水污染控制工程3

1、水污染控制工程（下） 主講：成官文 第四章、污水的生物處理 教學(xué)要求 1、掌握活性污泥法的基本原理及其反應(yīng)機(jī)理 2、理解活性污泥法的重要概念與指標(biāo)參數(shù)：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容積負(fù)荷、污泥產(chǎn)率等。 3、理解活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用。 4、掌握活性污泥的工藝技術(shù)或運(yùn)行方式； 5、掌握曝氣理論。 6、熟練掌握活性污泥系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)； 時(shí)間安排 20h（其中機(jī)動(dòng)2h） 一、活性污泥法的基本原理 1. 基本概念與流程 活性污泥：是由多種好氧微生物、某些兼性或厭氧微生物以 及廢水中的固體物質(zhì)、膠體等交織在一起的呈黃褐色絮體。 活性污泥法：是以活性污泥

2、為主體的污水生物處理技術(shù)。 實(shí)質(zhì)：人工強(qiáng)化下微生物的新陳代謝(包括分解和合成)， 活性污泥法的工藝流程：(p123圖416） a.預(yù)處理設(shè)施：包括初次池、調(diào)節(jié)池和水解酸化池，主要作 用是去除SS、調(diào)節(jié)水質(zhì)，使有機(jī)氮和有機(jī)磷變成NH+4或正磷 酸鹽、大分子變成小分子，同時(shí)去除部分有機(jī)物。 b.曝氣池：工藝主體，其通過(guò)充氧、攪拌、混合、傳質(zhì)實(shí)現(xiàn) 有機(jī)物的降解和硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)。 c.二次沉淀池：泥水分離，澄清凈化、初步濃縮活性污泥。 生物處理系統(tǒng)：微生物或活性污泥降解有機(jī)物，使污水凈化， 但同時(shí)增殖。為控制反應(yīng)器微生物總量與活性，需要回流部 分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是為了接種，排

3、 放剩余污泥是為了維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定或MLSS恒定。 2、活性污泥的特征與微生物 特征 a、形態(tài)：在顯微鏡下呈不規(guī)則橢圓狀，在水中呈 “絮狀”。 b、顏色：正常呈黃褐色，但會(huì)隨進(jìn)水顏色、曝氣程 度而變（如發(fā)黑為曝氣不足，發(fā)黃為曝氣過(guò)度）。 c、理化性質(zhì)：=1.0021.006，含水率99%，直徑大 小0.020.2mm，表面積20100cm2/ml，pH值約 6.7，有較強(qiáng)的緩沖能力。其固相組分主要為有機(jī) 物，約占7585%。 d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。 （理解：自我繁殖、生物吸附與生物氧化）。 e、組成：由微生物群體Ma，微生物殘?bào)wMe，難降 解有機(jī)物Mi，無(wú)機(jī)物Mii

4、四部分組成。 微生物組成及其作用 組成：包括細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物及其食 物鏈。 細(xì)菌：以異養(yǎng)型原核生物(細(xì)菌)為主，數(shù)量107108 個(gè)/ml，自養(yǎng)菌數(shù)量略低。其優(yōu)勢(shì)菌種：產(chǎn)堿桿菌屬 等，它是降解污染物質(zhì)的主體，具有分解有機(jī)物的能 力。 真菌：由細(xì)小的腐生或寄生菌組成，具分解碳水化合 物，脂肪、蛋白質(zhì)的功能，但絲狀菌大量增殖會(huì)引發(fā) 污泥膨脹。 原生動(dòng)物：肉足蟲(chóng)，鞭毛蟲(chóng)和纖毛蟲(chóng)3類(lèi)、捕食游離 細(xì)菌。其出現(xiàn)的順序反映了處理水質(zhì)的好壞（這里的 好壞是指有機(jī)物的去除），最初是肉足蟲(chóng)，繼之鞭毛 蟲(chóng)和游泳型纖毛蟲(chóng)；當(dāng)處理水質(zhì)良好時(shí)出現(xiàn)固著型纖 毛蟲(chóng)，如鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、獨(dú)縮蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)、蓋纖蟲(chóng)等。 7

