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1、第三章第三章 废水好氧生物处理工艺废水好氧生物处理工艺(1)(1)活性污泥法活性污泥法本章内容本章内容3.1活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理3.2活性污泥法活性污泥法的运行方式的运行方式3.3活性污泥法的反应动力学活性污泥法的反应动力学3.4曝气的原理、方法与设备曝气的原理、方法与设备3.5活性污泥法的工艺设计活性污泥法的工艺设计3.6活性污泥法的运行管理活性污泥法的运行管理2第三章（1）3.1活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理3.1.1活性污泥法的工艺流程活性污泥法的工艺流程3.1.2活性污泥的性质及性能指标活性污泥的性质及性能指标3.1.3活性污泥法的基本工艺参数活性污泥法的
2、基本工艺参数3.1.4活性污泥的增殖规律及应用活性污泥的增殖规律及应用3第三章（1）3.1.1活性污泥法的工艺流程活性污泥法的工艺流程回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废水废水曝气池曝气池出水出水空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥4第三章（1）活性污泥系统的主要组成活性污泥系统的主要组成l l曝气池曝气池曝气池曝气池：l l二沉池二沉池二沉池二沉池：l l回流系统回流系统回流系统回流系统：l l剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥：l l供氧系统供氧系统供氧系统供氧系统：生化反应生化反应的主体，的主体，有机物被降解有机物被降解，微生物增殖微生物增殖；1）泥水分离泥水分离，保证出水水质；，保证出水水
3、质；2）浓缩污泥浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。内的污泥浓度。1）维持维持曝气池内的曝气池内的污泥浓度污泥浓度；2）改变）改变回流比回流比，可调整曝气池的运行工况。，可调整曝气池的运行工况。1）去除有机物的途径之一；）去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。）维持系统的稳定运行。为微生物提供为微生物提供溶解氧溶解氧，并保证活性污泥，并保证活性污泥处于处于悬浮悬浮状态。状态。3.1.15第三章（1）生活污水或城市废水的处理流程生活污水或城市废水的处理流程高碑店污水处理厂的工艺流程图高碑店污水处理厂的工艺流程图活性污泥系统活性污泥系统3.1.16第三
4、章（1）正在运行的曝气池正在运行的曝气池3.1.17第三章（1）曝气池中的曝气头的布置曝气池中的曝气头的布置3.1.18第三章（1）活性污泥系统有效运行的活性污泥系统有效运行的基本条件基本条件是：是：l废水中含有足够的废水中含有足够的可溶性可溶性易降解有机物易降解有机物易降解有机物易降解有机物；l混合液含有足够的混合液含有足够的溶解氧溶解氧溶解氧溶解氧；l活性污泥在池内呈活性污泥在池内呈悬浮悬浮悬浮悬浮状态；状态；l活性污泥连续活性污泥连续回流回流回流回流，剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥及时排放，及时排放，维持曝气池内稳定的维持曝气池内稳定的活性污泥活性污泥浓度；浓度；l进水中不含有进水中不
5、含有对微生物对微生物有毒有害有毒有害有毒有害有毒有害的物质的物质3.1.19第三章（1）3.1.2活性污泥的性质及性能指标活性污泥的性质及性能指标1、活性污泥的物理性质：、活性污泥的物理性质：“菌胶团菌胶团”“生物絮凝体生物絮凝体”l颜色：颜色：褐色褐色、（土）黄色（土）黄色、铁红色铁红色l气味：泥土味（城市污水）气味：泥土味（城市污水）l比重：略大于比重：略大于1（1.002 1.006）l粒径：粒径：0.02 0.2mml比表面积：比表面积：20 100cm2/mL10第三章（1）2、活性污泥的组成成分：、活性污泥的组成成分：l水水：l固体物质固体物质：有机物有机物7585%活性污泥的含水
6、率：活性污泥的含水率：99.2%99.8%1）活细胞（）活细胞（Ma）：）：2）微生物内源代谢的残留物（）微生物内源代谢的残留物（Me）：）：3）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）：）：4）无机物质（）无机物质（Mii）：l有机物有机物：l无机物无机物：活性污泥的含固率：活性污泥的含固率：0.2%0.8%active,endogenesisrespiration,inert,inertinorganic3.1.211第三章（1）3、活性污泥中的微生物：、活性污泥中的微生物：A细菌细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分是活性污泥净化功能最活跃的成分主要
