《废水生物处理》(第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器).ppt

1、、废水生物处理、东南大学研究生课程教学：李先宁，本章建立单一CSTR微生物生长模型。 有生物量回流和无生物量回流两种方式，可用于了解系统自身的运行情况。 为简便起见，模型仅限于需氧异养微生物，有一盏茶的矿质营养物，可生物降解的可溶性有机基质为生长受限基质(COD单位)。 经过一些修改，本章的模型适用于厌氧和缺氧不同的养护微生物和好氧养护微生物，具有普遍意义。 第六章单级连续搅拌式生物处理反应器、单级连续搅拌式反应器(CSTR )是生物处理中最简单的反应器，用于活性污泥、好氧池、好氧消化、厌氧消化和生物法去除营养物质等。 6.1 CSTR基本模型、6.2基本模型的扩展、6.3生质能源回流和排出方

2、式、6.4模型预测CSTR运转性能、6章单段连续搅拌式生物处理反应器、6.5活性污泥模型(ASM )的介绍、 6.1 CSTR基本模型第6章单级连续搅拌式生物处理反应器、反应器容积v、入水产水量f，其中仅含有非抑制性和溶解性的生物降解性有机物，浓度为ss0 (用cod表示)。 水中含有一盏茶的矿质营养物，有机基质是微生物生长的限制因素。 浸水的产水量、浓度、pH、温度、其他环境条件等保持一定。 第6章单级连续搅拌式生物处理反应器、6.1 CSTR基本模型、反应器内，异养微生物利用基质生长，生质能源增加至XB、h，基质浓度降低至SS。 微生物群随着生长和云同步的衰退，XD显示微生物残留物浓度。

3、第6章单级连续搅拌式生物处理反应器、6.1 CSTR基本模型、反应器有两个流出，因为反应器是完全混合式的，所以其流出所含的溶解性成分均与反应器内相同。 流出的产水量为FW，微生物浓度以及残留物浓度与反应器内相同。 另一方的流出产水量是F-FW，用一方的分离器除去悬浮物质后排出，将分离的悬浮物质再次返回反应器。 第6章单级连续搅拌式生物处理反应器、6.1 CSTR基本模型、停留时间定义为某成分在系统停留的平均时间。 CSTR反应器有2种成分： (1)溶解性的用s表示；(2)粒子性的用x表示。 这些个的停留时间不一定相同，需要分别定义。 第6章单级连续搅拌式生物处理反应器，6.1.1停留时间的定义

4、如下： (1)溶解性成分在反应器中的停留时间等于平均水力停留时间，即(2)粒子性成分可以通过物理方法从水流中分离，例如过滤或沉淀，可以利用该特征控制反应器的排出。 隔膜使粒子物质的滞留时间比溶解物质长。 第六章单级连续搅拌式生物处理反应器、6.1.1停留时间的定义是：、SRT， 反应器中粒子物质总量与单位时间粒子物质排放量之比，即(6.1 )粒子物质浓度XW等于反应器中的浓度x，方程可以简化： (6.2)SRT的基本定义采用质量流率而不是体积流量。 第6章单级连续搅拌式生物处理反应器，6.1.1停留时间的定义，比较6.2和，fw越接近f，SRT也越接近HRT。 因此，如果反应器中没有隔膜，则S

5、RT和HRT相等。 第6章单级连续搅拌式生物处理反应器，6.1.1停留时间的定义：式中，CA0输入水中的a浓度； c、a通过生物分离器浓度(相对于溶解性物质，CA和CSTR的a浓度相同； 粒子物质等于零。 )； rA参与的所有反应速度之和。用CA表示CSTR反应器中a成分的质量浓度时，质量平衡方程式为：第6章单级连续搅拌式生物处理反应器，6.1.2模型形式：(6.4 )，对于CSTR，应列举至少3种成分的质量平衡方程式：基质浓度SS、活性异养微生物XB，h和微生物残留物XD。 另外，还需要列举氧平衡方程式。 这有四个质量平衡方程。 考虑到质量平衡方程的数量，它所反映的不同类型的过程和不同类型的

6、成分可以知道系统需要什么样的信息，而所有反应物的下落一目了然。 第6章单段连续搅拌式生物处理反应器，第6章单段连续搅拌式生物处理反应器，表6.1好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计算残奥参数，XB，h，XD，SS，6.1.2模型形式，表6.1表示了上述质量平衡方程式所需的反应速度ri项的相关信息。 表中的各项表示与反应相关的各成分的化学计算系数，以COD单位表示，氧以负的COD表示。 表右侧一栏的各项表示过程反应速度，ri为过程j的反应速度，下标h表示该残奥表适用于异养微生物。 第六章单级连续搅拌式生物处理反应器，、6.1.2模型形式、质量平衡方程式的各成分的速度方程式，可在各自的反应生

7、成物乘以表中的对应的化学计算系数后进行相加。 1、活性微生物XB，h受到两个过程的影响，总过程速度可以将反应速度的项与表中XB，h列的对应系数相乘并脚丫子，即第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：(6.5 )， 6.1.2模型形式、微生物生长速度、mgCOD(L.h )反应器内的活性异养微生物浓度比生长速度系数h-1微生物阻尼系数、h-1、式中、质量平衡方程式的各成分的速度方程式可在将其产生的各种反应生成物乘以表中的对应的化学计算系数后相加。 2、因为只有微生物衰减产生了细胞球残留物，所以第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.6，3，溶解性有机物只是受到微生物生长过程的影响：(6.7 )， 在

