活性污泥反应动力学及其应用（二）

1、活性污泥反应动力学及其应用，水处理工程(2)，2.4活性污泥反应动力学及其应用，2.4.1概述2.4.2活性污泥反应动力学的基础2.4.3劳伦斯玛卡提模型的基本概念2.4.4劳伦斯玛卡提基本方程2.4.5劳伦斯玛卡提基本方程的应用2.4.6动力学参数的测定2.4.7例，1.活性污泥动力学主要研究几个因素之间的关系？2.建立monod模式的基础是什么？3.建立劳伦斯麦卡蒂模型所需的几个基本概念的含义是什么？4.劳伦斯麦卡蒂模型的第一个方程和第二个方程分别描述了几个因素之间的关系。5.劳伦斯麦卡蒂模型的基本方程主要用来求解哪些参数？6.如何确定动力学参数？出现在20世纪50年代和60年代。有机物降

2、解、污泥生长、耗氧量与各种设计参数、运行参数和环境因素之间的关系可用数学公式进行定量或半定量解释。这对工程设计和优化运行管理具有一定的指导意义。反应动力学研究的主要内容，研究化学反应速度与各种物理因素之间的定量关系，研究反应动力学的目的，选择合适的反应条件、反应器结构，确定某一反应的反应器尺寸和处理能力，总结在2.4.1中，考虑到活性污泥处理系统的工程实践要求，活性污泥反应动力学的研究重点是确定活性污泥反应速率与各种主要环境因素之间的关系。本研究的主要内容如下：1 .有机基质降解速率与有机基质浓度、活性污泥微生物生物量等因素的关系；2.活性污泥微生物生长速率与有机基质浓度、微生物生物量等因素的

3、关系。许多学者根据自己的研究成果，提出了描述上述两种关系的动态表达式。我们将主要介绍劳伦斯麦卡蒂模型。2.4.1概述，活性污泥动力学研究的主要内容，米氏(1913)，V酶反应速率；Vmax最大酶反应速度；基质浓度；千米米切里斯常数。2.1，活性污泥反应动力学的基础，2.4.2，纯酶单底物培养，Mono模式Monod，Mono在1942年和1950年进行了两次纯菌株单底物培养实验，并关联了特定微生物增殖速率与底物浓度的关系，如右图所示。活性污泥反应动力学基础，2.4.2，Mono发现微生物比增殖速率与底物浓度之间的关系与酶促反应速率与底物浓度之间的关系相同，因此提出了类似于Mimen方程的Mon

4、o模型，2.2，活性污泥反应动力学基础，2.4.2，微生物比增殖速率，d-1；最大微生物最大比增殖率d-1；硫溶液中限制微生物生长的基质浓度，毫克/升，克/立方米；单声道模式的、Monod、Ks饱和常数。也就是说，当矩阵浓度=ax/2时，它也称为半速常数，mg/L和g/m3。假设微生物的比增殖率()与底物的比降解率(v)成正比，即在公式中，底物的比降解率d-1；基质的最大比降解速率d-1。底物的比降解速率(v)可用Mono模型描述：对于废水处理，有机物的降解是其基本目的，因此公式2.3的实际意义更大，2.3，活性污泥反应动力学的基础，2.4.2。单一模型是通过单一基质的纯菌种培养试验获得的，而

5、活性污泥处理系统中的微生物是污水中各种属的微生物群和有机基质。活性污泥反应动力学的基础，2.4.2。20世纪70年代，劳伦斯等人将Mono模型引入废水生物处理领域，证实了该模型的完全适用性。活性污泥的动力学模型都是在完全混合曝气池的基础上建立的，经过改造后应用于推流式曝气池系统。活性污泥反应动力学模型是在理想条件下建立的，需要根据具体情况进行修正一般来说，建立活性污泥反应动力学模型的假设如下：2.4.2、1、活性污泥系统的运行条件处于稳定状态2、活性污泥在二沉池3中不产生微生物代谢活动、系统中不含毒性物质和抑制性物质4、进水底物浓度保持恒定5、所有可生物降解的底物均处于溶解状态，以及劳伦斯麦卡