5、 后生動(dòng)物(主要指輪蟲(chóng)），捕食菌膠團(tuán)和原生動(dòng)物，是水質(zhì)穩(wěn) 定的標(biāo)志。因而利用鏡檢生物相評(píng)價(jià)活性污泥質(zhì)量與污水處 理的質(zhì)量。 思考題：后生動(dòng)物的出現(xiàn)反映了處理水質(zhì)較好，因此能否說(shuō) 明出水氨氮較低，氨氮在生物處理過(guò)程中被硝化？ 微生物增殖與活性污泥的增長(zhǎng)： a、微生物增值：在污水處理系統(tǒng)或曝氣池內(nèi)微生物的增殖規(guī) 律與純菌種的增殖規(guī)律相同，即停滯期（適應(yīng)期），對(duì)數(shù)期， 靜止期（也減速增殖期）和衰亡期（內(nèi)源呼吸期）。 b、從時(shí)間上看： 停帶期：污泥馴化培養(yǎng)的最初階段，即細(xì)胞內(nèi)各種酶系統(tǒng)的適 應(yīng)期。此時(shí)菌體不裂殖、菌數(shù)不增加。 對(duì)數(shù)期：細(xì)胞以最快速度進(jìn)行裂殖，細(xì)菌生長(zhǎng)速度最大，此時(shí) 微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富

6、，生物生長(zhǎng)繁殖不受底物或基質(zhì)限制。 如A段；在此階段微生物增長(zhǎng)的對(duì)數(shù)值與時(shí)間呈直線關(guān)系。其 微生物數(shù)量大，但個(gè)體小，其凈化速度快，但效果較差，只能 用于前段處理 （相當(dāng)于生物一級(jí)強(qiáng)化工藝）。 減速增殖期：由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量耗消，此時(shí)細(xì)胞增殖速度與 死亡速度相當(dāng)?；罹鷶?shù)量多且超于穩(wěn)定，個(gè)體趨于成熟。如B 段（相當(dāng)于二級(jí)處理）。 衰亡期：營(yíng)養(yǎng)物基本耗盡，微生物只能利用菌體內(nèi)貯存物質(zhì)， 大多數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，細(xì)菌死亡多，增殖少，但細(xì)胞個(gè) 體最大、凈化效果強(qiáng)（對(duì)有機(jī)物而言）。同時(shí)，自養(yǎng)菌比例 上升，硝化作用加強(qiáng)。如氧化溝或硝化段（相當(dāng)于二級(jí)半或 延時(shí)曝氣工藝）。 可見(jiàn)不同增殖期對(duì)應(yīng)于不同微生物組合，

7、對(duì)應(yīng)于不同生物處 理工藝。 C、從空間看： 由前至后污染物濃度不斷降低，微生物數(shù)量由對(duì)數(shù)期逐步過(guò) 渡至衰亡期，微生物組成由細(xì)菌逐步過(guò)度為輪蟲(chóng)等，水質(zhì)逐 步變好類(lèi)似于水體自凈這一污水處理的原型。 絮體形成： 活性污泥的核心菌膠團(tuán)，它是成千上萬(wàn)細(xì)菌相互粘附形 成的生物絮體。其在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，個(gè)體處于旺盛生長(zhǎng)，其運(yùn) 動(dòng)活性大于范性華力，菌體不能結(jié)合；但到了衰亡期，動(dòng)能 低微，范過(guò)華力大，菌體相互粘附，形成生物絮體，因此靜 止期與衰亡期個(gè)體是活性污泥的重要微生物。 3、活性污泥反應(yīng)（凈化）機(jī)理： 反應(yīng)或凈化：指有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物攝取、代 謝與利用的過(guò)程，是物理、化學(xué)、生物化學(xué)作用的綜合，其

8、機(jī)理如下： 1）初期吸附去除： 污水與活性污泥接觸510min，污水中大部分有機(jī)物(70%以 上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此時(shí)的去除并非降解， 而是被污泥吸附，粘著在生物絮體的表面，這種由物理吸附 和生物吸附交織在一起的初期高速去除現(xiàn)象叫初期吸附。 思考題：為什么說(shuō)是吸附？ 其吸附速度取決于 ： 微 生 物 的 活 性 程 度 饑 餓 程 度 ， 衰 亡 期 最 強(qiáng) ； 水動(dòng)力學(xué)條件：泥水接觸或混合越迅速、越均勻、液膜更 新越快，接觸時(shí)間越長(zhǎng)則越好；泥水接觸水力學(xué)狀態(tài)以湍流 或紊流為好，但過(guò)大會(huì)擊碎絮體。 2）微生物的代射 被吸附的有機(jī)物粘附在絮體表面，與微生物細(xì)胞接觸，在滲 透

