活性污泥反应动力学基础

一．基本概念和工艺流程（一）基本概念1．活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。

2．活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离，能使污水得到净化，澄清的絮凝体（二）工艺原理1．曝气池：作用：降解有机物（BOD5）2．二沉池：作用：泥水分离。

3．曝气装置：作用于①充氧化②搅拌混合4．回流装置：作用：接种污泥5．剩余污泥排放装置：作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的微生物量平衡。

混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。

二．活性污泥形态和活性污泥微生物（一）形态：1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm ②具有很大的表面积。

③含水率>99%,C<1%固体物质。

④比重1.002－1.006，比水略大，可以泥水分离。

3.组成：有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体Ma{微生物内源代谢，自身氧化残留物Me{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi无机物：全部有原污水挟入Mii（二）活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用1．细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性20-30分钟；2．真菌：丝状菌→污泥膨胀。

3．原生动物鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。

作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。

活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现，其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带柄固着纤毛虫。

☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。

4．后生动物：（主要指轮虫）在活性污泥处理系统中很少出现。

作用：吞食原生动物，使水进一步净化。

存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标志。

（三）活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长四个阶段：1．适应期（延迟期，调整期）特点：细菌总量不变，但有质的变化2．对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期）细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。

3．减速增殖期（稳定期或平衡期）细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。

2.1.5活性污泥法的动⼒学基础活性污泥法动⼒学研究的⽬的是：定量地研究微⽣物在⼀定条件下对有机污染物的降解速率，使污⽔处理在⽐较理想的条件下，达到处理效率，并且使得⼯艺设计和运⾏管理更加合理。

此外，通过动⼒学研究，明确有机物代谢和降解的内在规律，以便⼈们能够主动地对污⽔⽣物处理的⽣化反应速度进⾏控制，以达到处理的要求。

本书主要介绍了莫诺德⽅程和以此为基础建⽴的劳伦斯－麦卡蒂⽅程。

1、莫诺德⽅程该⽅程是莫诺德在1942年⽤纯种微⽣物在单⼀⽆毒性的有机底物的培养基上进⾏的微⽣物增殖速率和底物浓度之间的关系研究试验中得到的，并提出了与描述酶促反应速度与有机底物关系式类似的微⽣物增殖速率和底物浓度关系式，此后，他⼈进⾏的混合微⽣物群体组成的活性污泥对多种有机底物的微⽣物增殖试验，也取得了与莫诺德提出关系相似的结果，这说明莫诺德⽅程是适合活性污泥过程的。

要熟悉莫诺德⽅程的推导及推论，熟悉莫诺德⽅程中各常数的求解。

2、劳伦斯－麦卡蒂⽅程劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程是根据莫诺德⽅程建⽴的动⼒学关系式，仍是基于微⽣物的增殖和有机物的降解过程。

该⽅程强调污泥龄（即细胞停留时间）的重要性，由于污泥龄可以通过控制污泥的排放量进⾏调节，因此，劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程在实际应⽤中的可操作性强。

另外，由劳伦斯－麦卡蒂基本⽅程衍⽣的其他关系式可以确定曝⽓池出⽔有机物浓度、曝⽓池微⽣物与污泥龄的关系浓度，确定污泥龄与污泥回流⽐的关系，确定有机物在⾼浓度与低浓度时的降解关系，确定活性污泥表观产率与污泥产率的关系等等。

2.1.6活性污泥法的净化机理、过程及影响因素1、净化机理及过程⑴活性污泥中的微⽣物在酶的催化作⽤下，利⽤污⽔中的有机物和氧，将有机物氧化为⽔和⼆氧化碳，达到去除⽔中有机污染物的⽬的。

⑵净化过程活性污泥去除污⽔中有机物的过程⼀般分为三个阶段：①初期的吸附去除阶段在该阶段，污⽔和污泥在刚开始接触的5～10min内就出现了很⾼的BOD去除率，通常30min内完成污⽔中的有机物被⼤量去除，这主要是由于活性污泥的物理吸附和⽣物吸附作⽤共同作⽤的结果。

