服装成本核算

当代给水与废水处理原理安徽理工大学地球与环境学院高良敏博士、教授第八章活性污泥法§8—l活性污泥法的基本概念§8—2CSTR型活性污泥法§8—3CSTR型活性污泥法的设计§8—4活塞流型活性污泥法§8—5硝化§8—6污泥氧消化反应器§8—7活性污泥数学模型§8—l活性污泥法的基本概念废水混合液反应器（需氧生物氧化）二次沉淀池（固液分离）处理后废水混合作用废弃污泥回流污泥沉淀污泥废弃污泥氧源分散空气或氧气图8-1活性污泥法基本流程图1．基本流程§8—l活性污泥法的基本概念(1)发生需氧生物氧化过程的反应器。这是活性污泥法的核心部分。(2)向反应器混合液中分散空气或纯氧的氧源。(3)对反应器中液体进行混合的设备或手段。(4)对混合液进行固液分离的沉淀池，把混合液分成沉淀的生物固体与经处理后的废水两部分。(5)收集二次沉淀池的沉淀固体并回流到反应器的设备。(6)从系统中废弃一部分生物固体的手段。图形说明：§8—l活性污泥法的基本概念2．废水处理中的“微生物”术语及其定量表示方式在“微生物”以及由它构成的复合术语中，“微生物”本身并不具有严格的涵义，只有从它所描述的现象和有关术语的来源中，才能找出它们所指的具体内容。近年来，MLVSS在测定过程中仍然免不了包括一些并无生命活动的有机固体，所以用MLVSS米表示混合液中微生物的含量仍然有误差，因而主张采用只有活的生物才具有的脱氧核糖核酸(DNA)的含量来表水混合液中的微生物量。然而，DNA的测定技术很复杂，在废水处理工程中很难普及，除非特殊研究需要，目前在废水处理中仍多以MLVSS来表示微生物的含量。涵义：§8—l活性污泥法的基本概念3．活性污泥法中的生物动力学参数在活性污泥法中用混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS代表细菌浓度x，并改用大写X表示。因为在活性污泥法中的微生物是采用自然选样即“适者生存，不适者死亡”的方式培养的，所以在混合液中的多种细菌和多种有机物底物之间，势必一一相对应地存在着Monod关系式。这样，当用MLVSS代替总的活细菌浓度和用BOD代替总的有机物底物浓度时，其总结果也应当仍然符合单一底物和单一菌种间所存在的基本关系。§8—l活性污泥法的基本概念单一底物和单一菌种间的Monod关系式，即式（7-9）：sKmax))(1(dtdxxxkdtdx故得又因为式中，k为常数，以式(6—22)代入上式得xkdtdxdtdy废水中第i种底物与第j种细菌的关系如下(8-1)：ijijixkdtd结论证明：§8—l活性污泥法的基本概念jikx·x代入式(8—1)得：iiijijixkxkkdtd(8-2)如果假定各种底物的值基本一样,则将各种底物的方程(8—2)相加起来后可得下列入程式：jkxkdtid(8-3)又因活细菌的浓度x=ψδ(MLVSS)。又以BOD5或BODL代替ρ则式(8—3)可与成下列形式：·)(dMLVSSkdt假定废水中有机物成分不变，那么，可进一步假定每种细菌在全部细菌总浓度x中所占的比例也不变，即：§8—l活性污泥法的基本概念比较式(8—4)及式(8—1)可以看出，用MLVSS代替活细菌浓度，BOD代替有机物浓度的结果。仍然符合单一底物与单一菌种间存在的基本关系(8—1)。同样，也可以采用MLSS来替代活细菌的浓度。因为测定MLSS比MLVSS简单一些，以后公式都是以x代表MLSS。可得到下列一组方程：XKRmaxg0gYRRbX0gRYRG式中(8-5)两边除以x,则得比增殖率rg的表达式为：KrXRggmaxrg=§8—l活性污泥法的基本概念§7-5引人了有效系数E所得通量的关系式(7—31)。