廢水好氧生物處理工藝(1)【共享精品-】課件

1、第三章 廢水好氧生物處理工藝(1)活性污泥法第一節(jié) 活性污泥法的基本原理第二節(jié) 活性污泥法的運行方式第三節(jié) 活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué)第四節(jié) 曝氣的原理、方法與設(shè)備第五節(jié) 活性污泥法的工藝設(shè)計第六節(jié) 活性污泥法的運行管理第一節(jié)、活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的工藝流程回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥活性污泥系統(tǒng)的主要組成 曝氣池：反應(yīng)的主體，有機(jī)物被降解，微生物得以增殖；二沉池：1）泥水分離，保證出水水質(zhì)； 2）濃縮污泥，保證污泥回流，維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度?；亓飨到y(tǒng)：1）維持曝氣池內(nèi)的污泥濃度； 2）回流比的改變，可調(diào)整曝氣池的運行工況。 剩余污泥： 1）去除有機(jī)物

2、的途徑之一； 2）維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 供氧系統(tǒng)：為微生物提供溶解氧生活污水或城市廢水的處理流程高碑店污水處理廠的工藝流程圖活性污泥系統(tǒng)正在運行的曝氣池曝氣池中的曝氣頭的布置二、活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)1、物理性質(zhì)： “菌膠團(tuán)”“生物絮凝體” 顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色 氣味：泥土味（城市污水） 比重：略大于1 （1.0021.006） 粒徑：0.020.2 mm 比表面積：20100cm2/ml二、活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)2、生化性能： 活性污泥的含水率： 99.299.8% 其中固體物質(zhì)的組成： 1）活細(xì)胞（Ma）： 2）微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）： 3）吸附的原廢水中難于生物降解的

3、有機(jī)物（Mi）： 4）無機(jī)物質(zhì)（Mii）：有機(jī)物7585%二、活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo) 3、活性污泥中的微生物： A細(xì)菌： 是活性污泥凈化功能最活躍的成分 主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等特征： 1）絕大多數(shù)是好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細(xì)菌； 2）在好氧條件下，具有很強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能； 3）具有很高的增殖速率，其世代時間僅為2030分鐘； 4）動膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。0.1mmB、原生動物-在活性污泥中大約為103個/ml鐘蟲小口鐘蟲草履蟲蓋纖蟲腎形蟲變形蟲C、后生動物線蟲輪蟲原（后）生動物作為“指示性生物”數(shù)量

4、4、活性污泥的性能指標(biāo)：（3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）定義：將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%表示；功能：能相對地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹；正常范圍： 2030%SV的測定0min15min30minSV = 40%三、活性污泥法的基本工藝參數(shù)1、曝氣池的有機(jī)容積負(fù)荷： 1）進(jìn)水COD（BOD5）容積負(fù)荷： 2）COD（ BOD5 ）去除容積負(fù)荷：2、 曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷：1）進(jìn)水COD（BOD5）污泥負(fù)荷：2）COD（BOD5）去除污泥負(fù)荷：三、活性污泥法的基本工藝參

5、數(shù)3、曝氣池的水力停留時間（HRT、Hydraulic Retention Time） 4、曝氣池的污泥停留時間（SRT，Sludge Retention Time、c）（h）（d）(mg/l)四、活性污泥的增殖規(guī)律及應(yīng)用活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝氣池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)、有機(jī)物被降解的必然結(jié)果，而微生物增殖的結(jié)果則是活性污泥的增殖。活性污泥的增殖曲線微生物量時間活性污泥的增殖曲線注意：1）間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2）底物是一次投加對數(shù)增殖期減速增殖期內(nèi)源呼吸期氧利用速率曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線(F)適應(yīng)期有關(guān)概念F/M值: 在溫度適宜、DO充足、且不存在抑制物質(zhì)的條件下，活性污泥微生物的