9、膜的作用下，進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，并在酶的作用下要不被降解， 要不被同化成細(xì)胞本身。 a、分解代謝： CXHYOZ(X0.25Y0.5Z）O2 酶 XC O2 0.5H2OQ b、合成代謝： nCXHYOZnNH3n (X0.25Y0.5Z）O2 酶 (C5H7NO2 ) n n(X5) C O2 0.5n(Y4) H2O 其代謝產(chǎn)物的模式如下圖： 具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系如下圖：即1/3被氧化分解，80 2/3=53%左右通過(guò)內(nèi)源呼吸降解，14%左右變成了殘物。 從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過(guò)靜止期、衰 亡期微生物的內(nèi)源呼吸進(jìn)行，并非直接的生物氧化(僅33)。 引申出的問(wèn)題：在利用對(duì)數(shù)期微

10、生物進(jìn)行污水凈化的裝置中 加大曝氣強(qiáng)度，能否提高處理效果？ 二、活性污泥凈化反應(yīng)影響因素與主要設(shè) 計(jì)、運(yùn)行參數(shù) 1、影響因素 a、營(yíng)養(yǎng)物 組分：有機(jī)物、N、P、以及Na、K、Ca、Mg、Fe、 Co、Ni等（營(yíng)養(yǎng)物和污染物只是以數(shù)量及其比例相對(duì)而言）。 比例：進(jìn)水BOD：N：P100:5:1；初次池出水，100:20:2.5 (為什么？）；對(duì)工業(yè)廢水，上述營(yíng)養(yǎng)比例一般不滿足，甚至 缺乏某些微量元素，此時(shí)需補(bǔ)充相應(yīng)組分，尤其是在做小試 研究中。 b、DO：據(jù)研究當(dāng)DO高于0.10.3mg/L時(shí)，單個(gè)懸浮細(xì)菌的好 氧化謝不受DO影響，但對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)菌粘結(jié)而成的絮體， 要使其內(nèi)部DO達(dá)到0.10.

11、3mg/L時(shí)，其混合液中DO濃度應(yīng)保 持不低于2mg/L。 c、pH值：pH值在6.57.5最適宜，經(jīng)馴化后，以6.58.5為宜。 d、t（水溫）：以20-30為宜，超過(guò)35或低于10時(shí)，處理 效果下降。故宜控制在1535，對(duì)北方溫度低，應(yīng)考慮將 曝氣池建于室內(nèi)。 e、有毒物質(zhì)：重金屬、酚、氰等對(duì)微生物有抑制作用，（前面 已述）。 Na、Al鹽，氨等含量超過(guò)一定濃度也會(huì)有抑制作 用。 2、活性污泥處理系統(tǒng)的控制指標(biāo)與設(shè)計(jì)，運(yùn)行操作參數(shù) 活性污泥處理系統(tǒng)是一個(gè)人工強(qiáng)化與控制的系統(tǒng)，其必須控 制進(jìn)水水量，水質(zhì)，維持池內(nèi)活性污泥泥量穩(wěn)定，保持足夠 的DO，并充分混合與傳質(zhì)，以維持其穩(wěn)定運(yùn)行，具體評(píng)價(jià)

12、指 標(biāo)如下： 微生物量的指標(biāo) a、混合液懸浮固體濃度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii組成 b、混合液揮發(fā)固體濃度（MLVSS） MLVSS=Ma+Me+Mi c、MLVSS/MLSS在0.70左右，過(guò)高過(guò)低能反映其好氧程度，但 不同工藝有所差異。如吸附再生工藝0.70.75，而A/O工藝 0.670.70。 活性污泥的沉降性能及其評(píng)定指標(biāo)： 污泥沉降比SV（%）：混合液在量筒內(nèi)靜置30mm后所形成沉 淀污泥的容積占原混合液容積的百分比。 污泥容積指數(shù)SVI：SVI=SV/MLSS。對(duì)于生活污水處理廠， 一般介于70100之間。當(dāng)SVI值過(guò)低時(shí)，說(shuō)明絮體細(xì)小，無(wú) 機(jī)質(zhì)含量高，缺乏活性；

13、反之污泥沉降性能不好。為使曝氣 池混合液污泥濃度和SVI保持在一定范圍，需要控制污泥的回 流比。此外，活性污泥法SVI值還與BOD污泥負(fù)荷有關(guān)。當(dāng) BOD污泥負(fù)荷處于0.51.5kg/（kg MSS.d）之間時(shí)，污泥SVI 值過(guò)高，沉降性能不好，此時(shí)應(yīng)注意避免。 泥齡（Sludge age）Qc：生物固體平均停留時(shí)間或活性污泥在 曝氣池的平均停留時(shí)間，即曝氣池內(nèi)活性污泥總量與每日排 放污泥量之比，用公式表示：cVX/XVX/QwXr 。式中： X為曝氣池內(nèi)每日增長(zhǎng)的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。 Qw為排放的剩余污泥體積。 Xr為剩余污泥濃度。其與SVI的關(guān)系為(Xr) max106 /