6、蒂模型的基本概念。单位基质的比微生物增殖率()利用率(Q)，生物固体的平均停留时间(c)，2.4.3，劳伦斯-麦卡蒂、和劳伦斯麦卡蒂的污泥排放法，Q为废水流速；S0是废水基质的浓度(有机污染物)；Se是处理过的水的底物浓度；Xa是曝气池中微生物(活性污泥)的浓度；v是曝气池的容积；r是污泥回流比；Qw是污泥排放；Xr是二沉池底部的活性污泥浓度；Xe是处理过的水中活性污泥的浓度。传统的排泥方法和劳伦斯麦卡蒂推荐的排泥方法可以减少二沉池的负荷，有利于污泥浓缩，得到的回流污泥浓度更高。劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3，劳伦斯-麦卡蒂，微生物的特定增殖速率，劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3

7、，劳伦斯-麦卡蒂，当微生物生长的所有必要条件都满足时，对于一定的时间增量t，微生物浓度增量x，它与现有的微生物浓度x成正比，引入一个比例常数并取其极限值：微生物的特定增殖速率，2.4，劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3，劳伦斯-麦卡蒂，这里是微生物增殖-微生物的比增长率，d-1，单位重量微生物(活性污泥)的增殖率，表示为单位d-1，单位重量微生物的底物利用率，表示为q，单位d-1 (F/M？ )，单位底物利用率(也称为单位有机底物利用率)，2.5，劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3，劳伦斯-麦卡蒂，指微生物在反应系统中从其形成开始到排出系统的平均停留时间，即反应系统中所有微生物被更新一

8、次所需的时间。从工程角度来看，它是反应系统中微生物总量与每天排出的微生物残留量的比率。在c或ts中，单位是D.x每天从系统中排出的增殖微生物总量；微生物在镁X反应器中的浓度，毫克/升，生物固体的平均停留时间，(也称为细胞的平均停留时间，在工程中称为污泥龄)，劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3，2.6，劳伦斯麦卡蒂，两种不同污泥排放方法下生物固体的平均停留时间与微生物的比增殖率之间的关系？劳伦斯麦卡蒂模型的基本概念，2.4.3，劳伦斯-麦卡蒂，2.11，生物固体的平均停留时间和微生物的比增殖率之间的关系，1。第一个基本方程，在反应器中，微生物生物量因增殖而增加，因内源代谢而减少，其综合变化可

9、由以下公式表示：劳伦斯麦卡蒂基本方程，2.4.4劳伦斯麦卡蒂和劳伦斯麦卡蒂在1970年建立的活性污泥反应动力学方程的基础上，微生物增殖和有机底物的利用。劳氏-麦氏第一基本方程表达了生物固体的平均停留时间与产量、单位基质利用率和衰减系数之间的关系。劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.4，2.11。左右除以Xa，劳伦斯麦卡蒂的第一基本方程，劳伦斯-麦卡蒂的第二基本方程，2.4.4，劳伦斯-麦卡蒂，建立在Mono模型的基础上，提出有机基质的降解率等于微生物的利用率，即2，第二基本方程，2.5，劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.4。单位生物量最大最大底物利用率(在高底物浓度条件下)的半速率系数，其值等于底物

10、浓度，2.14，2.15，劳伦斯-麦卡蒂，劳伦斯-麦卡蒂的第二基本方程，劳埃-麦的第二基本方程表达了反应器中底物降解速率与微生物浓度和底物浓度之间的关系。劳伦斯麦卡蒂基本方程在6个方面的应用，2.4.5，劳伦斯-麦卡蒂，1。建立出水基质浓度与生物固体平均停留时间之间的关系；2.建立微生物浓度(X)和生物固体平均停留时间之间的关系。3.建立活性污泥回流比与生物固体平均停留时间之间的关系。总产量与表观产量的关系。碳值、硒值与E 6的关系。方程式的推论，劳伦斯麦卡蒂基本方程式的应用，2.4.5，2.16，劳伦斯1。建立处理水的底物浓度(Se)和生物固体的平均停留时间(c)之间的关系，这可以通过整理劳