6、增殖速率主要取決于微生物與有機(jī)基質(zhì)的相對數(shù)量，即有機(jī)基質(zhì)(Food)與微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。 F/M值是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。實際上，F(xiàn)/M值就是以BOD5表示的進(jìn)水污泥負(fù)荷，即：適應(yīng)期 1）定義：微生物對于新的環(huán)境條件、污水中不同種類的有機(jī)物污染物等的短暫的適應(yīng)過程； 2）活性污泥微生物的變化： 數(shù)量基本沒有變化； 菌體體積增大； 酶系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整； 新的變異；等。 3）水質(zhì)指標(biāo)基本無變化。對數(shù)增殖期F/M值高(2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有機(jī)物豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)，僅

7、由微生物本身特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身生理機(jī)能的限制；微生物以最高速率對有機(jī)物進(jìn)行攝取，以最高速率增殖，合成新細(xì)胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活動能力很強(qiáng)，污泥質(zhì)地松散，不易形成較好的絮凝體，沉淀性能不佳；活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；一般不采用此階段作為運行工況。（但也有，如高負(fù)荷活性污泥法）微生物量時間活性污泥的增殖曲線對數(shù)增殖期減速增殖期內(nèi)源呼吸期氧利用速率曲線微生物增殖曲線(M)BOD變化曲線(F)適應(yīng)期內(nèi)源呼吸期內(nèi)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(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多

8、是難于降解的細(xì)胞壁等；污泥的無機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；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?；钚晕勰嘣鲋骋?guī)律的應(yīng)用：1）活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水質(zhì)也不同；3）通過調(diào)整F/M值，可調(diào)控曝氣池的運行工況，以達(dá)到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法： 一段線段； 完全混合式活性污泥法： 一個點微生物量時間活性污泥的增殖曲線對數(shù)增殖減速增殖內(nèi)源呼吸適應(yīng)期有機(jī)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(nèi)源呼吸)兩項作用的綜合結(jié)果，

9、所以，微生物的凈增殖速率為：式中：活性污泥中微生物的凈增值速率（kgVSS/d）；活性污泥中微生物的合成速率（kgVSS/d）；其中：a 降解1kgBOD所產(chǎn)生的VSS，即產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBOD.d）；活性污泥中微生物的自身氧化速率（kgVSS/d）；其中：b 活性污泥的自身氧化系數(shù)（kgVSS/kgVSS.d，一般為d-1）； xv 系統(tǒng)中活性污泥的總量（kgVSS）有機(jī)物降解與微生物增殖：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(nèi)每日的凈增長量為: Si進(jìn)水BOD濃度(kgBOD/m3)； Se 出水濃度(kgBOD/m3)。式中: x每日的污泥

10、增長量(kgVSS/d)；= QwXr Q 每日處理廢水量(m3/d)；a、b經(jīng)驗值的獲得： (1) 對于生活污水或相近的工業(yè)廢水: a = 0.50.65，b = 0.050.1； (2) 對于工業(yè)廢水，則： 合成纖維廢水0.380.10含酚廢水 0.55 0.13制漿與造紙廢水0.760.016制藥廢水 0.77釀造廢水0.93工業(yè)廢水a(chǎn)b亞硫酸漿粕廢水 0.55 0.13a、b經(jīng)驗值的獲得：（3）通過小試獲得：可改寫為： a bQSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)x/VXv(1/d)有機(jī)物降解與需氧：氧在微生物代謝過程中的用途：(1)氧化分解有機(jī)物；(2)氧化分解自身的細(xì)胞物質(zhì)。

11、式中：O2曝氣池中混合液的需氧量，kgO2/d; a代謝每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; b每kgVSS每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS.d 。有機(jī)物降解與需氧:上式可改寫為：或式中：O2/VXv單位質(zhì)量污泥的需氧量，kgO2/kgVSS.d; O2=O2/QSr去除每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d; 思考題：如何解釋單位質(zhì)量污泥的需氧量與負(fù)荷成正比，而去除單位質(zhì)量BOD的需要量與負(fù)荷成反比？a、b值的確定: 活性污泥法處理城市污水： 運行方式O2ab完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.71.1傳統(tǒng)曝氣法0.81.1延時曝