14、SVI Qc是活性污混處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要參數(shù)，在理論上也 具重要意義。因?yàn)椴煌帻g代表不同微生物的組成，泥齡越 長(zhǎng)，微生物世代長(zhǎng)，則微生物增殖慢，但其個(gè)體大；反之， 增長(zhǎng)速度快，個(gè)體小，出水水質(zhì)相對(duì)差。 Qc長(zhǎng)短與工藝組合 密切相關(guān)，不同的工藝微生物的組合、比例、個(gè)體特征有所 不同。污水處理就是通過(guò)控制泥齡或排泥，優(yōu)選或馴化微生 物的組合，實(shí)現(xiàn)污染物的降解和轉(zhuǎn)化。 負(fù)荷： a、BOD污泥負(fù)荷：NsQSa/XV=F/M ，即單位重量活性污泥 在單位時(shí)間內(nèi)降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量。 b、BOD容積負(fù)荷：NvQSa/V ，指單位曝氣池容積在單位時(shí) 間內(nèi)降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量。 C、BOD污泥

15、負(fù)荷和BOD容積負(fù)荷的關(guān)系式：NvNsX。 BOD污泥負(fù)荷是活性污泥法設(shè)計(jì)、運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)。因?yàn)?負(fù)荷與污水處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。負(fù)荷高則有機(jī)物降解速 度與污泥增殖量加大，曝氣池容積小，投資省，但其泥齡短， 處理出水水質(zhì)不高，難以滿足環(huán)境要求；反之若過(guò)低則曝氣 池容積加大，投資加大，曝氣量加大，經(jīng)濟(jì)性能降低。故應(yīng) 選擇適宜的負(fù)荷，同時(shí)還要避開(kāi)0.51.5kgBOD/kgMLSS.d 負(fù)荷區(qū)間。 思考題 能否通過(guò)增加污泥濃度，減少構(gòu)筑物的體積，節(jié)省投資？ 污泥產(chǎn)率： a、實(shí)際測(cè)試：污水中有機(jī)污染物的降解帶來(lái)微生物的增殖與活 性污泥的增長(zhǎng)，活性污泥微生物的增殖是生物合成與內(nèi)源呼 吸的差值，即

16、X=aSabX。 式中X：活性污泥微生物凈增殖量，kg/d； Sr：在活性污泥微生物作用下，污水中被降解、去除的 有機(jī)污染物量，SrSaSe； Sa：進(jìn)入曝氣池污水含有的有機(jī)污染物量，kgBOD/d。 Se：經(jīng)活性污泥處理后出水的有機(jī)污染物量，kgBOD/d。 X：混合液活性污泥量，kg。 a、污泥產(chǎn)率（降解單位有機(jī)污染物的污染量）。 b、微生物內(nèi)源代謝的自力氧化率。 對(duì)于不同污水、廢水，因有機(jī)污染物組成不同，其a、b值不 同（見(jiàn)P110-111表4-5、4-6） 。 b、理論推導(dǎo)（由試驗(yàn)配水研究） 由于細(xì)胞合成與內(nèi)源代謝同步進(jìn)行，單位曝氣池內(nèi)活性污泥 凈增殖速度為： (dx/dt) g (d

17、x/dt)s (dx/dt)e 式中 (dx/dt)g為凈增殖速度； (dx/dt)s為合成速度； (dx/dt)e為微生物內(nèi)源代謝速度。 其中： (dx/dt)s Y (dx/dt) u Y為產(chǎn)率系數(shù)，每代謝1kgBOD合成的MLVSS量。 (dx/dt) u為微生物對(duì)有機(jī)物的降解速度。 其中：(dx/dt)e Kd Xv Kd微生物自身氧化率d-1，并稱(chēng)衰減系數(shù)； Xv為MLVSS含量。 代入得： (dx/dt) g Y (dx/dt) uKd Xv X Y(SaSe)QKd VXv X為日污泥排放量； (SaSe)Q為日有機(jī)物降解量； Kd VXv 為 池內(nèi)總MLVSS量。 等式兩邊除以