通量的单位为质量每时间·面积，如果单位面积不论，则有有机物的去除速率dρ/dt，得出：KXrEomaxR0=KXrEgmaxRg=KXkoR0=KXkgRg=这样单一限制底物浓度ρ及单一菌种浓度x的dρ/dt及dx/dt通过对于ρ及x涵义的改变及有效系数E的概念，最后变成R0和Rg的表达式(8—13)及(8—14)。§8—l活性污泥法的基本概念在这种新关系下，仍然得到下列式子：bXRYOGRg=上式子中的YG及b具有新的涵义。在活性污泥法中，当有机物浓度ρ相对于饱和常数K较小时，式(8—10)近似于一级反应方程式：·romaxKrg=Kckenfelder将r0max/K称为平均反应速率系数Ke：KromaxKe=有关上述的各生物动力学参数均可采用如图7—3所示的恒化器求得。§8—l活性污泥法的基本概念本课在讨论时虽然以BODL代表有机物浓度，MLVSS代表微生物浓度，但试验时，有机物浓度P可以用BODL,BOD5,COD或其它方法表示，微生物浓度可以用MLVSS、MLSS或其它方法表示。表8—2、表8—3分别为所收集到的活性污泥法处理废水的生物动力学参数。表8—220℃时生活污水的生物动力学常数mgCODmmVSSYG/dmgVSSmgCODk/0LmgK/*b/d-10.35~0.450.05~0.106~825~100*K值基准为COD§8—l活性污泥法的基本概念表8—3混合培养物Monod方程参数值maxss废水类别/h-1/mg.L-1值基准生活污水0.16~0.422~60COD生活污水0.55120BOD5家禽废水3500BOD5大豆废水0.5355BOD5纺织废水0.2986BOD5§8—l活性污泥法的基本概念(1)底物的代谢速率取决于系统的生物动力学条件。(2)生物絮体的沉降和浓缩性能活性污泥系统要求产生沉降和浓缩性能良好的生物絮体，以保证有足够高浓度的回流污泥和满足要求的低悬浮物含量的出水。(3)传氧的限制活性污泥系统是利用需氧微生物来处理废水的，这些微生物需要有机底物、溶解氧和其它一些营养物以维持生命活动，4．活性污泥系统性能的控制因素§8—2CSTR型活性污泥法1．基本方程式图8—2CSTR型的活性污泥法系统§8—2CSTR型活性污泥法进入反应器的原废水流量为Q，其中有机物浓度为ρi、细菌质量浓度为Xi。回流比为R，流量Q与沉淀池回流流量RQ汇合后进入反应器。回流中的有机物浓度为ρμ细菌质量浓度为Xu反应器中由空气或纯氧进行曝气，其容积为V，有机物及细菌浓度分别为ρ和X。废弃污泥流量为Qw，由反应器的出水中排出，其中所含有机物及细菌浓度也和反应器内的浓度一样，分别为ρ和X。由反应器出水中废弃污泥也和由反应器中直接废弃污泥的效果完全一样，如图中虚线所示。图形说明：§8—2CSTR型活性污泥法按8—l符号，以R0、Rg分别表示反应器容积内以BODL，表示的有机物去除速率从以MLSS表示的细菌增殖率，根据公式写出容积V内的有机物及细菌的物料衡算方程式，得出下列两个基本关系：Qρi+RQρμ+VR0=(1+R)Qρ+Vdρ/dtQXi+RQXμ+VRg=(1+R)QX+VdX/dt在稳定状态下，dρ/dt及dX/dt等于零，因此得，Qρi+RQρμ+VR0=(1+R)QρQXi+RQXμ+VRg=(1+R)QX稳定状态这一假定很重要，下面的许多公式和有关的参数都是在这一假定上建立起来的。§8—2CSTR型活性污泥法2．细菌的平均停留时间θc和增殖率Rg细菌总量每日从系统中流走的活反应器中的活细菌总量θc=MCRT也称为污泥停留时间(SRT)。固体停留时间(solidsretentiontime)或简称污泥龄(sludgeage)。按图8—2的废弃污泥位置，θc可表示为：iewwQXXQQXQVX)(θc=当无回流，当Qw＝0时得：QXVXθc===QVMCRTθc的定义为：§8—2CSTR型活性污泥法当忽略式(8—22a)及式(8—23a)中的(Q-Qw)Xe-QX1项时，则分别得下列θc的简化公式：XQVXwθc===QVmQQXQVXwθc=利用θc的表达式，可从稳定状态的式(8—20)推导出细菌的增殖率Rg和θc的关系。