7、菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等特征：特征：1）绝大多数是）绝大多数是好氧好氧和和兼性兼性异养型的异养型的原核细菌原核细菌；2）在）在好氧好氧条件下，具有很强的条件下，具有很强的分解分解有机物的功能；有机物的功能；3）具有很高的）具有很高的增殖速率增殖速率，世代时间仅为，世代时间仅为20 30min；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团菌胶团”的功能。的功能。3.1.212第三章（1）4、活性污泥的性能指标：、活性
8、污泥的性能指标：1）混合液悬浮固体浓度）混合液悬浮固体浓度（MLSS）（MixedLiquorSuspendedSolids）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 单位：mg/L或或g/m3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0.750.852）混合液挥发性悬浮固体浓度）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）MLVSS=Ma+Me+Mi 单位：mg/L或或g/m33.1.216第三章（1）3）污泥沉降比（）污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）定义定义：将曝气池中的：将曝气池中的混合液混合液在
9、量筒中静置在量筒中静置30分钟分钟，其沉淀污，其沉淀污泥与原混合液的泥与原混合液的体积比体积比，一般以，一般以%表示；表示；功能功能：能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，：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可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀污泥膨胀；正常范围正常范围：20%30%3.1.217第三章（1）SV的的测定测定0min15min30minSV=40%3.1.218第三章（1）4）污泥体积指数（）污泥体积指数（SVI）（SludgeVolumeIndex）定义定义：曝气池出口处混合液经：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，分钟
10、静沉后，1g干污泥所形干污泥所形成的污泥体积，成的污泥体积，(mL/g)功能功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀；正常范围正常范围：50 150 mL/g（处理城市污水时处理城市污水时）3.1.219第三章（1）3.1.3活性污泥法的基本工艺参数活性污泥法的基本工艺参数1、曝气池的有机容积负荷：、曝气池的有机容积负荷：1）进水进水COD（BOD5）容积容积负荷负荷：2
11、）COD（BOD5）去除去除容积容积负荷负荷：20第三章（1）2、曝气池的有机污泥负荷：曝气池的有机污泥负荷：1）进水）进水COD（BOD5）污泥负荷：污泥负荷：2）COD（BOD5）去除污泥负荷：去除污泥负荷：3.1.321第三章（1）3、曝气池的、曝气池的水力停留时间水力停留时间（HRT、Hydraulic Retention Time）4、曝气池的、曝气池的污泥停留时间污泥停留时间（SRT，Sludge Retention Time、c）（h）（d）(mg/L)3.1.322第三章（1）3.1.4活性污泥的增殖规律及应用活性污泥的增殖规律及应用l活性污泥中活性污泥中微生物的增殖微生物的增
12、殖是活性污泥在曝是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增殖。增殖。l活性污泥的活性污泥的增殖曲线增殖曲线23第三章（1）微微生生物物量量时间时间活性污泥的增殖曲线活性污泥的增殖曲线注意：1）间歇静态培养；2）底物是一次投加对数增殖期对数增殖期减速增殖期减速增殖期内源呼吸期内源呼吸期氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增殖曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线变化曲线(F)适应期适应期3.1.424第三章（1）F/M值的概念：值的概念：在在温温度度适适宜宜、DO充充足足、且且不不