12、氣法1.41.80.530.188a、b值的確定:活性污泥法處理工業(yè)污水： 廢水種類ab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漂染廢水0.50.60.065煉油廢水0.550.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185a、b值的確定:(3)試驗法: a bLsrBOD(kgBODr/kgVSS.d)O2/VXv(kgO2/kgVSS.d)第二節(jié) 活性污泥法的運行方式1)傳統(tǒng)活性污泥法；2)完全混合活性污泥法；3)階段曝氣活性污泥法；4)吸附再生活性污泥法；5)延時曝氣活性污泥法；6)高負(fù)荷活

13、性污泥法；7)純氧曝氣活性污泥法；8)淺層低壓曝氣活性污泥法；9)深水曝氣活性污泥法；10)深井曝氣活性污泥法?；亓魑勰喽纬恋沓貜U水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥 QSi VX QwXSe Q-QwXeSe QrXrSe Q+QrXSe一、傳統(tǒng)活性污泥法： 1)工藝流程:一、傳統(tǒng)活性污泥法：平面圖剖面圖 曝氣頭 曝氣設(shè)備 隔墻 空氣管溝一、傳統(tǒng)活性污泥法：供氧速率與需氧速率曝氣池長度 供氧速率 需氧速率曲線需氧量微孔曝氣頭一、傳統(tǒng)活性污泥法：主要優(yōu)點： a. 處理效果好：BOD5的去除率可達(dá)9095%； b. 對廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。4)主要問題： a. 為了避免

14、池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面積較大； b. 在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用； c. 對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較弱。傳統(tǒng)活性污泥法設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d) 0.30.6MLSS (mg/l) 15003000回流比 (%) 2550污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.4污泥齡c(d)515MLVSS (mg/l)12002400曝氣時間HRT (h)48BOD5去除率 (%)8595二、完全混合活性污泥法工藝流程回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥 完全混合曝氣池二、完全混合活

15、性污泥法主要特點：a. 可以方便地通過對F/M的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；b. 進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；c. 適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水二、完全混合活性污泥法 主要結(jié)構(gòu)形式：a.合建式（曝氣沉淀池）b.分建式合建式曝氣池曝氣沉淀池合建式曝氣池（曝氣沉淀池）分建式曝氣池 污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)污泥齡 (d)MLVSS (mg/l)曝氣時間HRT (h)BOD5去除率 (%)設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d)082.0MLSS (mg/l) 30006000回流比 (%) 251000.

16、20.6515 24004800 35 8590二、完全混合活性污泥法三、階段曝氣活性污泥法 分段進(jìn)水法或多點進(jìn)水法 工藝流程多點進(jìn)水活性污泥法的工藝流程出水進(jìn)水二沉池進(jìn)水點剩余污泥回流污泥回流污泥出水進(jìn)水點進(jìn)水剩余污泥二沉池進(jìn)水點三、階段曝氣活性污泥法 分段進(jìn)水法或多點進(jìn)水法主要特點：a.廢水沿池長分段注入曝氣池，有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡，改善了供氧速率與需氧速率之間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高了曝氣池對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力；三、階段曝氣活性污泥法 分段進(jìn)水法或多點進(jìn)水法設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d)0.61.0MLSS (mg/l)20003500回流比 (%)2

17、575污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.4污泥齡 (d)515MLVSS (mg/l)16002800曝氣時間HRT (h)38BOD5去除率 (%)8590四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法主要特點： 將吸附、降解兩個過程分別控制在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。活性污泥凈化反應(yīng)過程:在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機(jī)底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長。 一般將這整個凈化反應(yīng)過程分為三個階段： 1）初期吸附； 2）微生物代謝； 3）活性污泥的