由于式(8—20)中Xi《Xu，可以忽略Q及Xi项。得出下列关系：]1[RXXRVQ）（Rg=进行一系列推算，得出：]1[）（eWWXQQXQQVQRg=XVXXQQXQeWW·])([=§8—2CSTR型活性污泥法比较上式即可得出下列重要关系：CWXVXQRg=仿照式(8—8)得比增殖率rg公式为：CWgVQr1当由沉淀池底排走Qw时，按照同样的推导过程可得出下列类似关系：CWWXXVXXQVXQRg=CWgVXXQr1§8—2CSTR型活性污泥法污泥龄是活性污泥法设计和运行的重要参数。它起了代替另一个习用的参数食料与微生物量比F／M，或称食料与生物量比的作用。F／M定义为每天对单位挥发性悬浮固体质量所施加的有机物量，用下式计算：VXQMFiF／M虽然也称为单位质量的负荷率(unitmassloadingrate)．但它的单位实际是d-1，恰好是污泥龄量纲的倒数。另外，F／M参数不像MCRT那样，没有在稳定条件下才能使用的限制，用起来似乎简单一些，这就是一些使用者所强调之处。§8—2CSTR型活性污泥法3．θc和有机物的去除速率R0])1([1])1([RRRRVQiiRg=式中代表V／Q，可称反应器的名义水力停留时间。ρi、ρu与ρ均按有机物的BODL计。ρu约等于ρ。在二沉淀池中，对于溶解性的有机物(包括胶体物质)，则不存在沉淀的问题，也不会有浓缩的现象。因此，底流中有机物浓度ρu应该基本上和近水的有机物浓度相等。这样上式可化为：)(iRg=利用式(8—22b)，可由式(8—31a)得到θc和有机物的去除速率R0的关系式：）iWcQQ(Rg=§8—2CSTR型活性污泥法产率因数Y与污泥龄θc间也存在一个简单的关系：bXRYOGRg=gORR由下式；Y1gRX==θc代入上式整理得CGGYbYY11这样就可以根据式子绘成一条直线，从而求出Yg和b的值。4．θc和产率因数Y§8—2CSTR型活性污泥法5．反应器中有机物浓度ρ和微生物浓度XbKkYXRoGCg1bXKXkYoGRg=由上式可解出有机物浓度ρ的表达式：)1()1(ccoGcbkYbK化简后得：1coGkYK§8—2CSTR型活性污泥法微生物浓度X的表达式：CXbXRYOG关系代人上式得:bXYiGCX由上式得出反应器中细菌质量浓度X的表达式：c·)(·1icciGYbYRg==X=§8—2CSTR型活性污泥法由本章公式可知,活性污泥法的试验就是求出有关废水处理的b、K、Yc、K0四个动力学参数，从式(8—34)看出，当分母趋近于零时，反应器的有机物浓度ρ趋近于无穷大，相应的极小值为：bkYoOc1minρ不可能超过ρi变成无穷大，解释：在污泥龄θcmin保持为进水ρ1的值，即实际上未来得及发生生化过程。在这一θcmin值时，相应地出现了最小的X值，由式(8—35)可看出，当ρ=ρi时X＝0，说明细菌尚未增殖。6．讨论§8—2CSTR型活性污泥法θc必须大于θcmin否则反应器不能起到去除有机物和增殖细菌的作用。虽然θc小于θcmin时也可以算出Y值来，但由于小于θcmin的θc值实际上不对能存在，所以相应的Y值也是不存在的。图8-3、8-4及8-5分别用具体数据表示了上面所分析的各种情况。图8-3CSTR的出水BODL-θc曲线总结：§8—2CSTR型活性污泥法图8-4CSTR的出水MLSS-θc曲线图8-5Y-θc曲线§8—3CSTR型活性污泥法的设计1．确定最短的污泥龄θcmin并选用θc设计值)(minKbkYKoCc得出θcmin后，即可按的条件θcθcmin，选用几个设计的值，进行下列一系列计算。根据计算结果，最后进行比较选择。最短的污泥龄为：§8