13、存存在在抑抑制制物物质质的的条条件件下下，活活性性污污泥泥微微生生物物的的增增殖殖速速率率主主要要取取决决于于微微生生物物与与有有机机基基质质的的相相对对数数量量，即即有有机机基基质质(Food)与与微微生生物物(Microorganism)的的比比值值，即即F/M值。值。F/M值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。实际上，实际上，F/M值就是以值就是以BOD5表示的表示的进水污泥负荷进水污泥负荷，即：，即：3.1.425第三章（1）活性污泥的增殖曲线的分区活性污泥的增殖曲线的分区可将增殖曲线分为四个时期：可将增殖曲线分为四个时期：1)适应
14、期适应期2)对数增殖期对数增殖期3)减速增殖期减速增殖期4)内源呼吸期内源呼吸期3.1.426第三章（1）1)1)适应期适应期（1）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程短暂的适应过程；（2）活性污泥）活性污泥微生物的变化微生物的变化：l数量数量基本没有变化；基本没有变化；l菌体菌体体积体积增大；增大；l酶系统酶系统相应调整；相应调整；l新的新的变异变异；等。；等。（3）水质）水质指标指标基本无变化。基本无变化。3.1.427第三章（1）2 2）对数增殖期）对数增殖期lF/M值高值高(2.2k
15、gBOD/kgVSSd)，有机物丰富，营养物质有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；不是微生物增殖的控制因素；l微生物的增值速率与基质浓度无关，呈微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应零级反应，仅由微，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；生理机能的限制；l微生物以最高速率对有机物进行摄取，以微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖最高速率增殖，合成新细胞；合成新细胞；l活性污泥的活性污泥的代谢速率极高代谢速率极高，需氧量大；，需氧量大；l活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污活
16、性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳沉淀性能不佳；l一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高负荷活高负荷活性污泥法性污泥法）3.1.428第三章（1）3 3）减速增长期）减速增长期lF/M值下降到一定水平后，值下降到一定水平后，有机物的浓度有机物的浓度成为微生物增殖的成为微生物增殖的控制因素；控制因素；l微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应一级反应；l有机底物的有机底物的降解速率降解速率也开始下降；也开始下
17、降；l微生物的微生物的增殖速率增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为在逐渐下降，直至最终下降为零零，但活性，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；污泥的量仍持续增长并最终达到最高；l絮凝体开始形成絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；好；l出水水质出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；有较大改善，且整个系统运行稳定；l大多数污水厂曝气池的大多数污水厂曝气池的运行工况运行工况。3.1.429第三章（1）4）内源呼吸期）内源呼吸期l内内源呼吸的速率在本期之初首次源呼吸的速率在本期之初首次超过超过了合成速率，了合成速率，因此从整体上来说，因此从
18、整体上来说，活性污泥的量在减少活性污泥的量在减少，最终所，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；而这些物质多是难于降解的细胞壁等；l污泥的无机化程度较高，污泥的无机化程度较高，沉降性能良好沉降性能良好，但凝聚性，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好处理水质良好；l一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如如延时曝气法延时曝气法。3.1.431第三章（1）活性污泥增殖规律的应用：活性污泥增殖规律的应用：1）活性污泥的增殖