18、凝聚、沉淀與濃縮活性污泥的初期吸附作用曝氣過程降解初期吸附BOD活性污泥的初期吸附作用 在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間(1030min)內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強(qiáng)的吸附能力，因此在這很短的時間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但不是真正的降解，隨著時間的推移，混合液的BOD5值會回升，再之后，BOD5值才會逐漸下降。活性污泥吸附作用的大小與很多因素有關(guān): 1）廢水的性質(zhì)、特性： 含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物。 2）活性污泥的狀態(tài)： 充分的再生曝氣，一般應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)

19、源代謝期，才能使其吸附功能得到恢復(fù)和增強(qiáng)。四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法工藝流程回流污泥進(jìn)水出水吸附池二沉池剩余污泥再生池回流污泥出水進(jìn)水剩余污泥吸附段再生段二沉池四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法1)主要優(yōu)點：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費用較低；b.具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補(bǔ)充。2)主要缺點： 對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法，此外，對溶解性有機(jī)物含量較高的廢水

20、，處理效果更差。四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d)1.01.2MLSS (mg/l)吸附池：10003000再生池：400010000回流比 (%)25100污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.6污泥齡 (d)515MLVSS (mg/l)吸附池：8002400 再生池：32008000曝氣時間HRT (h)吸附池0.51.0；再生池36BOD5去除率 (%)8090五、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法 1)主要特點： a. 有機(jī)負(fù)荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，無需再進(jìn)行處理； b.

21、處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性； c. 在某些情況下，可不設(shè)初沉池。2)主要缺點： 池容大、曝氣時間長，占地面積大； 建設(shè)費用和運行費用高；適用條件： 出水水質(zhì)高，小規(guī)模，水量一般在1000m3/d以下。五、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d) 0.10.4MLSS (mg/l) 30006000回流比 (%) 75100污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.050.15污泥齡 (d)2030MLVSS (mg/l)24004800曝氣時間HRT (h) 1848BOD5去除率 (%) 95六、高負(fù)荷活性污泥法

22、又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法1)主要特點：a. 有機(jī)負(fù)荷率高，曝氣時間短，對廢水的處理效果較低；b. 在系統(tǒng)和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。六、高負(fù)荷活性污泥法 又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法主要設(shè)計參數(shù)： 設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d) 1.22.4MLSS (mg/l) 200500回流比 (%) 515污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)1.55.0污泥齡 (d) 0.252.5MLVSS (mg/l) 160400曝氣時間HRT (h) 1.53.0BOD5去除率 (%) 6075七、純氧曝氣活性污泥法工藝流程純氧進(jìn)水尾氣出水回流污泥氣體循環(huán)泵氣體

23、分散及攪拌裝置七、純氧曝氣活性污泥法1)主要特點：a. 純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；b. 氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80-90%，而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為525%左右；c. 可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達(dá)40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；d. 剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，污泥膨脹較少發(fā)生。七、純氧曝氣活性污泥法設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷 (kgBOD5/m3.d) 2.03.2MLSS (mg/l) 600010000回流比 (%) 2550污泥負(fù)荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.41.0污泥齡 (d)515MLVSS (mg/l)40006500曝氣

24、時間HRT (h)1.53.0溶解氧濃度DO (mg/l) 610SVI (ml/g) 3050BOD5去除率 (%) 7595八、淺層低壓曝氣法理論基礎(chǔ)：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要延長氣泡在水中的上升距離。其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風(fēng)壓在1米以下的低壓風(fēng)機(jī)，動力效率較高，可達(dá)1.802.60kgO2/kw.h；其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%；池中設(shè)有導(dǎo)流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。八、淺層低壓曝氣法微孔板0.60.80.60.8導(dǎo)流板九、深水曝氣活性污泥法 1)主要特點： a. 曝氣池水深在78m以上， b. 由于水壓較大，氧的

