环境工程学(王玉恒)第3章第2(2)节活性污泥系统生物过程动力学

1,第二节好氧悬浮生长处理技术(二）活性污泥系统生物动力学方程（数学模型）,2,活性污泥系统的数学模型建立方法（补充）：把微生物动力学方程引入到活性污泥系统中，并结合系统的物料衡算。作用（补充）：指导活性污泥系统的设计和运行管理。,3,建立模型的假设:(1)曝气池处于完全混合状态。(2)进水中的微生物浓度与曝气池中的活性污泥微生物浓度相比很小，可以假设为零。(3)系统处于稳定状态（稳态反应系统）(4)二沉池中没有微生物的活动。(5)二沉池中没有污泥积累，泥水分离良好,4,输入速率输出速率转化速率=积累速率,某衡算对象的物料衡算式：,系统的物料衡算：划定衡算系统，确定衡算对象,稳态系统物料衡算,稳态系统：,积累速率=0,稳态反应系统：,输入速率输出速率转化速率=0,稳态非反应系统：,输入速率输出速率=0,5,完全混合活性污泥系统成为稳态反应系统的条件：1、进水量稳定，且进水中的污染物浓度一定；2、保持合适的温度及充足的溶解氧；3、及时回流污泥并排放剩余污泥（微生物的增殖部分）。,二沉池,曝气池,回流污泥,剩余污泥,出水,进水,完全混合活性污泥法的典型流程,6,进水：Q进水流量；S0进水有机底物浓度；X0进水微生物浓度曝气池：S曝气池有机底物浓度；X曝气池中微生物浓度（注意：挥发性悬浮固体浓度,MLVSS）；V曝气池体积；进入二沉池中的混合液物质组成与曝气池中混合液一致；回流污泥：R污泥回流比；XR回流污泥浓度（MLVSS)；剩余污泥：Qw剩余污泥排放量；出水：Xe出流水中带走的微生物浓度；S、X稳定不变。,S，X，V,二沉池,曝气池,回流污泥,剩余污泥,Qw，XR,出水,(Q-QW)，S，Xe,RQ，XR,Q，S0，X0,(1+R)QS，X,进水,完全混合活性污泥法的典型流程,7,劳伦斯-麦卡蒂数学模型,污泥泥龄：又称微生物平均停留时间，是指反应系统（曝气池）内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程上，就是指反应系统内总的活性污泥质量与每日排出的活性污泥质量之比。以C表示，单位为d。,（12-2）,思考：曝气池中活性污泥的总量一定时，污泥负荷越高，污泥泥龄越长还是越短？,8,根据上图及污泥泥龄的概念，得：,在一般条件下，Xe值可以忽略不计，上式可简化为：,应用时注意污泥浓度单位的统一,劳伦斯-麦卡蒂数学模型,9,【例】某活性污泥系统曝气池容积1000m3,污泥浓度MLSS=3000mg/L。若该系统污泥泥龄为10d，排放剩余污泥含水率为99%，密度为1000kg/m3，则每日排放的剩余污泥量(QW)是多少（m3/d）？,解：根据污泥泥龄的定义：,根据剩余污泥的含水率和密度，则每日排的剩余污泥体积为：,10,建立整个系统活性污泥（微生物）的物料衡算式：,进水及出水的微生物浓度可以忽略，于是上式变为:,（1）,劳伦斯-麦卡蒂数学模型,11,将微生物生长的基本方程,代入,并整理得：,Y活性污泥产率系数，kgVSS/kgBOD；Kd内源代谢系数；底物降解速率，kgBOD/(m3d)。,劳麦第一基本方程,（2）,劳伦斯-麦卡蒂数学模型,12,S，X，V,二沉池,曝气池,回流污泥,剩余污泥,Qw，S，XR,出水,(Q-QW)，S，Xe,RQ，XR,Q，S0，X0,(1+R)QS，X,进水,系统边界,以曝气池作为衡算系统，建立有机物底物的物料平衡:,（3-16）,（3）,数学模型,劳伦斯-麦卡蒂数学模型,式(3)与式（2）联立后，整理得：,13,全系统活性污泥的物料衡算式,曝气