18、VXv得X/ VXv = Y(SaSe)Q / VXv Kd 由于 X/ VXv = 1/ Qc； (SaSe)Q / VXv Ns （書(shū)中寫(xiě) 成NrS） 1/ Qc Y Ns Kd C、 二者的區(qū)別： 從物理意義上講，a與y、b與Kd是一回事，但前者是實(shí)測(cè)值 （a、b）。由于進(jìn)水水質(zhì)和進(jìn)水SS多變，因此a、b是一個(gè)實(shí) 測(cè)的經(jīng)驗(yàn)值。而Y、Kd為理論研究或配水研究的結(jié)果，配水 試驗(yàn)不僅水質(zhì)可以恒定，且無(wú)SS，當(dāng)控制Qc和NS進(jìn)行同時(shí) 多組實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)作圖求出Y、Kd（P112圖4-9）。 有機(jī)污染物降解與需氧； 微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解包括1/3的直接氧化分解， 2/380%需合成后再內(nèi)源呼

19、吸降解，故其需氧量為：O2 aQSabVXv 式中：a為微生物每代謝1kgBOD所需要的氧量。 b為每kg活性污染自身氧化所需要的氧量。 兩邊同除以VXv 得 O2 / VXv = a Ns b 兩邊同除以QSa 得 O2 / QSa ab1/ Ns 可以看出： a上式為單位容積曝氣池的需氧量或單位微生物量的好氧量， 其只與NS有關(guān)。NS高則單位容積或污泥量需氧量大。 b下式為降解1kgBOD的需氧量，其與NS的倒數(shù)有關(guān)。NS負(fù) 荷越高，泥齡越短，則降解單位BOD需氧量就越低(未被降解 就作為污泥排出)。 式中a、b可以通過(guò)一組試驗(yàn)結(jié)果作圖求得(P113圖410)。 a值： 對(duì)生活污水為 0.

20、40.53。 b值：介于0.11 0.188之間。 三、活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1、概述：從前面介紹可以看出，微生物的增殖、代謝與有 機(jī)底物濃度、Qc以及生化反應(yīng)速度等密切相關(guān)。反應(yīng)動(dòng)力 學(xué)則是從生化角度來(lái)研究彼此的關(guān)系，以提高我們理論認(rèn)識(shí) 水平，并指導(dǎo)我們優(yōu)化工藝與設(shè)備。 2、莫諾特(Monod)方程式 法國(guó)學(xué)者M(jìn)onod于1942年采用純菌種在培養(yǎng)基稀溶液中進(jìn) 行了微生物生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究，并提出了微生物生長(zhǎng)速度和底 物濃度間的關(guān)系式： =maxS/Ks+S 微生物在對(duì)數(shù)期和靜止期的典型生長(zhǎng)模式。 式中：為微生物比增長(zhǎng)速度，即單位生物量的增長(zhǎng)速度. max為微生物最大比增長(zhǎng)速度； Ks：飽和常

21、數(shù)，為的底物濃度，故又稱(chēng)半速度常數(shù)。 S：底物濃度。 a、當(dāng)?shù)孜镞^(guò)量存在時(shí)，微生物生長(zhǎng)不受底物限制。處于對(duì)數(shù) 增長(zhǎng)期，速度達(dá)到最大值,為一常數(shù)。 SKs、Ks+SS =umax。 此時(shí)反應(yīng)速度和底物濃度無(wú)關(guān)，呈零級(jí)反應(yīng)，即n=0。 b、當(dāng)?shù)孜餄舛容^小時(shí)，微生物生長(zhǎng)受到限制，處于靜止增長(zhǎng) 期 ， 微 生 物 增 長(zhǎng) 速 度 與 底 物 濃 度 成 正 比 。 SKs、Ks+SKs =maxS/Ks=K.S 此時(shí)，S，與底物濃度或正，呈一級(jí)反應(yīng)。 c、隨著底物濃度逐步增加，微生物增長(zhǎng)速度和底物濃度呈 =maxS/Ks+S，即不成正比關(guān)系，此時(shí)0n1呈混合反應(yīng)區(qū) 的生化反應(yīng)。 上述研究結(jié)果，與米門(mén)方

22、程式十分相近。 米門(mén)方程式為:VVmaxS/Ks+S；monod方程的結(jié)論使米一門(mén)方 程式引入了廢水工程的理論中。具體推導(dǎo)如下： Ydx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)= /V。 式中：dx為微生物增長(zhǎng)量； dx/dt為微生物增長(zhǎng)速率（即r）； r/x ，即微生物比增長(zhǎng)速度； ds為底物消耗量； q ds/dt，為底物降解速度； v q/x，為底物比降解速度。 Y.V；maxY. Vmax； 帶入=maxS/Ks+S 得： VVmaxS/Ks+S，即米一門(mén)方程式。 V(ds/dt)/X， ds/dt= VmaxSX/Ks+S，即p115432式。 將mon