活性污泥计算公式微生物代谢1分解代谢（工作）C x H y O z+(X+y4−z2)O2酶→X CO2+y2H2O+∆H2合成代谢（繁殖）nC x H y O z+nNH3+n(X+y4−z2−5)酶→(C5H7NO2)n+n(X−5)CO2+n2(y−4)H2O+∆H3内源呼吸（老死）(C5H7NO2)n+5nO2酶→5CO2+2nH2O+nNH3+∆H混合液悬浮固体浓度（公式1）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS=Ma+Me+MiMa—具有代谢功能的微生物群体Me—微生物（主要是细菌）内源代谢，自身氧化的残留物，主要是多糖，脂蛋白组成的细胞壁的某些组分和壁外的粘液层Mi—由污水带入的难被细菌降解的惰性有机物Mii—无机物，由污水带入污泥沉降比SV混合液在量筒内静置30min后形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分数污泥容积指数—污泥指数SVI（公式2）曝气池出口处混合液，经过30min静置后每克干污泥形成沉淀污泥所占有的容积，以mL计SVI=混合液（1L）30min静沉形成的活性污泥容积（mL）混合液（1L）中悬浮固体干重（g）=SV(%)×10(mL/L)MLSS(g/L)污泥龄（公式3）θc=VX∆X=VXQ W X r+(Q−Q W)X e≈VXQ W X r=VXQ W1000SVI rθc—污泥龄（生物固体平均停留时间），dV —生物反应器容积，m³X —混合液悬浮固体浓度（MLSS）kg/m³X r—剩余污泥浓度，kg/m³X e—出水悬浮物固体浓度，kg/m³∆X—每日排出系统外的污泥量（即新增污泥量），kg/dQ W—作为剩余污泥排放的污泥量，kg/dQ —污泥流量，kg/dSVI—污泥容积指数r—修正系数，一般取值1.2BOD污泥负荷（公式4）1施加BOD—污泥负荷：生物反应池内单位质量污泥（干重。

13.3 活性污泥反应动力学及应用13.3.1 概述活性污泥反应动力学能够通过数学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系。

在活性污泥法系统中主要考虑有机物降解速度、微生物增长速度和溶解氧利用速度。

目前，动力学研究主要内容包括：（1）有机底物降解速度与有机物浓度、活性污泥微生物量之间的关系。

（2）活性污泥微生物的增殖速度与有机底物浓度、微生物量之间的关系。

（3）微生物的耗氧速率与有机物降解、微生物量之间的关系。

13.3.2 反应动力学的理论基础（1）有机物降解与活性污泥微生物增殖曝气池是一个完整的反应体系，池内微生物增殖是微生物合成反应和内援代谢两项胜利活动的综合结果，即：微生物增殖速率= 降解有机物合成的生物量速率—内源代谢速率式中，Y——产率系数，即微生物降解1kgBOD所合成的MLSS量，kgMLSS/kgBOD；K d——自身氧化率，即微生物内源代谢的自身减少率；对于完全混合式活性污泥系统，曝气池中的微生物量物料平衡关系式如下：每日池内微生物污泥增殖量=每日生成的微生物量—每日自身氧化掉的量∴式中，S0——原水BOD浓度；S e——处理出水BOD浓度；Q——日处理水量，m3/d；V——曝气池容积，m3；X——曝气池中污泥平均浓度，mg/L。

两边除以VX ，式子变为而q称为BOD比降解速率，其量纲与污泥负荷相同，单位一般用kgBOD/（kgMLSS?d）表示。

即，θc为泥龄。

可见高去除负荷下，污泥增长很快，导致排泥加快，污泥龄就短，生物向不够丰富，因此原水的可生化性要好。

对于一个稳定的反应体系，Y、K d是常数，可以设计实验获得。

一般生活污水类水质，Y=0.5~0.65，K d=0.05~0.1；部分工业废水的Y、K d值见设计手册。

（2）有机物降解与需氧量同样，曝气池内，因为降解有机物，就要消耗溶解氧O2，同时微生物内源代谢也消耗溶解氧。