19、状况，主要是由）活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值值所控制；所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水质出水水质也不同；也不同；3）通通过过调调整整F/M值值，可可调调控控曝曝气气池池的的运运行行工工况况，以以达达到到所所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；要求的出水水质和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法）推流式活性污泥法：一段线段一段线段；完全混合式活性污泥法：完全混合式活性污泥法：一个点一个点3.1.432第三章（1）微微生生物物量量时间时间活性污泥的增殖曲线活性污泥的增殖曲线对数增殖对数增殖减速增殖减速增殖内源呼吸内源呼吸适应期适应期3
20、.1.433第三章（1）有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼内源呼吸吸)两项作用的综合结果，所以，微生物的两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率净增殖速率为：为：式中式中:活性污泥中微生物的净增值速率（活性污泥中微生物的净增值速率（kgVSS/d）；）；活性污泥中微生物的合成速率（活性污泥中微生物的合成速率（kgVSS/d）；）；其中：其中：a降解降解1kgBOD所产生的所产生的VSS，产率系数（，产率系数（kgVSS/kgBOD）；活性污泥中微生物的自身氧化速率（活性污泥中微生物的自身氧
21、化速率（kgVSS/d）；）；其中：其中：b 活性污泥的自身氧化系数（活性污泥的自身氧化系数（kgVSS/kgVSSd，一般为一般为d-1）；）；xv系统中活性污泥的总量（系统中活性污泥的总量（kgVSS）3.1.434第三章（1）有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为:Si进水进水BOD浓度浓度(kgBOD/m3)；Se 出水浓度出水浓度(kgBOD/m3)。式中式中:x每日的污泥增长量每日的污泥增长量(k
22、gVSS/d)；=QwXrQ每日处理废水量每日处理废水量(m3/d)；3.1.435第三章（1）a、b经验值的获得：经验值的获得：(1)对于对于生活污水生活污水或相近的工业废水或相近的工业废水:a=0.50.65，b=0.050.1；(2)对于对于工业废水工业废水，则：，则：合成纤维废水合成纤维废水0.380.10含酚废水含酚废水0.550.13制浆与造纸废水制浆与造纸废水0.760.016制药废水制药废水0.77酿造废水酿造废水0.93工业废水工业废水ab亚硫酸浆粕废水亚硫酸浆粕废水0.550.133.1.436第三章（1）a、b经验值的获得：经验值的获得：（3）通过小试获得：）通过小试获得
23、：可改 写 为：abQSr/VXv(kgBOD/kgVSSd)x/VXv(1/d)3.1.437第三章（1）有机物降解与需氧：有机物降解与需氧：氧氧在微生物代谢过程中的用途：在微生物代谢过程中的用途：(1)氧化分解有机物；氧化分解有机物；(2)氧化分解自身的细胞物质。氧化分解自身的细胞物质。式中：式中：O2曝气池中混合液的需氧量，曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d;a代谢每代谢每kgBOD所需的氧量，所需的氧量，kgO2/kgBOD;b每每 kgVSS每每 天天 进进 行行 自自 身身 氧氧 化化 所所 需需 的的 氧氧 量量，kgO2/kgVSS.d。3.1.438第三章（1）有机物降解与
24、需氧有机物降解与需氧:上上式式可可改改写写为为：或或式中：式中：O2/VXv单位质量污泥的需氧量单位质量污泥的需氧量，kgO2/kgVSSd;O2=O2/QSr去除每去除每kgBOD所需的氧量所需的氧量，kgO2/kgBODd;思思考考题题：如如何何解解释释单单位位质质量量污污泥泥的的需需氧氧量量与与负负荷荷成成正正比比，而而去去除除单单位位质质量量BOD的需要量与负荷的需要量与负荷成反比成反比？3.1.439第三章（1）a、b值的确定值的确定:l活性污泥法处理城市污水：活性污泥法处理城市污水：运行方式运行方式 O2ab完全混合式完全混合式0.7 1.10.420.11生物吸附法生物吸附法0.