23、od方程倒裝： 得： 1/1/max .( ks/s+1)= ks/max.(1/s)+1/max。 根據(jù)monod方程與米一門(mén)方程的相關(guān)性，前面已推導(dǎo)Y.V； maxY. Vmax。 代入得：1/V= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax。 由于 V=(ds/dt)/X，1/V=Xdt/ds=Xt/(Sa-Se) 即Xt/(Sa-Se)= ks/Vmax.(1/s)+1/Vmax 即p118 44式 當(dāng)我們以1/V為縱坐標(biāo)，以1/Se為 橫坐標(biāo)；對(duì)一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)(p118圖4-15)則可求出1/Vmax和 = ks/Vmax。 3、勞倫斯麥卡蒂(LawrenceMc Carty)

24、方程式 1）基礎(chǔ)概念 a、微生物比增殖速率 =(dx/dt)/X b、單位基質(zhì)利用率 q=(ds/dt)/X c、生物固體平均停留時(shí)間 Qc=VX/X; 2）基本方程 第1方程：dx/dt=Y(ds/dt)u-KdXa； 1/ Qc=YqKd； 第2方程VVmaxS/(Ks+S) ： 有機(jī)質(zhì)降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q, Vmax=qmax (ds/dt)u = VmaxSXa/(Ks+S) 3）方程的應(yīng)用 a、確立處理水有機(jī)底物濃度（Se）與生物固體平均停留時(shí)間 （Qc）之間 的關(guān)系 對(duì)完全混合式： SeKs(1/ Qc+Kd)/Y (Sa-Se)-(1/ Qc+Kd) 對(duì)推流式

25、： 1/ Qc= YVmax(Sa-Se)/(Sa-Se)+ KsSa/SeKd 上式表示Se為f(Qc)，欲提高處理效果，降低Se值，就必須適當(dāng) 提高Qc。 b、確立微生物濃度（X）與Qc間的關(guān)系。 對(duì)完全混合式： XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc) 對(duì)推流式： XQcY(Sa-Se)/t(1+KdQc) 說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度(X)是Qc的函數(shù)。 c、確立了污泥回流比(R)與Qc的關(guān)系。 1/Qc=Q1+R-R(Xr/Xa)/V 式中：Xr為回流污泥濃度，(Xr)max=106/SVI 。 d、總產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）間的關(guān)系. YobsY/(1+KdQc) 即實(shí)

26、測(cè)污泥產(chǎn)率系數(shù)較理論總降低。 c、確立了污泥回流比(R)與Qc的關(guān)系。 1/Qc=Q1+R-R(Xr/Xa)/V 。 式中：Xr為回流污泥濃度，(Xr)max=106/SVI 。 d、總產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）間的關(guān)系 YobsY/(1+KdQc) 即實(shí)測(cè)污泥產(chǎn)率系數(shù)較理論總降低。 e、在污水處理系統(tǒng)中（低基質(zhì)濃度）中，對(duì)VVmaxS/(Ks+S) 的推論： VVmaxS/(Ks+S)，Vq；q VmaxS/(Ks+S) 由于KsS（低基質(zhì)濃度），q VmaxS/KsK.S。 V(ds/dt)u/Xa=Ks , (ds/dt)u =(Ks)max 而(ds/dt)u(Sa-Se

27、)/tQ(Sa-Se)/V， KSeQ(Sa-Se)/XaV， 由此可以求定曝所池體積。 例題 p121 例4-1 四、活性污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式與曝氣池的 工藝參數(shù) 1、傳統(tǒng)活性污泥法 工藝特征： a、經(jīng)歷了起端的吸附和不斷的代謝過(guò)程。 b.微生物經(jīng)歷了由對(duì)數(shù)期至內(nèi)源呼吸期。 c.有機(jī)物，迅速降低，但之后變化不大，總?cè)コ?0左右。 d.需氧量由大逐步越少。 存在不足：曝氣池首端有機(jī)負(fù)荷大，需氧量大，而實(shí)際供氧難 于滿足此要求（平均供氧）。使首端供氧不足，末端供氧出現(xiàn) 富裕，需采用漸減試供氧。 2、階段曝氣活性污泥法（分階段進(jìn)水或多階段進(jìn)水） 工藝特點(diǎn)： a、污水均勻分散地進(jìn)入，使負(fù)荷及需氧

