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13.2、活性污泥反应动力学基础•一、概述•1、基本假设•建立在完全混合式曝气池为基础的动力学方程的四大假设：•①活性污泥运行系统条件绝对稳定•②活性污泥在二沉池中量不变，而且没有代谢作用•③活性污泥系统中没有毒物质和抑制物质•④进入曝气池的原污水中不含活性污泥22、重点问题•①ν与S、X等因素之间的关系；•②μ与S、X等因素之间的关系；•③OUR与ν、X等因素之间的关系。3二、反应动力学理论基础•1.有机物降解与微生物的增殖•活性污泥微生物增殖是细胞合成与内源代谢同步进行的结果。•单位曝气池内活性污泥净增殖速度为：•(dx/dt)g＝(dx/dt)s－(dx/dt)eVdugXKdtdSY−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=⎟⎠⎞⎜⎝⎛dtdX则基本方程为：4•活性污泥微生物在曝气池中的每日净增量•∆X=YQSr—KdVXV•式中∆X：活性污泥微生物净增殖量，kg/d；•QSr：每日有机物降解量，kg/d•VXV：曝气池内，混合液中挥发性悬浮固体总量kg/d•∴1/θc＝Yq－Kd•－－劳伦斯－麦卡蒂基本方程5dsdxdtdsdtdxY==//•产率系数Y是活性污泥微生物摄取、利用、代谢单位重量有机物而使自身增殖的重量，•实测的产率系数YobsY，因为实测的产率系数没有包括由于内源呼吸作用而减少的那部分微生物质量。经过实验和理论整理的到：CdobsKYYθ+=1通常是：通过调整污泥龄，选定表观产率系数。总产率系数Y和表观产率系数Yobs6•直接氧化分解+合成后再内源呼吸降解•－－两部分需氧•故其需氧量为：O2＝a′QSr＋b′VXv•a′值：对生活污水为0.4～0.53。•b′值：介于0.11～0.188之间。2.有机污染物降解与需氧7三、莫诺特(Monod)方程式•法国学者Monod于1942年采用纯菌种在单一底物的培养基稀溶液中进行了微生物生长的实验研究，并提出了微生物生长速度和底物浓度间的关系式。•1.公式SKSs+maxμμ＝•式中：•µ为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度；•µmax为微生物最大比增长速度；•Ks：饱和常数•S：底物浓度。SkSvvm+=max米－门公式：8•2.讨论9完全混合系统的物料平衡3.应用10•在稳定条件下，曝气池内有机底物物料平得到：0)(QS0=++−+dtdSVSRQQRQSeedtdSSe－）即：=−VQ(S0SKSvs+=maxv而：dtdSX1v－义有：按比降解速度的物理意=SKXSvs+=−∴maxdtdS111)(XSXVQ(SNBODmax00rsLLvSKSvtSSeseee=+=−=−=∴）容积去除负荷•当SKs时：v=k2•S(2)SkXSNe20rsLLL⋅=−=∴tSe124.常数k2、Vmax及Ks的确定方程建立，其中yS,XSye0aXXtSe==−=式由SkXSN1)20rs⋅=−=tSe•从污水厂中得到S0、Se、X及t等各项，列表作图，得到直线的斜率即为K2。Se(mg/L)tSeXS0−k2，低底物浓度条件下13•2)求vmax、KseseeSKSvtS+=−max0XS由maxmaxmax011SX:vSvKSvSKSteseese+⋅=⋅+=−倒数maxmax011SX:vSvKStese+⋅=−即bvabaxSStee==+==−=maxmaxs01vKy1XSXy，，其中建立，，令143.3、活性污泥系统及其运行方式•1、、曝气池的作用及分类•作用：实现充氧、有机物降解（BOD的降解）•分类：•1）从混合液流态分：•推流式、完全混合式、循环混合式•2）从形状分：•长方廊道形、圆形、环状跑道形、方形•3）从曝气方式分：鼓风曝气、机械曝气•4）从与二沉池关系分：合建式、分建式一、概述151、鼓风曝气•池型式基本是：廊道