25、7 1.1传统曝气法传统曝气法0.8 1.1延时曝气法延时曝气法1.4 1.80.530.1883.1.440第三章（1）a、b值的确定值的确定:l活性污泥法处理工业污水：活性污泥法处理工业污水：废水种类废水种类ab石油化工废水石油化工废水0.750.16合成纤维废水合成纤维废水0.550.142含酚废水含酚废水0.56制浆与造纸废水制浆与造纸废水0.380.092制药废水制药废水0.350.354酿造废水酿造废水0.93漂染废水漂染废水0.5 0.60.065炼油废水炼油废水0.550.12亚硫酸浆粕废水亚硫酸浆粕废水0.400.1853.1.441第三章（1）a、b值的确定值的确定:(3)
26、试验法试验法:abLsrBOD(kgBODr/kgVSSd)O2/VXv(kgO2/kgVSSd)3.1.442第三章（1）3.2 活性污泥法的运行方式活性污泥法的运行方式3.2.1传统活性污泥法传统活性污泥法推流式推流式活性污泥法活性污泥法；3.2.2完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法；3.2.3阶段曝气活性污泥法阶段曝气活性污泥法；3.2.4吸附吸附再生活性污泥法再生活性污泥法；3.2.5延时曝气活性污泥法；延时曝气活性污泥法；3.2.6高负荷活性污泥法；高负荷活性污泥法；3.2.7纯氧曝气活性污泥法纯氧曝气活性污泥法；3.2.8浅层低压曝气活性污泥法浅层低压曝气活性污泥法；3.2.9深
27、水曝气活性污泥法深水曝气活性污泥法；3.2.10深井曝气活性污泥法深井曝气活性污泥法。43第三章（1）作 业简答题：14、15计算题：6、780第三章（1）3.3 活性污泥法的反应动力学 什么是活性污泥法反应动力学活性污泥法反应动力学？可以定量或半定量地揭示系统内有有机机物物降降解解、污污泥泥增增长长、氧氧气气的的消消耗耗等与各项设设计计参数、运运行行参数及环境因素之间的关系；81第三章（1）活性污泥法的反应动力学的主要内容活性污泥法的反应动力学的主要内容:(1)基基质质降降解解的的动动力力学学，涉涉及及基基质质降降解解与与基基质质浓浓度、生物量等因素的关系；度、生物量等因素的关系；(2)微微
28、生生物物增增长长动动力力学学，涉涉及及微微生生物物增增长长与与基基质质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；浓度、生物量、增长常数等因素的关系；(3)底底物物降降解解与与生生物物量量增增长长、底底物物降降解解与与需需氧氧、营养要求等之间的关系。营养要求等之间的关系。3.382第三章（1）建立活性污泥法反应动力学模型的假设建立活性污泥法反应动力学模型的假设:(1)反应器处于反应器处于完全混合状态完全混合状态，对于推流式曝气池系统，需加以修正；对于推流式曝气池系统，需加以修正；(2)活性污泥系统的活性污泥系统的运行运行条件条件绝对稳定绝对稳定；(3)二二沉沉池池内内无无微微生生物物活活动动，也也无无
29、污污泥泥累累积积，且且泥泥水水分分离效果良好；离效果良好；(4)进进水水有有机机物物均均为为溶溶解解性性有有机机物物，且且浓浓度度恒恒定定，不不含含微生物微生物；(5)进水中不含对微生物具有毒性或抑制性的物质。进水中不含对微生物具有毒性或抑制性的物质。3.383第三章（1）反应动力学研究的由来反应动力学研究的由来劳伦斯劳伦斯麦卡蒂（麦卡蒂（LawrenceMcCarty）模式模式酶促反应动力学公式（米酶促反应动力学公式（米门公式）门公式）（MichaelisMenton）莫诺德（莫诺德（Monod）模式模式基础基础基本模型基本模型模型的应用模型的应用3.384第三章（1）3.3活性污泥法的反应
30、动力学活性污泥法的反应动力学3.3.1 活性污泥反应动力学的基础活性污泥反应动力学的基础 米门公式与莫诺德模式米门公式与莫诺德模式3.3.2LawrenceMcCarty模式模式3.3.3活性污泥法反应动力学的应用活性污泥法反应动力学的应用85第三章（1）3.3.1活性污泥反应动力学的基础活性污泥反应动力学的基础 米门公式与莫诺德模式米门公式与莫诺德模式1、米门公式、米门公式MichaelisMenton提提出出酶酶的的“中中间间产产物物”学学说说，通通过过理理论论推推导导和和实实验验验验证证，提提出出了了含含单单一一基基质质单单一一反反应应的的酶促反应动力学酶促反应动力学公式，即米公式，即米
31、门公式：门公式：其中：其中：Km饱和常数，或半速常数；饱和常数，或半速常数；1/Km基质亲和力基质亲和力E+S ES E+P86第三章（1）米门公式的图示米门公式的图示 vmaxKmv=vmax/2S0v3.3.187第三章（1）2、莫诺德模式、莫诺德模式l1942年和年和1950年，年，Monod;l单一基质，纯菌种，培养实验单一基质，纯菌种，培养实验;l微生物比增殖速率与基质浓度之间的关系；微生物比增殖速率与基质浓度之间的关系；l与酶促反应类似的规律；与酶促反应类似的规律；l提出活性污泥法的动力学公式，即莫诺德模式：提出活性污泥法的动力学公式，即莫诺德模式：式中：式中：微生物的比增殖速率，