8、6.1.2模型形式中，式中，细胞球残留物生成速度、mgCOD(L.h )活性生物量中能够形成细胞球残留物XD的比例、式中溶解性有机物的分解速度、mgCOD(L.h )的异养型微生物的真正的生长比率用COD表示，质量平衡方程式的各成分的速度方程式对应于由此产生的各种反应生成物4、氧的含量与两个过程有关，因此反应速度包括两个部分，用COD表示：第6章单级连续搅拌式生物处理反应器：(6.8)，氧用需氧量表示，氧在反应中被消耗。 乘上式，(6.9 )、6.1.2模型形式，式中，氧的消耗速度，mgCOD(L.h )、稳定条件下浓度的微分值为零，质量平衡方程式简化：第6章单级连续搅拌式生物处理反应器： 将

9、微生物的生长速度代入该质量平衡方程式，假定水流和水流中不含微生物即浓度为零(CA0都为零)，得到的：6.1.3溶解性有机物浓度和生质能源，通过(6.10 )，(6.11 )整理简化得到：(6.12 )，方程式的重要性： 1，稳定状态下的比工程师可以通过控制生物污泥排放量FW来调节固体滞留时间SRT，从而控制微生物的生长速度。 2 .微生物比增长速度与基质浓度相关。 这表明，通过控制微生物在反应器中的固体滞留时间SRT，技术人员可以控制水中有机物浓度。 3 .微生物比生长速率与水力停留时间HRT无关。 只有在反应器没有分离器的情况下，HRT才会影响微生物的稳态生长，SRT等于HRT。第6章单级连

10、续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，为了计算CSTR反应器内和其流出中的基质浓度，需要知道与SS的函数关系。 代入第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，(6.13 )后，由上式可知，基质浓度只与SRT有关，与入水浓度没有关系。 式中，SS反应器内基质浓度的固体停留时间或细胞球平均停留时间简称为SRT微生物的最大比生长速度，这意味着在各个CSTR中必须存在基质以维持微生物的生长。 因此，维持微生物生存的最小基质浓度，即无限大时，可以由式6.13得到：第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，(6.14 )，式

11、中，能够达到的最小基质浓度由生物分解动力学残奥仪决定，即被分解用单一CSTR反应器处理一定浓度的废水时，需要与SSmin值进行比较。 废水浓度低于SSmin值时，单个CSTR反应器不能满足要求，需要采用其他形式的反应器。 第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，6.14，反应器内的基质浓度和入水浓度相等的情况下，微生物的生长速度最大：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，6.1.3， 6章单级连续搅拌式生物处理反应器(6.15 )，因此，在与式6.12的式6.15相等的情况下，最小固体停留时间SRT，即第6章单级连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度

12、和生质能源，最小SRT也称为生质能源流出点，实际的SRT在此在流出点，生物没有生长，基质没有被利用，反应器内和其出水浓度都与入水浓度相等，也就是说工艺没有发挥作用。 理论上CSTR反应器中不存在最小HRT。 这是因为微生物从流出水分流回到反应器，保持大的SRT的话，微生物可以维持生长。 但是，实际上HRT小的情况下非常危险。 如果HRT较小，微生物分离器存在问题，流出微生物浓度与反应器内的微生物浓度相等，如果SRT与HRT相等，工艺就失灵。 另外，如果反应器发生故障，除非再次投入生质能源，否则难以重启。 因此，为了安全应该保持HRT大。 第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机

13、物浓度和生物量，6.1.3.1个CSTR，体积8L，内有微生物，矿质营养物为一盏茶，间甲酚是唯一的碳源，其浓度在COD中表示为200mg/L，相关动力学残奥表第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，表E6.1生长动力学残奥和化学计算系数(进水SS0=200mg/L，COD计)，例子6.1.3.1 a，反应器的最大允许流速为多少，流速最大的情况下，HRT为方程式6.16可以求出：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，因此，最大容许产水量为，F=8.0L/5.36h1.49L/h，的例子6.1.3

14、.1 b，反应器产水量为1.0L/h，剩余污泥排放量为0.5 首先，用式6.2计算SRT :第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：(COD计)，用例6.1.3.1 c，CSTR处理后，m甲酚能达到的最低浓度是多少可以用式6.14计算：第6章单段连续搅拌式生物为了达到，COD计)低的水浓度，需要采用其他类型的反应器。 以溶解性物质为基质时，反应器中的悬浮固体仅含有活性微生物XB、h和微生物残留物XD种。 分别计算他们的浓度。 微生物的生长从基质的利用开始，生质能源可以通过基质的质量平衡方程式来计算。 6.10可以获得：第6章单级连续搅拌式生物处理反应器：、(6.17 )，调整后：(6.18 )、式

15、6.12世代为上式，第6章单级连续搅拌式生物处理反应器：、17，第6章单级连续搅拌式生物处理反应器：、12世代为上式， 6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，6.19，(6.20 )，该方程式表示活性生物量与SRT和HRT有关系。 此外，从整理方程式可知，在SRT值一定的情况下(决定SS值的情况下)，XB、h的乘积为常数：即，在SRT和产水量一定的情况下，每单位时间除去的化学基质量不变化，不会产生一定数量的微生物。 如果反应器的体积一定，SRT也一定，随着产水量的增大，反应器内的微生物量必须提高，保证相应的基质被除去。 因此，生质能源需要成比例地增加。 方程表明，有微生物回流的稳态CSTR的运行性能与HRT无关。 当HRT变化时，反应器内的微生物浓度也随之变化，维持一盏茶数量的微生物，排出与SRT相应的出水浓度。 第6章单段连续搅拌式生物处理反应器：6.1.3溶解性有机物浓度和生物量，微生物量的单位形式依赖于生长比