式•曝气池数目、规模：由流量决定•通常按单元进行设计：一个单元由1-4个廊道组合而成•池结构尺寸：•廊道长度L：50-70m，L/B≥5-10•深度H＝3-5m，超高≥0.5m16172、曝气池的流态•1）推流式流程图18型式•廊道式：•单廊道式•双廊道式•多廊道式192）完全混合式曝气池•型式：方形、圆形、平行渠道20二、曝气池的构造•必须满足曝气充氧、充分混合的要求•构造决定于：曝气方式、所采用的曝气装置•根据所采用的曝气方式不同分别介绍：•1）鼓风曝气式•2）机械曝气式•3）转刷、转碟、转盘曝气211、鼓风曝气•池型式基本是：廊道式•曝气池数目、规模：由流量决定•通常按单元进行设计：一个单元由1-4个廊道组合而成•池结构尺寸：•廊道长度L：50-70m，L/B≥5-10•深度H＝3-5m，超高≥0.5m222324廊道顶部•A、主要考虑设空气管道和配水槽•B、空气管道和配水管都应安设在沟槽内•沟槽也可充当配水槽，并盖上盖板，供人通行•沟槽底部应按纵向设以坡度，以便排水252627底部•1）考虑坡度≥2/1000，并设坡向放空管•2）距池底一定距离（1/2或1/3处），设2-3根排水管•3)放空管、排水管直径大约：DN80-10028进出水装置进水方式出水方式292、机械曝气•叶轮式：出水回流污泥进水导流筒叶轮303、转刷、转碟、转盘曝气•环槽式曝气池（氧化沟）原污水转刷曝气器表面曝气器处理水（去二沉池）31廊道式转刷曝气池：•水深H＝2~4m•宽度B＝H32三、活性污泥系统设计•1、曝气池主要设计内容：•有效容积V；•需氧量O2；供气量GS；•池型及其各部分尺寸的确定33曝气池容积等计算公式公式符号说明E=Sr×100％/S0E－去除率V＝QSr/XVNs＝QSr/NVV－曝气池有效容积X’=fXVf－系数，0.7～0.8tm=24V/Qtm－曝气时间342、曝气系统的设计•曝气方式的选择•曝气系统的布置•对于鼓风曝气：空气管路的布置；鼓风曝气设备的选择、空气扩散装置的确定的布置353、二沉池的设计•1)二沉池的特点：•ML的污泥浓度X较高；污泥有絮凝作用并成层沉淀；•AS质量轻，νmax水平，u上升比初沉池小；•二沉池污泥浓缩作用，要求适当提高污泥斗的容积。•2)常用型式：辐流式36污泥斗容积•污泥斗容积的计算•污泥排放量()XRRrXrXXQXRsV+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛⋅+⋅+=12414V'bVXaQSXXr−=Δ=Δ374、污泥回流系统•由Q、H确定•回流泵的选择•是否设回流泵房、泵房的型式、尺寸、布置•回流设备：•污泥泵－螺旋泵、轴流泵、潜污泵•空气提升器－适用于小型污水处理厂38污泥回流井（潜污泵）39四、AS系统的运行方式•推流式、完全混合式•阶段曝气活性污泥法•吸附再生活性污泥法•延时曝气活性污泥法•高负荷•纯氧曝气•潜层低压曝气法•深井曝气法401、推流式（传统AS工艺）DO监测仪供需氧速率供氧速率需氧速率曝气过程412、完全混合式423、阶段曝气434、吸附－再生法445、延时曝气法•适宜：对出水水质要求高的场合。•如氧化沟、A/O法和A2/O工艺等。•优点：•①BOD-SS负荷非常低，曝气时间长，硝化效果好•②活性污泥长期处于内源呼吸期，剩余污泥量少而稳定，无需再进行厌氧消化•③不需设初沉池•缺点：•①池容大、负荷小、曝气量大、•②占地面积和动力消耗大，投资与运行费用高。45作业•6.推导污泥龄和污泥负荷之间的关系，并阐述通过排泥来控制活性污泥法污水处理厂运行的原因？•7.Monod方程在完全混合活性污泥系统中的应用，根据活性污泥系统稳定运行的数据，经物料平衡推求动力学参数K2,Ks,vmax。46•8.活性污泥系统中二沉池的设计，曝气池进水的流量为800m3/h，X＝2000mg/L，回流污泥浓度为8000mg/L，试求：①按表面负荷q＝1.0m3/(m2•h)，计算二沉池面积；②计算系统回流比；③贮泥时间为2h，计算污泥斗容积？