32、微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS.d；max基质浓度饱和时，微生物的最大比增殖速率基质浓度饱和时，微生物的最大比增殖速率,kgVSS/kgVSS.d;S反应器内的基质浓度，反应器内的基质浓度，mg/l；Ks饱和常数，也称半速常数。饱和常数，也称半速常数。3.3.188第三章（1）l随后发现，用由混合微生物群体组成的活性污随后发现，用由混合微生物群体组成的活性污泥对多种基质进行微生物增殖实验，也取得了泥对多种基质进行微生物增殖实验，也取得了符合这种关系的结果。符合这种关系的结果。l在在微微生生物物比比增增殖殖速速率率与与底底物物的的比比降降解解速速率率之之间间存在下列比例关系：存在下列
33、比例关系：3.3.189第三章（1）l则与则与比增殖速率比增殖速率相对应的相对应的比底物降解速率比底物降解速率也可以用类似公式表示，即：也可以用类似公式表示，即：式中：式中：S 限制性底物的浓度；限制性底物的浓度；l对于废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，对于废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，因此上式的实际意义更大。因此上式的实际意义更大。3.3.190第三章（1）一级反应区一级反应区过渡区过渡区零级反应区零级反应区3.3.191第三章（1）莫诺德方程式的推论：莫诺德方程式的推论：（1）在在高底物浓度高底物浓度的条件下，即的条件下，即SKs，呈呈零级反应零级反应，有：，有：（2）在）
34、在低底物浓度低底物浓度的条件下，即的条件下，即S Ks，则：则：3.3.192第三章（1）莫诺德方程式的应用莫诺德方程式的应用l【例例1】pH值影响氨氮氧化速率的动力学解释？值影响氨氮氧化速率的动力学解释？l【思考题思考题1】推流式与完全混合式的比较：进水推流式与完全混合式的比较：进水条件和出水水质要求相同时，如果单从反应动力条件和出水水质要求相同时，如果单从反应动力学的角度来考虑，采用推流式曝气池和完全混合学的角度来考虑，采用推流式曝气池和完全混合式曝气池，那种所需要的池容较小？式曝气池，那种所需要的池容较小？3.3.193第三章（1）【例例1】pH值对氨氮氧化速率的影响的动力学解释值对氨氮
35、氧化速率的影响的动力学解释在一个硝化反应器中，氨氮浓度为在一个硝化反应器中，氨氮浓度为130mg/L，T=35 C，请通过计算给请通过计算给出当反应器内的出当反应器内的pH值分别为值分别为6.0和和8.0时的氨氧化速率的比值。时的氨氧化速率的比值。3.3.194第三章（1）研究背景研究背景l亚硝化的反应方程式：亚硝化的反应方程式：l亚硝化反应是由氨氧化细菌在好氧、亚硝化反应是由氨氧化细菌在好氧、pH值中性值中性偏碱的条件下完成的；偏碱的条件下完成的；l研究表明，亚硝化过程受研究表明，亚硝化过程受pH值的影响很大；值的影响很大；l最近的研究表明，氨氧化细菌的直接底物是游最近的研究表明，氨氧化细菌
36、的直接底物是游离态的离态的NH3，而不是离子态的而不是离子态的NH4+；l但水质监测中所测得的氨氮浓度，实际上是总但水质监测中所测得的氨氮浓度，实际上是总氨氮浓度，即氨氮浓度，即TNH3，其中包括其中包括NH3和和NH4+；3.3.195第三章（1）研究背景研究背景lMonod方程认为，废水中的生化反应速率为：方程认为，废水中的生化反应速率为：l上式中的上式中的S指的是生化反应过程中的限制性基质指的是生化反应过程中的限制性基质的浓度，即氨氧化过程中的游离氨浓度；的浓度，即氨氧化过程中的游离氨浓度；l因此，需要计算出不同因此，需要计算出不同pH值下反应器中实际的值下反应器中实际的游离氨的浓度，即
37、游离氨的浓度，即NH3：(1)3.3.196第三章（1）水中游离氨浓度的计算水中游离氨浓度的计算联合式联合式(2)和式和式(3)，可得：，可得：(2)(3)再加上再加上:最后可得最后可得:(4)氨的解离常数，相当于3.3.197第三章（1）其它有关常数：其它有关常数：l1825 C时时,l假定假定30 C时时,l30 C时时,l30 C时，氨氧化细菌的时，氨氧化细菌的Ks=7.0mgN/L3.3.198第三章（1）具体的计算过程与结果：具体的计算过程与结果：lpH6时，利用式（时，利用式（4），可计算出：），可计算出：l同样，同样，pH8时时:l再利用式（再利用式（1），可计算出：），可计算出
