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实验四 活性污泥生化反应动力学系数测定实验一、实验目的1、 观察完全混合活性污泥处理系统的运行，掌握活性污泥处理法中控制参数（如污泥负荷、泥龄、溶解氧浓度）对系统的影响；2、 加深对活性污泥生化反应动力学基本概念的理解；3、 掌握生化反应动力学系数K 、Ks 、Vmax 、Y 、Kd 等的测定。
二、实验原理活性污泥好氧生物处理是指在有氧参与的条件下，微生物降解污水中的有机物。
整个过程包括微生物的生长、有机底物降解和氧的消耗，整个过程变化规律如何正是活性污泥生化反应动力学研究的内容，活性污泥生化反应动力学内容包括：（1）底物的降解速度与有机底物浓度、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、活性污泥微生物量之间的关系； （3）有机底物降解与氧需。
1、底物降解动力学方程Monod 方程：SKs S V dt dS+=-max（1） Vmax-------有机底物最大比降解速度，Ks-----------饱和常数，在稳定条件下，对完全混合活性污泥系统中的有机底物进行物料平衡：0)(=++-+dtdSVSe Q R Q Se Q R Q So （2） 整理后，得dtdSV Se So Q -=-)( （3）于是有SKs SV Xt Se So XV Se So Q +=-=-max)( （4） 而M F XtSeSo XV Se So Q /)(=-=-，F/M 为污泥负荷。
完全混合曝气池中S=Se ，所以（4）式整理后可得max11max V Se V Ks Se So t X +=- （5）（5）式为一条直线方程，以Se 1为横坐标，XtSeSo -（污泥负荷）为纵坐标，直线的斜率为max V Ks ，截距为max1V ，可分别求得max V 、Ks 。
又因为在低底物浓度条件下，Se<<Ks ，所以有Se K KsSeV Se Ks Se V dt dS ==+=-max max （6） 即 KSe XtSeSo =- （7）以Se 为横坐标，XtSeSo -（污泥负荷）为纵坐标，可求得直线斜率K 。
活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法反应动力学可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、作用与各项设计污泥增长、耗氧等参数、运行参数以及环境因素之间的关系。
它主要包括：① 基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系；②微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；③ 还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。
在建立活性污泥法反应动力学模型时，有以下假设：① 除特别说明外，都认为反应器内物料是完全混合的，对于推流式曝气池系统，则是在此基础上加以修正；②活性污泥系统的运行条件绝对稳定；③二次沉淀池内无微生物活动，也无污泥累积并且水与固体分离良好；④ 进水基质均为溶解性的，并且浓度不变，也不含微生物；⑤系统中不含有毒物质和抑制物质。
、活性污泥反应动力学的基础一一米一门公式与莫诺德模式1、米一门公式Michaelis —Me nto提出酶的“中间产物”学说，通过理论推导和实验验证，提出了含单一基质单一反应的酶促反应动力学公式，即米一门公式：V m ax SK^ S式中：V ——酶促反应中产物生成的反应速率；V max——产物生成的最高速率；K m ――米氏常数（又称饱和常数，半速常数）；S 基质浓度。
中间产物学说：E S ES E P米门公式的图示:2、莫诺德模式① 莫诺德模式的基本形式：Mo nod 于1942年和1950年曾两次进行了单一基质的纯菌种培养实验，也发现了与上述酶促反应类似的规律，进而提出了与米门公式想类似的表达微生物比增殖速率与基质浓度 之间的动力学公式，即莫诺德模式：m axSK s ~~S式中：dxdt / x ――微生物的比增殖速率，kgVSS/kgVSS d ；S 反应器内的基质浓度，mg/l ；K s ――饱和常数，也是半速常数。
随后发现，用由混合微生物群体组成的活性污泥对多种基质进行微生物增殖实验, 得了符合这种关系的结果。
浅谈好氧活性污泥法在污水治理中的应用随着城市化程度的不断深化，人口压力的逐步提高。
我国环境污染的情况也越来越严峻。
党和国家已经将环境保护确立为我国的基本国策之一。
目前，按照要素分类，环境污染主要包括大气污染、水体污染和土壤污染。
针对水体污染的治理，直接关系到人民群众的用水健康和环境的可持续发展。
传统的污水处理方法，较难直接分解污染物，残留量较高，容易造成二次污染；同时，成本较高，设备较为复杂。
而欠发达地区通常使用的方法是利用自然水体的自身净化能力对受到污染的水体进行净化，这种方法对自然环境的破坏较大，过多依赖水体的自然净化能力，不符合可持续发展的战略目标。
而新兴的微生物活性污泥法，因为其设备简单，投资较低，污水净化效率高，二次污染少等优势，得到了广泛的应用与认可。
并在实践中不断发展。
一、水体自净和活性污泥法自然界中的水体是存在自我净化的能力的。
当水体中存在一些有机污染物的时候。
水中的浮游生物、紫外线照射等影响因素就可以使有污染性的有机物转变为无害的简单物质。