25、轉(zhuǎn)移率可以提高，相應(yīng)也能加快有機(jī)物的降解速率； c. 占地面積較小。九、深水曝氣活性污泥法曝氣裝置空氣導(dǎo)流墻深水中層曝氣法的示意圖空氣曝氣裝置深水深層曝氣法的示意圖十、深井曝氣 活性污泥法 又稱超深水 曝氣法工藝流程： 一般平面呈圓形，直徑約16m，深度為50150m。回流污泥進(jìn)水出水空氣十、深井曝氣活性污泥法 又稱超深水曝氣法主要特點： a.氧轉(zhuǎn)移率高，約為常規(guī)法的10倍以上； b.動力效率高，占地少，易于維護(hù)運行； c.耐沖擊負(fù)荷，產(chǎn)泥量少； d.一般可以不建初次沉淀池 e.但受地質(zhì)條件的限制。十、深井曝氣活性污泥法 又稱超深水曝氣法設(shè)計參數(shù)設(shè)計參數(shù)容積負(fù)荷(kgBOD5/m3.d) 3.

26、03.6MLSS(mg/l) 30005000回流比(%) 4080污泥負(fù)荷(kgBOD5/kgMLSS.d)1.01.2污泥齡(d)5MLVSS(mg/l) 24004000曝氣時間HRT(h) 1.02.0BOD5去除率(%) 8590作業(yè)8、()普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合法各有什么特點？在一般情況下，對于有機(jī)廢水BOD5的去除率如何？根據(jù)活性污泥增長曲線來看，這幾種運行方式的基本區(qū)別在什么地方？各自的優(yōu)缺點是什么？ 11、()試指出污泥沉降比SV、污泥濃度MLSS和污泥指數(shù)SVI的定義，以及其在水處理工程中的實際意義以及一般的正常數(shù)值范圍。 5、()普通活性污泥法曝氣池中的ML

27、SS為3700mg/L，SVI為80mL/g，求其SV和回流污泥中的懸浮固體濃度。 7、()某造紙廠采用活性污泥法處理廢水，廢水量為24000m3/d，曝氣池容積V為8000m3。經(jīng)初次沉淀，廢水的BOD5為300mg/L，曝氣池對BOD5的去除率為90%，曝氣池混合液懸浮液固體濃度為4000mg/L，其中揮發(fā)性懸浮固體占75%。試求：F/M、每日剩余污泥量、每日需氧量和污泥齡。（已知：a = 0.76kgVSS/kgBOD5.d，b = 0.016d-1；a = 0.38kgO2/kgBOD5，b = 0.092kgO2/kgVSS.d） 第三節(jié)、活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué) 什么是活性污泥法反應(yīng)

28、動力學(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、氧氣的消耗等與各項設(shè)計參數(shù)、運行參數(shù)及環(huán)境因素之間的關(guān)系；活性污泥法的反應(yīng)動力學(xué)的主要內(nèi)容:(1)基質(zhì)降解的動力學(xué)，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關(guān)系； (2)微生物增長動力學(xué)，涉及微生物增長與基質(zhì)濃度、生物量、增長常數(shù)等因素的關(guān)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(guān)系。建立活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)模型的假設(shè): (1) 反應(yīng)器處于完全混合狀態(tài)， 對于推流式曝氣池系統(tǒng)，需加以修正； (2)活性污泥系統(tǒng)的運行條件絕對穩(wěn)定； (3)二沉池內(nèi)無微生物活動，也無污泥累積，且泥水分離效果良好； (4)進(jìn)水有機(jī)物均

