活性污泥法的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理及其應(yīng)用

1、活性污泥法的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理及其應(yīng)用活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物降解、污泥增長(zhǎng)、耗氧等作用與各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系。它主要包括： 基質(zhì)降解的動(dòng)力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系； 微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，涉及微生物增長(zhǎng)與基質(zhì)濃度、生物量、增長(zhǎng)常數(shù)等因素的關(guān)系； 還研究底物降解與生物量增長(zhǎng)、底物降解與需氧、營(yíng)養(yǎng)要求等的關(guān)系。在建立活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí),有以下假設(shè)： 除特別說(shuō)明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對(duì)于推流式曝氣池系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正； 活性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行條件絕對(duì)穩(wěn)定； 二次沉淀池內(nèi)無(wú)微生物活動(dòng)，也無(wú)污泥累積并且水與

2、固體分離良好； 進(jìn)水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物； 系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。一、活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)米門(mén)公式與莫諾德模式1、米門(mén)公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說(shuō)，通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式，即米門(mén)公式：式中：酶促反應(yīng)中產(chǎn)物生成的反應(yīng)速率； 產(chǎn)物生成的最高速率； 米氏常數(shù)（又稱飽和常數(shù)，半速常數(shù)）； 基質(zhì)濃度。中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)：米門(mén)公式的圖示：2、莫諾德模式 莫諾德模式的基本形式：Monod于1942年和1950年曾兩次進(jìn)行了單一基質(zhì)的純菌種培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)了與上述酶促反應(yīng)類似的規(guī)律，進(jìn)而提出了與米門(mén)公式

3、想類似的表達(dá)微生物比增殖速率與基質(zhì)濃度之間的動(dòng)力學(xué)公式，即莫諾德模式：式中： 微生物的比增殖速率，； 基質(zhì)達(dá)到飽和濃度時(shí)，微生物的最大比增殖速率， 反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度，mg/l； 飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生物群體組成的活性污泥對(duì)多種基質(zhì)進(jìn)行微生物增殖實(shí)驗(yàn)，也取得了符合這種關(guān)系的結(jié)果。可以假定：在微生物比增殖速率與底物的比降解速率之間存在下列比例關(guān)系：則與比增殖速率相對(duì)應(yīng)的比底物降解速率也可以用類似公式表示，即： 式中： 比底物降解速率（）； 底物的最大比降解速率； 限制增殖的底物濃度； 飽和常數(shù)。對(duì)于廢水處理來(lái)說(shuō)，有機(jī)物的降解是其基本目的，因此上式的實(shí)際意義更大。 莫諾德模

4、式的圖示： 莫諾德方程式的推論：1) 在高底物濃度的條件下，即>>，呈零級(jí)反應(yīng)，則有： ， 2) 在低底物濃度的條件下，即<<，則： 二、LawrenceMcCarty模式：1、 有關(guān)基本概念： 微生物比增殖速率： 單位基質(zhì)利用率： 生物固體平均停留時(shí)間（又稱細(xì)胞平均停留時(shí)間，在工程上習(xí)稱污泥齡）： 在反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，微生物從其生成開(kāi)始到排出系統(tǒng)的平均停留時(shí)間；也可以說(shuō)是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的微生物全部更新一次所需要的平均時(shí)間；從工程上來(lái)說(shuō)，就是反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)微生物總量與每日排放的剩余污泥量的比值，以表示，單位為d，即： 式中:每日增殖的微生物量，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，就是每日排放的剩余污泥量。因

5、此： 簡(jiǎn)化后，則： 與的關(guān)系： ，而 ，所以有： 或2、LM模式的基本方程式： 第一基本方程式：前面已有： 式中 微生物的產(chǎn)率系數(shù)，； 自身氧化系數(shù)，又稱衰減常數(shù)，（）；經(jīng)整理后： 表示的是污泥齡（）與產(chǎn)率系數(shù)Y、基質(zhì)比利用速率（q）及自身氧化系數(shù)之間的關(guān)系。 第二基本方程式：認(rèn)同莫諾德模式： 認(rèn)為有機(jī)基質(zhì)的降解速率等于其被微生物的利用速率，即 式中： 反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度； 單位生物量的最大基質(zhì)利用速率； 半速常數(shù)。表示的是基質(zhì)利用速率與反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度和基質(zhì)濃度之間的關(guān)系。3、L-M模式的導(dǎo)出方程式 第一導(dǎo)出方程出水水質(zhì)與污泥齡之間的關(guān)系：（對(duì)于完全混合式）將 代入：則有： Lawrenc

6、eMcCarty建議的排泥方式： 兩種排泥方式：I.剩余污泥從污泥回流系統(tǒng)排出； II.剩余污泥從曝氣池直接排出。第二種排泥方式的優(yōu)點(diǎn)：1）減輕了二沉池的負(fù)擔(dān)；2）可將剩余污泥單獨(dú)濃縮處理；3）便于控制曝氣池的運(yùn)行。 因此按這種排泥方式的污泥齡的計(jì)算就可以變得更簡(jiǎn)單，如下： 簡(jiǎn)化后， 由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運(yùn)行管理。 第二導(dǎo)出方程曝氣池內(nèi)微生物濃度與污泥齡的關(guān)系 對(duì)曝氣池作有機(jī)底物的物料衡算： 底物的凈變化率 = 底物進(jìn)入曝氣池的速率 - 底物從曝氣池中消失的速率 代入第一基本方程有： 由于，則有： 上式說(shuō)明：曝氣池中微生物量濃度是與有機(jī)物的濃度、和曝氣時(shí)間等有關(guān)的。式中，可以稱

7、為污泥循環(huán)因子，其物理意義為：活性污泥從生長(zhǎng)到被排出系統(tǒng)期間與廢水的平均接觸次數(shù)。 第三導(dǎo)出方程回流比與之間的關(guān)系 對(duì)曝氣池的生物量進(jìn)行物料衡算： （曝氣池內(nèi)生物量的凈變化率）=（生物量進(jìn)入曝氣池的速率）-（生物量離開(kāi)曝氣池的速率） 其中 ， 所以：所以： 式中：回流污泥的濃度，可由下式估算： 注意：1）是近似值；2）由算出的是值，應(yīng)再換算成。 產(chǎn)率系數(shù)（）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（）之間的關(guān)系：產(chǎn)率系數(shù)（）是指單位時(shí)間內(nèi)，微生物的合成量與基質(zhì)降解量的比值，即： 表觀產(chǎn)率系數(shù)（）是指單位時(shí)間內(nèi)，實(shí)際測(cè)定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值， 即： 將，以及 代入，則有： 該式還提供了通過(guò)試驗(yàn)求及的方法，將其取倒數(shù)后得： 以對(duì)作圖，即可求得及值。 其中 與Se及E的關(guān)系：(見(jiàn)附圖3) 升高 Se 下降 E 升高； 下降 Se 升高 E 下降因此，對(duì)于一個(gè)活性污泥系統(tǒng)有一個(gè)()min可以通過(guò)假定Se = SI并代入 則有：一般，所以， 對(duì)方程式的推論已有： 因 ，所以，活性污泥處理系統(tǒng)一般為低基質(zhì)濃度，即,所以， ， 其中又： ，所以： 在穩(wěn)態(tài)下， 所以： 三、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定動(dòng)力學(xué)參數(shù)、是模式的重要組成部分，一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。 、的確定