活性污泥的增長規(guī)律研究

1、三活性污泥的增長規(guī)律1、 活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內發(fā)生反應、有機物被降解的必然結果，而微生物增殖的結果則是活性污泥的增長。2、 一般可用活性污泥的增長曲線來描述:（見附圖1） 注意：1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)； 2)底物是一次投加； 3)圖中同時還表示了有機底物降解和氧的消耗曲線。l F/M值: 在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質的條件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取決于微生物與有機基質的相對數量，即有機基質(Food)與微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。 F/M值也是影響有機物去除速率、氧利用速率的重要因素。 實際上，F/M值就是以BOD5表示的進水污泥負

2、荷()，即： 3、一般來說，可將增長曲線分為以下四個時期：(1) 適應期；(2)對數增長期；(3)減速增長期；(4)內源呼吸期。l 適應期:(1) 是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機物污染物的種類等的一個短暫的適應過程；(2) 經過適應期后，微生物從數量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質的變化：a.菌體體積有所增大；b.酶系統(tǒng)也已做了相應調整；c.產生了一些適應新環(huán)境的變異；等等。(3) BOD5、COD等各項污染指標可能并無較大變化。l 對數增長期：(1) F/M值高(>2.2)，所以有機底物異常豐富，營養(yǎng)物質不是微生物增殖的控制因素；(2) 微生物的增長速率與基質濃度無關，呈零

3、級反應，它僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機能的限制；(3) 微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細胞；(4) 此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強，導致污泥質地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(5) 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(6) 一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污泥法。l 減速增長期:(1) F/M值下降到一定水平后，有機底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；(2) 微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級反應；(3) 有機底物的降解速率也開始下降；(4) 微

4、生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長；(5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；(6) 由于殘存的有機物濃度較低，出水水質有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；(7) 一般來說，大多數活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內的。l 內源呼吸期:(1)內源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內源呼吸的殘留物，而這些物質多是難于降解的細胞壁等；(2) 污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質良

5、好；(3) 一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。4、活性污泥增殖規(guī)律的應用：(1) 活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；(2) 處于不同增長期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質也不同；(3) 可以通過調整F/M值，來調控曝氣池的運行工況，以達到所要求的出水水質和活性污泥的良好性能；(4) 推流式： 一段線段； 完全混合式： 一個點5、有機物降解與微生物增殖： 活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化（內源呼吸）兩項作用的綜合結果，所以，微生物的凈增殖速率為： 式中：活性污泥微生物的凈增殖速率（）； 活性污泥微生物的合成速率； 降解每所產生的值，即產率系數（）；

6、 活性污泥微生物自身氧化速率； 每每日自身氧化的數，即自身氧化系數（）； 。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內每日得凈增長量為: 式中: 每日污泥增長量(),； ； 每日處理廢水量()； 進水濃度(或)； 出水濃度(或)。l 的經驗值：(1) 對于生活污水活與之性質相近的工業(yè)廢水，；(2) 幾種工業(yè)廢水的值:廢水合成纖維廢水0.380.10含酚廢水0.550.13制漿與造紙廢水0.760.016制藥廢水0.77釀造廢水0.93亞硫酸漿粕廢水0.550.13l 通過小試求得：將上式改寫為: 6、有機物降解與需氧:微生物的代謝需要氧：(1)需要將一部分有機

7、物氧化分解； (2)也需要對自身細胞的一部分物質進行自身氧化。需氧量: 式中曝氣池混合液的需氧量，； 代謝每所需的氧量，； 每每天進行自身氧化所需的氧量，。上式可改寫成: 或 其中: 單位重量污泥的需氧量，； 去除每的需氧量，。l 值的確定:(1) 活性污泥法處理城市污水時的和值:運行方式完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.7-1.1傳統(tǒng)曝氣法0.8-1.1延時曝氣法1.4-1.80.530.188(2)幾種工業(yè)廢水的值:廢水石油化工廢水0.750.16合成纖維廢水0.550.142含酚廢水0.56制漿與造紙廢水0.380.092制藥廢水0.350.354釀造廢水0.93漂染廢

8、水0.5-0.60.065煉油廢水0.550.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185(3)試驗法:將上述方程式改寫成: 四活性污泥法反應動力學及其應用l 活性污泥法反應動力學:可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內有機物降解、污泥增長、耗氧等作用與各項設計參數、運行參數以及環(huán)境因素之間的關系；它主要包括:(1) 基質降解的動力學，涉及基質降解與基質濃度、生物量等因素的關系；(2) 微生物增長動力學，涉及微生物增長與基質濃度、生物量、增長常數等因素的關系；(3) 還研究底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養(yǎng)要求等的關系。在建立活性污泥法反應動力學模型時,有以下假設:(1) 除特別說明外，都認為反應器內物