28、趨于均衡，利于生 物降解，降低能耗。 b、混合液中Xa濃度逐步降低，減輕二次池負(fù)荷，利于固液 分離。 C、污水均勻分散地進(jìn)入，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)、水量沖擊負(fù) 荷的適應(yīng)能力。 3、再生曝氣活性污泥法（即傳統(tǒng)活性污泥法的前端先設(shè)置污 泥再生） 工藝特點(diǎn)： a、提高污泥活性，使其充分代謝。 b、再生池不另行設(shè)置，而是將曝氣池的一部分在再生池。 曝氣池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。 C、處理效果與傳統(tǒng)活性污泥法相近，BOD去除率90以上。 4、吸附再生活性污泥法 工藝特點(diǎn)： a、將吸附與代謝過(guò)程分二個(gè)池或二段。其初期吸附現(xiàn)象見(jiàn) p125126及圖422。 b、由于再生池只對(duì)活性污泥曝氣，減小了

29、池容。 c、由于吸附段池容較?。ú糠譃樵偕厝莘e），泥水接觸時(shí) 間短（3060min），出水BOD去除率一般小于90。 5、延時(shí)曝氣活性污泥法 適宜對(duì)出水水質(zhì)要求高的場(chǎng)合。如氧化溝、A/O法和A2/O工 藝等。 工藝特點(diǎn)：負(fù)荷低，曝氣時(shí)間長(zhǎng)（24h以上），活性污泥處于 內(nèi)源呼吸期，剩余污泥少且穩(wěn)定，污泥不需要消化處理，工 藝也不需要設(shè)初沉池。 不足：池容大、負(fù)荷小、曝氣量大、投資與運(yùn)行費(fèi)用高。 6、高負(fù)荷活性污泥法（又叫短時(shí)曝氣活性污泥法） 工藝特點(diǎn)：構(gòu)筑物與普通活性污泥法以及吸附再生工藝相同， 但其停留時(shí)間短，BOD負(fù)荷高、曝氣時(shí)間短。 不足： BOD去除率不高（7075%），出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)

30、。 7、完全混合活性污泥法： 工藝特點(diǎn)： a、污水進(jìn)入曝氣池后迅速被稀釋混 勻，水質(zhì)水量變化對(duì)系統(tǒng)影響小。 b、由于水質(zhì)在各處相同，因而各處 微生物群體與組成相同，降解工 況相同。 c、需氧速度均衡，動(dòng)力消耗略省。 不足：池內(nèi)未有污染物濃度、微生物濃度與種群的梯度或鏈群， 導(dǎo)致微生物的有機(jī)物降解動(dòng)力低下，易出現(xiàn)污泥膨脹。 類(lèi)型：按構(gòu)筑物形狀分合建式與分建式。 8、多級(jí)活性污泥法： 當(dāng)進(jìn)水有機(jī)污染濃度很高時(shí)采用此工藝 工藝特點(diǎn)： a、污水處理單元串聯(lián)。 b、負(fù)荷高（一級(jí)），且賴(lài)沖擊負(fù)荷，二級(jí)負(fù)荷低。 c、各級(jí)污泥Qc不同，微生物種群各異. 不足：投資與運(yùn)行費(fèi)用高，管理麻煩（各種設(shè)備多）。 9、深

31、水曝氣活性污泥法 工藝特點(diǎn)： a、由于水壓加大，提高了飽和溶解氧濃度以及降低氣泡直 徑，提高氣泡的表面積，進(jìn)而提高了氧的傳遞速率，從而利 于微生物的增殖與有機(jī)污染物的降解。 b、向深部發(fā)展，節(jié)省占地。 按機(jī)械（曝氣）設(shè)備的利用情況，分中層曝氣和底層曝氣， 前者可以利用常用風(fēng)機(jī)（5m風(fēng)機(jī)），對(duì)10m深井曝氣；后 者需用高壓風(fēng)機(jī)（10m風(fēng)機(jī)）。 10、深井曝氣活性污泥法： 工藝特點(diǎn)： a、由于水壓很大（井深50-100m） ，明顯提高了飽和溶解氧 濃度以及降低氣泡直徑，提高氣泡的表面積，進(jìn)而顯著提高 氧的傳遞速率，從而利于微生物的增殖與有機(jī)污染物的降解。 b、向深部發(fā)展，節(jié)省占地，并利用進(jìn)出水位差