11、麦的基本方程来获得。对于完全混合，应用劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.5，2.18，劳伦斯-麦卡蒂。2.确定微生物浓度(x)和生物固体的平均停留时间，对曝气池系统中的底物量进行物料平衡，并整理出平衡结果，得到：对于完全混合式，对系统中的生物量(x)进行物料平衡，并整理出平衡结果，得到：式中：Xr回流污泥浓度，其最大浓度(Xr)max可由下式估算：式中：SVI污泥指数。由上述公式计算的Xr值是近似值。此外，基于SVI计算的Xr值是MLSS，应该转换为MLVSS。劳伦斯麦卡蒂基本方程的应用，2.4.5，2.20，2.21，劳伦斯-麦卡蒂，3。建立活性污泥回流比(R)和生物固体平均停留时间(C)之间

12、的关系，产率是单位时间内微生物生长与底物降解的比率。表达式如下：由于微生物的内源呼吸和自氧化作用，测得的产量实际上低于Y值，即所谓的表观产量(Yobs)，应用劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.5，2.22，2.23，劳伦斯麦卡蒂，4，总产量(Y)和表观产量(Yobs)之间的关系，为了区分，总产量和表观产量之间的关系用以下公式表示：Yobs是一个重要参数，对设计和生产具有重要意义您可以通过调整c值来选择Yobs值。应用劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.5，2.24，劳伦斯-麦卡蒂、5，c值与Se值和e的关系，出水Se值随着c值的增加而降低，而去除率e值则增加。当c值低于某一值(c)min时，se值会

13、急剧上升，而e值会急剧上升。实际工程中存在一个(c)min值。(？)，应用劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.5，劳伦斯-麦卡蒂，E是有机污染物的去除率，污泥龄不能小于优势菌群的产生期，当c=(c)min，Se=So被代入下式：公式推导，劳伦斯麦卡蒂基本方程的应用，2.4.5，劳伦斯-麦卡蒂，2.28。活性污泥处理系统一般是低基质浓度，而在低基质浓度条件下，KsS，因此，S在上述公式中的分母可以忽略，应用劳伦斯麦卡蒂的基本方程，2.4.5，劳伦斯-麦卡蒂，众所周知，在完全混合的曝气池中，在稳定的条件下，下列公式成立：(2.32)方便地用来确定曝气池的容积(v)，2.32，和动力学参数的确定。动力学

14、参数Ks、vmax(qmax)、Y和Kd是模型的重要组成部分，通常由实验确定。2.4.6，取倒数，取不同的T值计算，并画出关系图、动力学参数测定，2.4.6，动力学参数测定，2.4.6，Y，Kd值，取不同的q1/c值，从而得到不同的Se BOD5=200mg/L；Xa=2000mg毫克/升；MLVSS=0.8毫秒；硒(BOD5)=10毫克/升；Y=0.5R=污水流量的3040%；k=0.1L/(mg . d)；Kd=0.1d-1，示例标题，2.4.7，要求用全混合活性污泥系统处理，并通过计算确定所需的全混合曝气池容积(v)；生物固体的平均停留时间(c)；当SVI在80160之间变化且不调整运行

15、(c)值时，确定其对治疗效果的影响。解决方案：根据公式(2.32)计算所需曝气池容积，根据公式(2.13)计算运行C，根据公式(2.21)计算Xr，当SVI为160和80时，确定SVI值变化对处理效果的影响：第一次按=2.5d，使用公式(。计算结果如下表所示：求解方程得到：q=0.86 d-1，然后计算不同条件下的Se值，例如当SVI值从80上升到160时，如果不调整C值，处理后的水质将超过要求的水质，不能满足规定的要求。用相同的方法计算不同条件下的硒值，列表如下(原题来源于废水生物处理工艺设计p138，邢健译，中国建筑工业出版社1984年8月第一版)，ok，Q为废水流量；S0是废水基质的浓度(有机污染物)；Se是处理过的水的底物浓度；Xa是曝气池中微生物(活性污泥)的浓度；v是曝气池的容积；r是污泥回流比；Qw是污泥排放；Xr是二沉池底部的活性污泥浓度；Xe是处理过的水中活性污泥的浓度。传统方式排泥，劳麦推荐：排泥，完全混合，应用劳伦斯玛卡提基本方程，2.4.5，推导，塞流积分，应用劳伦斯玛卡提基本方程，2.4.5，曝气池系统基质量物料平衡，劳伦