9、料是完全混合的，對于推流式曝氣池系統(tǒng)，則是在此基礎上加以修正；(2) 活性污泥系統(tǒng)的運行條件絕對穩(wěn)定；(3) 二次沉淀池內無微生物活動，也無污泥累積并且水與固體分離良好；(4) 進水基質均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；(5) 系統(tǒng)中不含有毒物質和抑制物質。主要介紹：勞倫斯麥卡蒂（LawrenceMcCarty）模式莫諾德（Monod）模式酶促反應動力學公式（米門公式）（MichaelisMenton）(一) 活性污泥反應動力學的基礎米門公式與莫諾德模式A 米門公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產物”學說，通過理論推導和實驗驗證，提出了含單一基質單一反應的酶促反應動力學

10、公式，即米門公式：式中：酶促反應中產物生成的反應速率； 產物生成的最高速率； 米氏常數（又稱飽和常數，半速常數）； 基質濃度。中間產物學說：米門公式的圖示： B.莫諾德模式：1） Monod于1942年和1950年曾兩次進行了單一基質的純菌種培養(yǎng)實驗，也發(fā)現了與上述酶促反應類似的規(guī)律，進而提出了與米門公式想類似的表達微生物比增殖速率與基質濃度之間的動力學公式，即莫諾德模式：式中： 微生物的比增殖速率，； 基質達到飽和濃度時，微生物的最大比增殖速率， 反應器內的基質濃度，mg/l； 飽和常數，也是半速常數。2） 隨后發(fā)現，用由混合微生物群體組成的活性污泥對多種基質進行微生物增殖實驗，也取得了符合

11、這種關系的結果。3）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系：則與比增殖速率相對應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。對于廢水處理來說，有機物的降解是其基本目的，因此上式的實際意義更大。l 莫諾德模式的圖示：l 莫諾德方程式的推論：（1） 在高底物濃度的條件下，即>>，呈零級反應，則有： ， （2） 在低底物濃度的條件下，即<<，則： (二) LawrenceMcCarty模式：1） LawrenceMcCarty建議的排泥方式： 2） 兩種排泥方式：

12、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：1）減輕了二沉池的負擔；2）可將剩余污泥單獨濃縮處理；3）便于控制曝氣池的運行。3） 有關基本概念： a、微生物比增殖速率： b、單位基質利用率： c、生物固體平均停留時間（又稱細胞平均停留時間，在工程上習稱污泥齡）： 在反應系統(tǒng)內，微生物從其生成開始到排出系統(tǒng)的平均停留時間； 也可以說是反應系統(tǒng)內的微生物全部更新一次所需要的平均時間； 從工程上來說，就是反應系統(tǒng)內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)運行時，就是每日排放的剩余污泥量。因此： 1）按

13、傳統(tǒng)排泥方式： 簡化后，則： 2)按第二種排泥方式，則： 簡化后， 由此可看出這種排泥方式更有利于控制和運行管理。 3)與的關系： ，而 ，所以有： 或 (三) LM模式的基本方程式：1. 第一基本方程式：前面已有： 式中 微生物的產率系數，； 自身氧化系數，又稱衰減常數，（）；經整理后： 表示的是污泥齡（）與產率系數Y、基質比利用速率（q）及自身氧化系數之間的關系。2. 第二基本方程式：認同莫諾德模式： a. 認為有機基質的降解速率等于其被微生物的利用速率，即 式中： 反應器內的基質濃度； 單位生物量的最大基質利用速率； 半速常數。表示的是基質利用速率與反應器內微生物濃度和基質濃度之間的關系

14、。(四) L-M模式的應用（基本方程的推論）A. 第一導出方程出水水質與污泥齡之間的關系：（對于完全混合式）將 代入：則有： B.第二導出方程曝氣池內微生物濃度與污泥齡的關系 對曝氣池做有機底物的物料衡算： 底物的凈變化率 = 底物進入曝氣池的速率 - 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： 上式說明：曝氣池中微生物量濃度是與有機物的濃度、和曝氣時間等有關的。式中，可以稱為污泥循環(huán)因子，其物理意義為：活性污泥從生長到被排出系統(tǒng)期間與廢水的平均接觸次數。C.第三導出方程回流比與之間的關系 對曝氣池的生物量進行物料衡算：（曝氣池內生物量的凈變化率）=（生物量進入曝氣池的速率）

15、-（生物量離開曝氣池的速率） 其中 ， 所以：所以： 式中：回流污泥的濃度，可由下式估算： 1） 是近似值；2） 由算出的是值，應再換算成。D產率系數（）與表觀產率系數（）之間的關系：產率系數（）是指單位時間內，微生物的合成量與基質降解量的比值，即： 表觀產率系數（）是指單位時間內，實際測定的污泥產量與基質降解量的比值， 即： 將，以及 代入，則有： 該式還提供了通過試驗求及的方法，將其取倒數后得： 以1/Yobs對作圖，即可求得及值。 其中E. 與Se及E的關系：(見附圖3) 升高 Se 下降 E 升高； 下降 Se 升高 E 下降因此，對于一個活性污泥系統(tǒng)有一個()min可以通過假定Se = SI并代入 則有：一般，Ks<<Si，所以， F對方程式的推論已有：因 v = q，所以，活性污泥