32、以及曝氣提 升力循環(huán)。 不足之處：施工難度大，對(duì)地質(zhì) 條件和防滲要求高。 11、淺層曝氣活性污泥法： 理論基礎(chǔ)：氣泡只是在形成與破碎瞬間，有著最高的氧轉(zhuǎn)移 率，而與水深無(wú)關(guān)。 工藝特點(diǎn)：曝氣器安裝深度0.60.8m，適宜低壓水機(jī)曝氣。 12、純氧曝氣活性污泥法。 原理：提高氧的分壓，強(qiáng)化氧的傳質(zhì)能力，增加MLSS濃度和 容積負(fù)荷，提高生化反應(yīng)速率。 不足之處：要密閉運(yùn)行，工藝運(yùn)行管理復(fù)雜。 具體各種工藝的設(shè)計(jì)與參數(shù)見(jiàn)P131表4-7 ，具體總結(jié)如下： a、 BOD負(fù)荷：一般BOD污泥負(fù)荷0.20.4，延時(shí)曝氣法低 （1.5，按p108圖4 7設(shè)計(jì)；而對(duì)特殊的深井曝氣和純氧曝氣因氧的傳質(zhì)改善，

33、可以把BOD負(fù)荷設(shè)計(jì)在0.51.5之間。 b、泥齡：對(duì)一般的活性污泥法工藝以及深井曝氣和純氧曝 氣工藝，其泥齡一般在515d，多數(shù)68d；高負(fù)荷活性污 泥法泥齡2.5d以下；而延時(shí)曝氣則一般在20d以上。 c、 曝氣池混合液濃度（X）：一般在3000mg/L左右。延時(shí) 曝氣、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝氣略高。 d、污泥回流比：一般在100以下，多數(shù)在50左右；而延 時(shí)曝氣、合建式完全混合活性污泥法回流比在100以上。 e、 曝氣時(shí)間：一般在8h以下，多數(shù)為46h。但延時(shí)曝氣一 般在20h以上；高負(fù)荷工藝以及深井曝氣工藝曝氣時(shí)間很短。 各種工藝技術(shù)的著重點(diǎn)包括： 強(qiáng)化不同微生物的作用（群

34、落），如高負(fù)荷、多級(jí)、 延時(shí)曝氣等工藝。 提高氧的傳質(zhì)，降低能耗（純氧曝氣、深水曝氣、 深井曝氣以及淺層曝氣等）。 節(jié)省占地（深井）。 保證出水水質(zhì)（延時(shí)曝氣、多級(jí)曝氣等）。 活性污泥特性（收附再生、再生以及高負(fù)荷活性污 泥法等）。 易管理與構(gòu)筑物單元少，如合建式完全混合活性污 泥法與SBR等。 利于污泥處置，延時(shí)曝氣以及A2/0等。 HNn1oW)oz*g$yAC5O&knGH%3D)WL0uuEqrad3js(yAGi3zaCdLydmt+JXa8kbmjEQmZ!*EkKex-l*wqgE&YZzmYHa1S!*x07j52NFhf3is+HR(USunxAOCv!pkatC-eMZec

35、h!BLQeAcKqVuM2)&qT&geqjwvU0LjsDj8HkOqZMpx&qUJrzuJFRFC6OX(z)P37sy!aVrwBaZcLZc-x7pNDuR+J8&0eO2RrxC9W5zZDy8&q$+7NfoCsylsmHU4xqgzK9u-hULvJVwauKHquecWFFdlu8&q-9CauYY%0wwCibSZfjwh70KW5(+RQ-%0OyPtJ*ZBTU1- 5N!BbmD57wF*ygpqYbdaBTbVcYnjCpe(L(qwPOumJ)QwNALO7ePA7uIre)L&la(2#G!2HopoTsNb8Nz)&OuIJ!3%BYsP5GUG#nBJ91

36、p&eE6i1h+hvy2jQB0XB9jgMvK+wgizE+9qI8tbay!yptq4tQ%3IuIwo(QhV-fDYSUd7H6CZHSG+7j&2)lnnekL-N!(s0UJURztF- HRcLOw+bq9w%cp)mQP(VHUXSrb+JLv!X0c$S0BxIj6+)pt$pJ*#n94)03hv4UMISNhJ*2*BPdmTHsN%m*PFwzN5Rd&AC8p3q)(c!P+HXnLSKE03Y3m0p9Gu3qPEuQeAEz8MAPJrV(3La+cPVTdYzhbdbkhDRp&x9KK6Q9NhvUTLpDvjmfy2Hx2+#RIt$Sqb1CBfZ1CZ

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