反应器中的平均滞留时间，称为固体停留时间，或
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
反应器有两个出流，由于反应器是完全混合式，其出流中 含有的任何一种溶解性成分与反应器内相同。
一个出流的流量为FW，微生物浓度及残留物浓度都与反 应器内相同。
另一个出流的流量是F-FW，通过一个分离器去除悬浮物 质，然后排出，所分离出来的悬浮物再返回到反应器中。
进水含有充足的无机营养物，有机基质是微生物生长的限 制因素。
进水的流量、浓度、pH值、温度以及其他环境条件等都保 持恒定。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
在反应器内，异养微生物利用基质进行生长，生物量增加 至XB，H，基质浓度降低为SS。
微生物群在生长同时还伴随着衰亡，XD表示微生物残留 物浓度。
( 1 , 2 ) A 1 ( 1 ) A k ( k 1 , 2 ) A k 1 ( m , 2 ) A m 0 r 2
( 1 , n ) A 1 ( k , n ) A k ( k 1 , n ) A k 1 ( 1 ) A m 0 r n
经过稍加修改，本章的模型就可用于厌氧和缺氧异养微生物， 以及好氧自养微生物，使其更具有普遍性意义。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
§6.1 CSTR基本模型 §6.2 基本模型的延伸 §6.3 生物量回流和排出方式 §6.4 模型预测CSTR运行性能 §6.5 活性污泥模型（ASM）简介
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
停留时间定义为： 一种组分在系统中滞留的平均时间。 CSTR反应器有两种类型的组分：
（1）溶解性的，用S表示； （2）颗粒性的，用X表示。 它们的停留时间不一定相同，需要分别定义。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
6.1.2 模型形式
表6.1列出了以上质量平衡方程所需要的反应速率ri项的相关 信息。
表中各项代表了参与反应的每一种组分的化学计量系数，用 COD单位表示，氧用负的COD表示。
表右边一栏各项代表了过程反应速率，ri是过程j的反应速 率，下标H表示该参数适用于异养微生物。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
比较6.2和 V/，F可以看出：
C
(6.3)
FW越接近F，SRT也就越接近HRT。所以，若反应器中 没有分离器，则SRT和HRT相等。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
用CA表示CSTR反应器中A组分的质量浓度，则质量平衡 方程为：
( d A / d C ) V t F C A 0 F W C A ( F F W ) C A ' r A V （6.4）
细胞平均停留时间，用 C 来表示，简称为SRT。 SRT定义为反应器中颗粒物质总量与单位时间颗粒物质排出量之比，
即：
CVX/F WXW （6.1）
颗粒物质浓度为XW等于反应器中的浓度X，方程可简化为：
C V/FW
（6.2）
注意：SRT基本定义采用的是质量流量而不是体积流量。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各 种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。
1、活性微生物XB,H受到两个过程影响，总过程速率可以由 反应速率项与表中XB,H列的相应系数相乘，再加和在一起，即：
式中，CA0 —— 进水中A的浓度；
C、A —— 经过生物分离器的浓度
（对溶解性物质来说，CA和CSTR中的A浓度相同；
对颗粒物质来说，C
' A
等于零。）；
rA—— Ａ参与的所有反应速率之和。
对CSTR，应该至少列出三种组分的质量平衡方程：基质
浓度SS、活性异养微生物XB,H和微生物残留物XD。此外，还
《废水生物处理》第六章单级连
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
单个的连续搅拌式反应器（CSTR）是生物处理中最简单的反应器， 用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厌氧消化和生物法去除营养物 等。
本章将建立单个CSTR微生物生长模型，包括：有生物量回流和无 生物量回流两种方式，并利用它来了解系统本身的运行情况。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
进水F0 SS0
F-FW 、SS FW 、SS 、XB、H、XD 污泥分离器
V 、SS0 、XB、H、XD
图6.1 CSTR反应器示意图
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
反应器容积为V，进水流量为F，其中只含非抑制性和溶解 性的可生物降解有机物，浓度为SS0（用COD表示）。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
表6.1 好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数
过程
生 长 衰 减
XB,H 1
—1
组分a
过程速率
XD
SS
S
b O
rj
—（1/YH） （1—YH ）/YH μH·XB，H
fD
1—fD
bH·XB，H
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
ห้องสมุดไป่ตู้
需列出氧平衡方程
S
b O
。
这样共有四个质量平衡方程。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
考虑质量平衡方程的数目，其所反映的不同类型的过程和不 同种类的组分，就可知道一个系统需要哪些信息，使所有反应物 的去向一目了然。
( 1 ) A 1 ( k , 1 ) A k ( k 1 , 1 ) A k 1 ( m , 1 ) A m 0 r 1
（1）溶解性组分在反应器中的停留时间等于平均水力停留时间，
即：
V/F
（2）颗粒性组分可用物理方法从水流中分离，例如过滤或者沉淀， 可以利用这个特点来控制其从反应器中的排出。
分离器使颗粒物质的停留时间大于溶解物质。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.1 停留时间的定义
（2）颗粒物质在反应器中的平均滞留时间，称为固体停留时间，或
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
反应器有两个出流，由于反应器是完全混合式，其出流中 含有的任何一种溶解性成分与反应器内相同。
一个出流的流量为FW，微生物浓度及残留物浓度都与反 应器内相同。
另一个出流的流量是F-FW，通过一个分离器去除悬浮物 质，然后排出，所分离出来的悬浮物再返回到反应器中。
进水含有充足的无机营养物，有机基质是微生物生长的限 制因素。
进水的流量、浓度、pH值、温度以及其他环境条件等都保 持恒定。
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1 CSTR基本模型
在反应器内，异养微生物利用基质进行生长，生物量增加 至XB，H，基质浓度降低为SS。
微生物群在生长同时还伴随着衰亡，XD表示微生物残留 物浓度。
( 1 , 2 ) A 1 ( 1 ) A k ( k 1 , 2 ) A k 1 ( m , 2 ) A m 0 r 2
( 1 , n ) A 1 ( k , n ) A k ( k 1 , n ) A k 1 ( 1 ) A m 0 r n