使水体质量恢复到受到污染之前的水平。
这就是水体自净。
但是，水体自净是存在一个污染浓度的上限的。
也就是说，自然界的水体存在一定的自净容量。
超过自净容量的水体污染就不能被水体的自净能力所消化。
因此，自净容量就是指在水体正常生物循环过程中能够净化有机污染物的最大数量。
基于以上思路，我们可以人为扩大水体的自净容量。
这就引出了活性污泥法在污水处理中的应用。
活性污泥法，是利用活性污泥中的好氧生物，对污水中的污染物进行氧化还原。
使之变为无害化产物的过程。
将曝气池与二次沉淀池进行串联，并且将污泥管与之回联。
使得二次沉淀池中沉淀的污泥回流到曝气池中。
使这些污泥以及其中的活性成分能够在曝气池中起到凝聚、吸附的作用。
同时，其中的微生物能够使曝气池中的有害化学成分进行氧化分解。
这就是活性污泥法的基本原理和概念。
二、活性污泥法的基本原理活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的一类好氧生物处理方法，生物絮体称活性污泥。
活性污泥法的基本原理一．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，使曝气池内的微生物量平衡。
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。
第四章污水的生物处理（一）——活性污泥法教学要求1)掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理；2)理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、θc、容积负荷、污泥产率等；3)理解活性污泥反应动力学基础及其应用；4)掌握活性污泥的工艺技术或运行方式；5)掌握曝气理论；6)熟练掌握活性污泥系统的计算与设计。
第一节活性污泥法的基本原理一、活性污泥处理法的基本概念与流程活性污泥：是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体。
活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。
实质：人工强化下微生物的新陈代谢(包括分解和合成)，活性污泥法的工艺流程：1)预处理设施：包括初次池、调节池和水解酸化池，主要作用是去除SS、调节水质，使有机氮和有机磷变成NH+4或正磷酸盐、大分子变成小分子，同时去除部分有机物。
2)曝气池：工艺主体，其通过充氧、搅拌、混合、传质实现有机物的降解和硝化反应、反硝化反应。
3)二次沉淀池：泥水分离，澄清净化、初步浓缩活性污泥。
生物处理系统：微生物或活性污泥降解有机物，使污水净化，但同时增殖。
为控制反应器微生物总量与活性，需要回流部分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是为了接种，排放剩余污泥是为了维持活性污泥系统的稳定或MLSS 恒定。
二、活性污泥的形态和活性污泥微生物1 活性污泥形态（1）特征1)形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。
2)颜色：正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。
3)理化性质：ρ=1.002~1.006，含水率99%，直径大小0.02~0.2mm，表面积20~100cm2/mL，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。
其固相组分主要为有机物，约占75~85%。
4)生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。
（理解：自我繁殖、生物吸附与生物氧化）。
活性污泥法的反应动力学原理及其应用活性污泥法（activated sludge process）是一种常见的生物处理废水的方法，广泛应用于污水处理厂。
它的反应动力学原理涉及到生物物理和化学反应过程，其应用可以有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。
接触氧化污泥法是将污水与活性污泥充分接触，通过氧化降解有机物。
在这个过程中，有机物首先被吸附到污泥团聚体的表面，然后被微生物降解。
微生物通过对有机物进行代谢，产生酶来催化有机物的降解。
反应过程中，溶解氧和微生物是限制因素。
溶解氧的供应主要通过曝气作用，污水中的氧被转移到活性污泥颗粒上，为微生物呼吸提供氧气。
间歇氧化污泥法是将污水与活性污泥进行间歇接触和氧化降解。
在间歇氧化污泥法中，活性污泥以混合液的形式存在，定期进入污泥沉淀池进行沉淀。
通过周期性地供氧和去除微生物产物，可以提高微生物的降解效率。
间歇氧化污泥法可以减小活性污泥容积，减少处理设备和设备的尺寸。
活性污泥法的应用非常广泛。
首先，它可用于去除污水中的有机物。
微生物通过分解有机物来获取能量，降解有机物为二氧化碳和水，从而达到去除有机物的目的。
其次，活性污泥法也可用于去除污水中的氮和磷。
氮有机物在细菌的作用下，先转化为氨氮，然后转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
磷则被微生物分离吸附到活性污泥中。
最后，活性污泥法还可用于去除重金属和其他有害物质。