29、為溶解性有機(jī)物，且濃度恒定，不含微生物； (5)進(jìn)水中不含對微生物具有毒性或抑制性的物質(zhì)。反應(yīng)動力學(xué)研究的由來勞倫斯麥卡蒂（LawrenceMcCarty）模式酶促反應(yīng)動力學(xué)公式（米門公式）（MichaelisMenton）莫諾德（Monod）模式(一)活性污泥反應(yīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)米門公式與莫諾德模式 A米門公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物”學(xué)說，通過理論推導(dǎo)和實驗驗證，提出了含單一基質(zhì)單一反應(yīng)的酶促反應(yīng)動力學(xué)公式，即米門公式： 其中：Km飽和常數(shù)，或半速常數(shù)； 1/Km基質(zhì)親和力 E + S ES E + P米門公式的圖示 vmaxKmv = vmax/2S0vB.莫諾德模

30、式： 1942年和1950年，Monod單一基質(zhì)、純菌種培養(yǎng)實驗，微生物比增殖速率與基質(zhì)濃度與酶促反應(yīng)類似的規(guī)律，提出活性污泥法的動力學(xué)公式，即莫諾德模式：式中： 微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS.d； max基質(zhì)濃度飽和時，微生物的最大比增殖速率, kgVSS/kgVSS.d; S反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度，mg/l； Ks飽和常數(shù)，也稱半速常數(shù)。B.莫諾德模式：隨后發(fā)現(xiàn)，用由混合微生物群體組成的活性污泥對多種基質(zhì)進(jìn)行微生物增殖實驗，也取得了符合這種關(guān)系的結(jié)果。 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：B.莫諾德模式：則與比增殖速率相對應(yīng)的比底物降解速率也可以用類似公式表

31、示，即： 式中：S 限制性底物的濃度；對于廢水處理來說，有機(jī)物的降解是其基本目的，因此上式的實際意義更大。 B.莫諾德模式： 一級反應(yīng)區(qū)過渡區(qū) 零級反應(yīng)區(qū)l莫諾德方程式的推論：(1) 在高底物濃度的條件下，即SKs，呈零級反應(yīng)，則有： ， （2）在低底物濃度的條件下，即S Ks，則：活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)的應(yīng)用【例1】如何用動力學(xué)解釋pH值對氨氮氧化速率的影響？【思考題1】推流式與完全混合式的比較：19、(4)進(jìn)水條件和出水水質(zhì)要求相同時，如果單從反應(yīng)動力學(xué)的角度來考慮，采用推流式曝氣池和完全混合式曝氣池，那種所需要的池容較??？ pH值對氨氮氧化速率的影響的動力學(xué)解釋例1：在一個硝化反應(yīng)器中，氨

32、氮濃度為130mg/L，T=35C，請通過計算給出當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的pH值分別為6.0和8.0時的氨氧化速率的比值。研究背景亞硝化的反應(yīng)方程式：亞硝化反應(yīng)是由氨氧化細(xì)菌在好氧、pH值中性偏堿的條件下完成的；研究表明，亞硝化過程受pH值的影響很大；最近的研究表明，氨氧化細(xì)菌的直接底物是游離態(tài)的NH3，而不是離子態(tài)的NH4+；但水質(zhì)監(jiān)測中所測得的氨氮濃度，實際上是總氨氮濃度，即TNH3，其中包括NH3和NH4+；研究背景Monod方程認(rèn)為，廢水中的生化反應(yīng)速率為：上式中的S指的是生化反應(yīng)過程中的限制性基質(zhì)的濃度，即氨氧化過程中的游離氨濃度；因此，需要計算出不同pH值下反應(yīng)器中實際的游離氨的濃度，即NH3

33、：（1）水中游離氨濃度的計算聯(lián)合式（2）和式（3），可得：（2）（3）再加上：最后可得：（4）其它有關(guān)常數(shù)：1825C時，假定30C時，30C時，30C時，氨氧化細(xì)菌的Ks = 7.0mgN/L具體的計算過程與結(jié)果：pH6時，利用式（4），可計算出：同樣，pH8時：再利用式（1），可計算出：pH6時：pH8時：所以：示意圖C、LawrenceMcCarty模式：有關(guān)基本概念：a、微生物比增殖速率 b、單位基質(zhì)利用率： 有關(guān)基本概念（續(xù)）：c、污泥停留時間（SRT）、平均細(xì)胞停留時間（MCRT）、污泥齡(c)：有關(guān)基本概念： 3) 與c的關(guān)系：所以有：(三) LM模式的基本方程式：1. 第一基本

