活性污泥法反应动力学.docx

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一一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（firstorderreaction）;而当底物浓度处于中间范围时，反应是混合级反应（mixedorderreaction）当底物浓度增加时，反应由一级反应向零级反应（zeroorderreaction）过渡。

VVmaxSVmax—最大反应速度S—反应中底物浓度Km—米氏常数；表示反应KmS达到1/2Vmax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maxS［微生物比增殖速率：］单位质量微生物的增殖速率，T-1；Umax—微生物最大KsS比增殖速度，T-1Ks—饱和常数u=1/2umax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1dXmaxSXdtKSS假定U=rV，Umax=rVmax，贝UV—rmaxrKsSSVmaxKS丄dSXdt得Monod方程:dSdtXSKsSVmaxMonod方程的两个推论:①高底物浓度S》Ks,dSdtVmaxX，有机物降解速率=Vmax,与底物浓度无关，零级反应②低底物浓度S《Ks（如一般的城市污水）,dSVmaxdS^XSK2XS，有机物降解为一级axtJ肚淀池V$-*TAr1反应求解，t时间后混合液残留有机物浓度与初始浓度关系SS0e3、完全混合曝气池底物降解速率及动力学常数的确定-JQ有机物料平衡：S）QRQSe（QRQ）SeV——0dt•••完全混合曝气池中有机物浓度S与出水一致，•••可用dSXSe一Vmax~二dtKSSQ（s。

se）K2XSe或Se代替SQ（SSe）VXSoSextVmaxBOD污泥去除负荷率:BOD容积去除负荷率:NrVKsSS0SeXtS0SeSeNrs©SeS0XtSSK2SetS0（1©XtjSetSeVmaxKT^XSeKsS1vmaxK2XSeS01K2Xt有机物去除率1图解法求常数K2、o根据S^-SeXtS0SeSeS0Vmax、©Se,Ks1VmaxSeK2Xt1K2XtKsS0Se作Xt丄，作」vmaxS0Se关系图为通过原点的直线，斜率为SeSeK21k—关系直线，斜率为亠,纵截距为Vmax1ovmax三、有机物降解与微生物增殖1微生物增殖基本方程p111（4-17）单位曝气池容内活性污泥净增速度=合成速度-内源代谢速度:（：）gdXdX眛管eY（dS）uKdXVdtdtY—产率系数kgMLVSS/kgBODKd—活性污泥自身氧化率或衰减系数，池内每日微生物净增量=增长量-衰减量d-1XYQ（S0Se）KdVXVtYQ（S0和KdYNrsKd|XvV|XvVdSdTS0SeXt单位微生物的有机物利用率（底物比利用率）qNrs劳伦斯-麦卡蒂方程基本1XCXvV类型：第一基本类型YNrsKdYqKddSVmaxSXdtKSS第二基本类型q2、劳伦斯-麦卡蒂方程的推论与应用：①处理水有机底物浓度Se计算SeKs(gKd)Wax(；©)KS、Kd、Y、Vmax均为常数,Se仅为c的函数。

1推导：一YNrsKd1YVmaxcKdc两边乘以Ks+Se：整理后:SeKsSeYVmaxSecKdcKscKsYVmaxSecKdSeYVmaxcKdcSeKdKdcSecKsKsKdcKsSeKs1©cYVKcmaxd②反应器内活性污泥浓度XS0SeYVmaxKdc1推导过程:1得一Kdc-YNrscKdYXtKdYQS0SeVXKdYQS0Se两边乘以VX:VXKdYQSoSeSey—tS0Se1Kdc③回流比R与ec的关系:RXl，而XXrmax106SVI由上一节cVXQwXr，剩余污泥量=曝气池出来混合液中污泥量-回流污泥量即：QwXrQ(1R)XQRXr推得④完全混合式曝气池有机底物降解速度:dSQSoSeVUuDIXOVK2SfeXadt⑤活性污泥的合成产率Y与表观产率Yobs与et的关系：YObs1Kdc合成产率Y:增殖总量；表观产率Yobs：是实测产率或净增量(已除去内源呼吸死亡部分)2、剩余污泥量计算XYQ(S0Se)KdVXv四、底物降解与需氧P112曝气池总需氧速率=降解底物的氧化速率+自身氧化速率O2aQ(S0Se)bVXVkgO2/da'—去除单位底物的需氧量kgO2/kgBODdb—单位污泥自身氧化的需氧量kgO2/kgMLVSSda和b'的图解法求解自看P113。

一般生活污水的a在0.42~0.53b在0.188~0.11之间例题1、Q=10000m3/d,BOD5=200mg/L，曝气池污泥浓度MLSS=2500mg/L,MLVSS/MLSS=0.75;K2=0.02L/mgd，污泥沉降比SV=30%，采用完全混合活性污泥系统处理，处理出水为10mg/L,请计算①污泥容积指数，并判断污泥的沉降性能；②所需曝气池容积。