然而，对于有害物质的降解程度则受到微生物菌群的结构和活性因素的限制。
除了以上应用，活性污泥法还可用于废水的预处理、提高水体的自净能力、生物氮除磷等。
此外，活性污泥法还可以与其他处理方法结合使用，如沉淀、过滤和气浮等，以更好地达到废水处理的目的。
总之，活性污泥法是一种基于微生物代谢的处理方法，通过微生物的作用和生物反应动力学原理，可以有效去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，具有广泛的应用前景。
活性污泥法水处理过程的反应动力学研究随着工业和城市化的发展，人们对于水的需求越来越高，同时，水污染也变得越来越严重。
为了保障人民健康和维护生态环境，水处理成为至关重要的问题。
活性污泥法是一种常用的水处理方法，也是较为有效的污水处理技术之一。
反应动力学研究是活性污泥法水处理过程的重要组成部分，本文将从反应动力学的角度探讨活性污泥法水处理的研究现状及未来发展趋势。
一、活性污泥法的工艺原理和优势活性污泥法是一种将生物技术应用于水处理的方法，主要利用微生物对污水中的有毒有害物质进行降解，从而实现排放标准的水质。
其中，活性污泥是通过让微生物在一定温度、pH值、搅拌条件下生长繁殖形成的。
该方法在研究和应用中不断地被改进和完善，现已成为一种稳定、节能、环保的高效水处理工艺。
活性污泥法具有的优势主要包括以下几点：1. 处理能力强。
活性污泥法能够同时处理多种污染物，将多种有机物转化为无机物，消除氨氮及硝酸盐等有害物质。
同时，活性污泥法的处理效率很高，可将有机物质降解至90%以上。
2. 适应性强。
活性污泥法可适用于多种污染物类型及浓度，适应性广泛。
通过调节污泥的数量、质量、新陈代谢和清除机能，能够处理不同种类何浓度的废水。
3. 运行费用低。
相比于其他的水处理工艺，活性污泥法的运行费用较低，并且处理效果稳定可靠。
此外，工艺过程中能够利用氧气和碳源，从而达到省能减排的目的。
4. 适用范围广。
活性污泥法可广泛应用于染料、电镀、造纸、农业等行业的水处理问题。
二、活性污泥法水处理过程的反应动力学研究活性污泥法经过多年的应用和研究，涵盖了处理剂量、污泥浓度、温度、pH 值、水质、紫外线辐照等众多因素。
其中，反应动力学研究最为重要。
反应动力学以重心反应动力学和区域反应动力学为主要研究方法，可以通过实验及建模进行研究。
重心反应动力学的研究方法主要基于化学反应速率法，以化学反应中活性物质的浓度为研究对象，将废水的水质状况与活性污泥的活动状况作为反应动力学的研究对象，在探讨废水对活性污泥的影响、污泥流出指数、反应动力学常数等方面有较为广泛的应用。
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。
4-2活性污泥法反应动力学一、概述 研究目的：定量或半定量地揭示系统内有机物降解、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；研究内容:（1）基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系； （2）微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系； （3）还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。
模型假设:①曝气池为完全混合式； ②在稳定状态下； ③进水和出水无微生物；④二沉池中微不发生微生物对有机物的降解； ⑤底物浓度用可降解的有机物浓度表示； ⑥温度不变，进水有机物成分性质不变 二、有机底物降解动力学 1、米氏方程1913年，德国化学家Michaelis 和Menten 根据中间产物学说对酶促反映的动力学进行研究，提出表示整个反应中底物浓度和反应速度关系公式——米氏方程。
在酶促反应中，在低浓度底物情况下，反应相对于底物是一级反应（first order reaction ）；而当底物浓度处于中间范围时，反应是混合级反应（mixed order reaction ）。
当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应（zero order reaction ）过渡。
maxm v S v K S=+ V max —最大反应速度。
S —反应中底物浓度。
K m —米氏常数；表示反应达到1/2V max 的底物浓度，mol/L ，由酶的性质决定，与酶的浓度无关。
2、Monod 方程1942年Monod 在纯培养的单一底物的试验中发现微生物的增殖速度与底物浓度之关系符合米氏方程。
max S S K Sμμ=+ 微生物比增殖速率：单位质量微生物的增殖速率，T -1；u max —微生物最大比增殖速度，T -1。
K S —饱和常数u=1/2u max 时的底物浓度，或称半速率常数。
S —有机底物浓度。
1950年采用异养微生物群体(混合培养)和单一基质的试验，提出微生物比增长速率max 1S S dXX dtK Sμμ==+假定u=rv ，u max =rv max ，则maxmax 1S S S S dSv v r r K S K S X dtμμ====-++ 得Monod 方程：max S dSXSv dtK S-=+Monod 方程的两个推论： ①高底物浓度S 》K S ，max dSv X dt-=，有机物降解速率=v max ，与底物浓度无关，零级反应。