34、方程式：前面已有：式中：Y微生物的產(chǎn)率系數(shù)，kgVSS/kgBOD； Kd 自身氧化系數(shù)，或衰減常數(shù)，d-1，（kgVSS/kgVSS.d）；經(jīng)整理后： 表示的是污泥齡（ c ）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)(Kd)之間的關(guān)系。2. 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：S 反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度； qmax單位生物量的最大基質(zhì)利用速率； Ks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。(四) L-M模式的應(yīng)用（基本方程的推論）A.第一導(dǎo)出方程出水水質(zhì)(Se)與污泥齡(c)之間的關(guān)系：代入：則有：

35、污泥齡的計算： 能否有更簡便的計算方法？ 傳統(tǒng)排泥方式： 簡化后，則：LawrenceMcCarty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。 回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥 QSi VXSe II. QwX I. QwX Q-QwXeSi QrXrSe污泥齡的計算： 從曝氣池直接排泥，則： 簡化后: 第二種排泥方式的優(yōu)點： 1）減輕了二沉池的負(fù)擔(dān)； 2）可將剩余污泥單獨濃縮處理； 3）便于控制曝氣池的運行。(四) L-M模式的應(yīng)用（基本方程的推論）B. 第二導(dǎo)出方程曝氣池內(nèi)微生物濃度（X）與污泥齡(c)的關(guān)

36、系對曝氣池作有機(jī)底物的物料衡算：底物的凈變化率=底物進(jìn)入曝氣池中的速率底物從曝氣池中消失的速率回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥(四) L-M模式的應(yīng)用（基本方程的推論）代入第一基本方程有： 由于所以：說明：曝氣池中微生物濃度與有機(jī)物濃度、污泥齡和曝氣時間等有關(guān)。式中= c /t，稱為污泥循環(huán)因子，物理意義為：活性污泥從生長到被排出系統(tǒng)期間與廢水接觸的平均次數(shù)。(四) L-M模式的應(yīng)用（基本方程的推論）C.第三導(dǎo)出方程回流比R與c之間的關(guān)系 對曝氣池的生物量進(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曝氣池的速率 由于 所以： 所以：回流污

37、泥二次沉淀池廢水曝氣池初次沉淀池出水空氣剩余活性污泥 (四) L-M模式的應(yīng)用（基本方程的推論）D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）之間的關(guān)系：產(chǎn)率系數(shù)（ Y ）是指單位時間內(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)（ Yobs ）是指單位時間內(nèi)，實際測定的污泥產(chǎn)量與基質(zhì)降解量的比值，即： D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）：由于所以：D產(chǎn)率系數(shù)（Y）與表觀產(chǎn)率系數(shù)（Yobs）：該式還提供了通過試驗求Y及Kd的方法，將其取倒數(shù)后得： 以1/Yobs對c作圖，即可求得Y及Kd值。 其中:E. c與Se及E的關(guān)系： Se cSeEc0 E c(c)min最小污泥齡對于一

38、個活性污泥系統(tǒng)有一個(c)min可以通過假定Se = Si 并代入 一般KsSi，所以: 則有：(五) 動力學(xué)參數(shù)的測定 動力學(xué)參數(shù)Ks、vmax、Y、Kd是模式的重要組成部分，一般是通過實驗來確定的。 1、 Ks、vmax 的確定： 將式： 取不同的曝氣時間（t）值，即可計算出不同的 取倒數(shù)，得：式中所以 圖中直線的斜率為 繪制關(guān)系圖，截距為(五) 動力學(xué)參數(shù)的測定 2. Y、Kd 值的確定 取不同的c值，并由此可以得出不同的Se值，代入上式，可得出一系列的q值。 繪制的q 1/ c的關(guān)系圖，圖中直線的斜率為Y值，截距為Kd值。思考題：推導(dǎo)L-M模式中有關(guān)的公式。活性污泥法動力學(xué)的主要公式:

39、Monod模式: 兩個基本方程： 推論一：高基質(zhì)濃度 推論二：低基質(zhì)濃度LM模式: 基本概念: LM模式的基本方程: 第二基本方程: 第一基本方程: LM模式的導(dǎo)出方程:第四導(dǎo)出方程: 第五導(dǎo)出方程: 第三導(dǎo)出方程: 第一導(dǎo)出方程: 第二導(dǎo)出方程: 活性污泥法反應(yīng)動力學(xué)的應(yīng)用例3：IAW的ASM系列活性污泥法動力學(xué)模型ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3；ASM11986年，Henze等人有機(jī)物氧化、硝化和反硝化作用，有機(jī)物易生物降解、緩慢生物降解溶解性、非溶解性；對活性污泥生物絮體的組成也作了定性劃分。結(jié)合生物處理基本原理，綜合考慮環(huán)境影響因素，以矩陣形式表述，便于計算機(jī)編程計算，還能給

40、出生化過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化的明確途徑，目前已發(fā)展成為國際上污水處理新技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計方法研究，以及計算機(jī)模擬軟件開發(fā)的通用平臺基于ASM 1開發(fā)的工藝軟件能有效地模擬實際污水廠的運行情況，尤其是市政污水處理系統(tǒng)的運行和設(shè)計。 ASM2、ASM2D1995年，Henze等人；ASM 2引入了聚磷菌，增加了生物除磷過程、厭氧水解、發(fā)酵及與聚磷菌有關(guān)的4個反應(yīng)過程，模型的復(fù)雜程度大大增加。1998年，又發(fā)表了ASM2D；將ASM2模型中的聚磷菌分成兩個部分，其中一部分可以進(jìn)行反硝化，即反硝化除磷細(xì)菌(Denitrifying Phosphorus-Removal Bacteria，簡稱DPB)。ASM31

41、999年，國際水協(xié)會(IWA)正式發(fā)布了IAWQ活性污泥模型ASM 3。修正了ASM 1的某些缺陷，增加了有機(jī)物在微生物體內(nèi)的貯存過程，將以水解反應(yīng)代表的衰減過程改為用內(nèi)源呼吸過程來解釋，從而更逼真地展示了衰減過程。將異養(yǎng)菌與硝化菌的衰減過程清晰地分開了，使得ASM 3的COD數(shù)據(jù)流比ASM 1簡單了許多。作業(yè)19、進(jìn)水條件和出水水質(zhì)要求相同時，如果單從反應(yīng)動力學(xué)的角度來考慮，采用推流式曝氣池和完全混合式曝氣池，哪種所需要的池容較小？21、吸附再生法中的吸附池與A-B法中的A段都可以稱為“吸附池”，試分析比較其異同之處。 15、（）試用動力學(xué)公式設(shè)計完全混合活性污泥法。廢水量為10000m3/

42、d，進(jìn)水溶解性BOD5為120mg/L，出水溶解性BOD5為7mg/L。為了確定曝氣池尺寸，選用污泥齡為10d，MLVSS為2000mg/L，試驗得到的動力學(xué)常數(shù)為Y=0.60mgVSS/mgBOD5，Kd=0.06d-1，Ks=60mg/L(BOD5)和vmax=5.0d-1。Zx5Om&DbUs0JhZy6On*EcUt1Ji#y7Po(EdVt2Ki!z8Qo)FdWu2Lj$A8Rp)GeWv3Mk$B9Rq-GfXw4Ml%BaSq+HgYw5Nl&CaTr0IgZx5Om&DbUs0JhZy6On*EcUt1Ji#y7Po(EdVt2Ki!z8Qo)FdWu2Lj$A8Rp)GeW

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