38、：lpH6时时:lpH8时时:l所以：所以：3.3.199第三章（1）示意图示意图3.3.1100第三章（1）3.3.2LawrenceMcCarty模式模式l出水水质出水水质Se：l曝气池内的生物浓度，即污泥浓度曝气池内的生物浓度，即污泥浓度X：l合适的污泥回流比合适的污泥回流比R：l表观污泥产率系数表观污泥产率系数Yobs：l最小污泥龄最小污泥龄 c：101第三章（1）1、有关基本概念：、有关基本概念：a、微生物比增殖速率微生物比增殖速率b、单位基质利用率单位基质利用率3.3.2102第三章（1）c、污污泥泥停停留留时时间间（SRT）、平平均均细细胞胞停停留留时时间间（MCRT）、）、污泥
39、龄污泥龄(c)：3.3.2103第三章（1）与与 c的关系：的关系：所以有：3.3.2104第三章（1）1）第一基本方程式：）第一基本方程式：前面已有：前面已有：式中：式中：Y微生物的产率系数，微生物的产率系数，kgVSS/kgBOD；Kd 自身氧化系数，或衰减常数，自身氧化系数，或衰减常数，d-1，（，（kgVSS/kgVSS.d）经整理后：经整理后：表表示示的的是是污污泥泥龄龄（c）与与产产率率系系数数Y、基基质质比比利利用用速速率率（q）及及自身氧化系数自身氧化系数(Kd)之间的关系。之间的关系。2、LM模式的基本方程式：模式的基本方程式：3.3.2105第三章（1）2）第二基本方程式：
40、）第二基本方程式：l认同莫诺德模式：认同莫诺德模式：l认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即：认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即：式中：式中：S反应器内的基质浓度；反应器内的基质浓度；qmax单位生物量的最大基质利用速率；单位生物量的最大基质利用速率；Ks半速常数。半速常数。表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。3.3.2106第三章（1）3、L-M模式的应用（基本方程的推论）模式的应用（基本方程的推论）1）第一导出方程）第一导出方程出水水质出水水质(Se)与污泥龄与污泥龄(c)之
41、间的关系：之间的关系：代入：代入：则有：则有：3.3.2107第三章（1）污泥龄的计算：污泥龄的计算：能否有更简便的计算方法？能否有更简便的计算方法？传统排泥方式：传统排泥方式：简化后，则：简化后，则：3.3.2108第三章（1）LawrenceMcCarty建议的排泥方式：建议的排泥方式：两种排泥方式：两种排泥方式：I.剩余污泥从污泥回流系统排出；剩余污泥从污泥回流系统排出；II.剩余污泥从曝气池直接排出。剩余污泥从曝气池直接排出。回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废水废水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥QSiVXSeII.QwXI.QwXQ-QwX
42、eSiQrXrSe3.3.2109第三章（1）污泥龄的计算：污泥龄的计算：从曝气池直接排泥，则：从曝气池直接排泥，则：简化后简化后:3.3.2110第三章（1）第二种排泥方式的优点：第二种排泥方式的优点：1 1）减轻了二沉池的负担；）减轻了二沉池的负担；2 2）可将剩余污泥单独浓缩处理；）可将剩余污泥单独浓缩处理；3 3）便于控制曝气池的运行。）便于控制曝气池的运行。3.3.2111第三章（1）2）第二导出方程）第二导出方程曝气池内微生物浓度（曝气池内微生物浓度（X）与污泥龄与污泥龄(c)的关系的关系对曝气池作有机底物的对曝气池作有机底物的物料衡算物料衡算：底物的底物的净变化率净变化率=底物进
43、入曝气池底物进入曝气池中的速率中的速率底物从曝气池底物从曝气池中消失的速率中消失的速率3.3.2112第三章（1）回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废水废水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水空气空气剩余活性剩余活性污泥污泥3.3.2113第三章（1）代入第一基本方程有：代入第一基本方程有：由于：由于：所以：所以：说说明明：曝曝气气池池中中微微生生物物浓浓度度与与有有机机物物浓浓度度、污污泥泥龄龄和和曝气时间等有关。式中曝气时间等有关。式中=c c /t t，称为污泥循环因子，称为污泥循环因子，物物理理意意义义为为：活活性性污污泥泥从从生生长长到到被被排排出出系系统统期期间间与与废废水接
44、触的平均次数。水接触的平均次数。3.3.2114第三章（1）3）第三导出方程）第三导出方程回流比回流比R与与 c之间的关系之间的关系对曝气池的生物量进行物料衡算：对曝气池的生物量进行物料衡算：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 由于：所以：所以：3.3.2115第三章（1）回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废水废水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥 3.3.2116第三章（1）4）第四导出方程）第四导出方程产率系数（产率系数（Y）与表观产率系数（与表观产率系数（Yobs）之间的关系之间的关系l产产率率系系数数（Y）是是
45、指指单单位位时时间间内内，微微生生物物的的合合成成量量与与基基质质降解量的比值，即：降解量的比值，即：l表观产率系数（表观产率系数（Yobs）是指单位时间内，是指单位时间内，实际测定的污泥实际测定的污泥产量与基质降解量的比值，即产量与基质降解量的比值，即：3.3.2117第三章（1）该式还提供了通过试验求该式还提供了通过试验求Y及及Kd的方法，将其取倒数后得：的方法，将其取倒数后得：以以1/Yobs对对 c作图，即可求得作图，即可求得Y及及Kd值值。其中其中:由于：由于：所以：所以：3.3.2118第三章（1）Se cSeE c0E c(c)min5）第四导出方程）第四导出方程 c与与Se及及
46、E的关系：的关系：3.3.2119第三章（1）最小污泥龄最小污泥龄最小污泥龄最小污泥龄对于一个活性污泥系统有一个(c)min可以通过假定Se=Si 并代入 一般KsSi，所以：则有：3.3.2120第三章（1）动力学参数的测定动力学参数的测定动力学参数的测定动力学参数的测定动动力力学学参参数数Ks、vmax、Y、Kd是是模模式式的的重重要要组组成成部部分分，一一般是通过实验来确定的。般是通过实验来确定的。1、Ks、vmax的确定：的确定：将式：将式：取不同的曝气时间（取不同的曝气时间（t）值，即可计算出不同的值，即可计算出不同的取倒数，取倒数，得：式中式中所以所以图中直线的斜率为图中直线的斜率
47、为绘制绘制关系图，关系图，截距为截距为3.3.2121第三章（1）2、Y、Kd 值的确定值的确定取不同的取不同的 c值，并由此可以得出不同的值，并由此可以得出不同的Se值，代入上式，可得出一值，代入上式，可得出一系列的系列的q值。值。绘制的绘制的q 1/c的关系图，图中直线的斜率为的关系图，图中直线的斜率为Y值，截距为值，截距为Kd值。值。思考题：推导思考题：推导L-ML-M模式中有关的公式。模式中有关的公式。3.3.2122第三章（1）【小结小结】活性污泥法动力学的主要公式活性污泥法动力学的主要公式:Monod模式模式:l两个基本方程：两个基本方程：l推论一：高基质浓度推论一：高基质浓度l推
48、论二：低基质浓度推论二：低基质浓度3.3.2123第三章（1）LMLM模式：模式：模式：模式：l基本概念基本概念:3.3.2124第三章（1）LMLM模式的基本方程模式的基本方程模式的基本方程模式的基本方程:l第二基本方程：第二基本方程：l第一基本方程：第一基本方程：3.3.2125第三章（1）LMLM模式的导出方程：模式的导出方程：模式的导出方程：模式的导出方程：l第四导出方程:l第五导出方程:l第三导出方程第三导出方程:l第一导出方程第一导出方程:l第二导出方程第二导出方程:3.3.2126第三章（1）3.3.3活性污泥法反应动力学的应用活性污泥法反应动力学的应用lIWA的的ASM系列活性
49、污泥法动力学模型系列活性污泥法动力学模型ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3127第三章（1）ASM1l1986年，年，Henze等人等人l有机物氧化、硝化和反硝化作用，有机物氧化、硝化和反硝化作用，l有机物有机物易生物降解、缓慢生物降解易生物降解、缓慢生物降解l溶解性、非溶解性；溶解性、非溶解性；l对活性污泥生物絮体的组成也作了定性划分。对活性污泥生物絮体的组成也作了定性划分。l结合生物处理基本原理，综合考虑环境影响因素，以矩结合生物处理基本原理，综合考虑环境影响因素，以矩阵形式表述，便于计算机编程计算，还能给出生化过程阵形式表述，便于计算机编程计算，还能给出生化过程物质转化的明确途径，
50、物质转化的明确途径，l目前已发展成为国际上污水处理新技术开发、工艺设计目前已发展成为国际上污水处理新技术开发、工艺设计方法研究，以及计算机模拟软件开发的通用平台方法研究，以及计算机模拟软件开发的通用平台l基于基于ASM1开发的工艺软件能有效地模拟实际污水厂的开发的工艺软件能有效地模拟实际污水厂的运行情况，尤其是市政污水处理系统的运行和设计。运行情况，尤其是市政污水处理系统的运行和设计。3.3.3128第三章（1）ASM2、ASM2Dl1995年，年，Henze等人；等人；lASM2引引入入了了聚聚磷磷菌菌，增增加加了了生生物物除除磷磷过过程程、厌厌氧氧水水解解、发发酵酵及及与与聚聚磷磷菌菌有有