水污染控制工程第六章反应动力学方程
《水污染控制工程》课程设计
沈阳化工大学《水污染控制工程》课程设计题目：城镇污水处理厂工艺设计——活性污泥法院系：环境与安全工程学院专业：环境优创班级：0901学生姓名：王希鹏指导教师: 范文玉2012年8月23日目录第一章绪论 (3)第二章常见污水生物处理的工艺 (3)一、活性污泥法 (3)1。
1 SBR法 (3)1。
2 CASS法 (4)1。
3 AO法 (4)1.4 AAO法 (5)1.5 氧化沟法 (6)二、生物膜法 (6)2.1 生物滤池 (6)2.2 生物转盘 (7)2。
3 生物接触氧化法 (7)三、厌氧生物处理法 (8)四、自然条件下的生物处理法 (9)4。
1 稳定塘 (9)4。
2 土地处理法 (9)第三章污水处理流程 (9)一、格栅 (10)二、泵房 (10)三、沉砂池 (10)四、沉淀池 (12)五、曝气池 (13)六、二沉池 (14)七、污泥浓缩池 (14)第四章构筑物的计算 (14)一、设计参数 (14)二、设计计算 (15)第五章设计总结 (17)参考文献 (18)第一章绪论随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高，用水紧张和污水排放的问题已越来越突出.目前，我国城镇大部分的生活污水采用直接排放的方式，没有采取应有的治理措施,加重了对环境的污染。
在国家可持续发展的新政策下,环境保护已受到各级政府和全国人民的重视，对污水进行彻底的治理以保护人类赖以生存的环境的重要性越来越大，高效节能的城市污水处理技术与工艺已能为国民经济的发展起到较大的推动作用.建立城镇污水处理厂对改善城镇水环境,保障城镇经济发展起着举足轻重的作用。
随着经济的发展，城市化进程的不断加速，人口和经济增长、粗放型发展模式、无组织大面积排施污染物、污水处理率偏低,以及牺牲环境和资源去追求眼前利益等，均是造成水污染日趋严重的原因。
大量未经充分处理的污水被用于灌溉，已经使农田受到重金属和合成有机物的污染。
据农业部在占国土面积85%的流域内,通过372个代表性区域取样调查,发现全国粮食总量的1/10不符合卫生标准。
(作业解答提要)2014-水污染控制工程
(1) 微生物的营养 (2) 温度 (3) pH 值 (4) DO (5) 有毒物质
5、某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器中进行处理，反应不可逆， 符合一级反应，V=kSA，K=0.15 d-1，求当反应池容积为 20 m3，反应效率为 98％时， 该反应池能够处理的污水流量为多大？ 解答：设 Q 为污水流量，S 为底物浓度：则 Q*S=20*v=k*S*20 则:Q=20k=0.15*20=3m3/d Q(实)=Q/98%=3.06 m3/d
厌氧生物处理：在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳 定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、 转化为简单的化合物，同时释放能量。适用于有机污泥和高浓度有机废水（一般 BOD5≥2000mg/L）。
2、简述发酵和呼吸的区别。 解答：根据氧化还原反应中最终电子受体的不同，分解代谢可分成发酵和呼
2. 解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。 解答： 污泥泥龄即生物固体停留时间，其定义为在处理系统（曝气池）中微生物的
平均停留时间。在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生 物量的比值。
活性污泥泥龄是活性污泥处理系统设计\运行的重要参数。 （1）在曝气池设计中的活性污泥法，即是因为出水水质、曝气池混合液污 泥浓度、污泥回流比等都与污泥泥龄存在一定的数学关系，由活性污泥泥龄即可 计算出曝气池的容积。 （2）在剩余污泥的计算中也可根据污泥泥龄直接计算每天的剩余污泥。 （3）在活性污泥处理系统运行管理过程中，污泥泥龄也会影响到污泥絮凝 的效果。 （4）污泥泥龄也有助于进步了解活性污泥法的某些机理，而且还有助于说 明活性污泥中微生物的组成。
水污染控制工程
Water Pollution Control Engineering
目录
第一章 绪论 第二章 物理法
第一章 绪论
第三章 废水生物处理概念和生化反应动力学基础第二章 污水的好氧活性污泥法 第四章 好氧生物处理——活性污泥法
第五章 好氧生物处理——生物膜法
第三章 污水的好氧生物膜法
第六章 污水的其他好氧生物处理 第七章 厌氧生物处理
第一章 绪论
1.1 水资源及其循环 1.2 水污染的来源及其危害 1.3 污水水质与水污染控制标准 1.4 水体自净与水环境容量 1.5 水污染控制的原则与方法
1.1 水资源及其循环
1.1.1 水资源
a) 全球水资源
地球上的总水量约为 13.6×108km3
海洋水占97.212％； 淡水占不足3％； 对人类生活和生产活动关系密切
1.3 污水水质与水污染控制标
准
1.3.2 水污染控制标准
标准编号
标准名称
备注
GB/T14848— 1993
地下水质量标准
CJ/T206—2005
城市供水水质标准
CJ 3020—93
生活饮用水水源水质标准
GB50282—1998
城市给水工程规划规范
GB/T50102— 2003
工业循环冷却水处理设计规范
如采矿和冶炼是重金属的最主要的污染源。
1.3 污水水质与水污染控制标准
➢生物性指标
细菌总数：反映了水体受细菌污染的程度。 大肠杆菌：大肠菌群作为最基本的粪便污染指示菌群。
细菌总数不能说明细菌的来源，必须结合大肠菌群数 来判断水体污染的来源和安全程度。 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接反 应有肠道病菌 (伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。
(全部作业)水污染控制工程
第1章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础1、简述好氧和厌氧生物处理有机污水的原理和适用条件。
2、简述发酵和呼吸的区别。
3、Monod方程和Michaelis-Menten的异同点和方程式中各参数的意义。
4、影响微生物生长的环境因素有哪些？5、某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器中进行处理，反应不可逆，符合一级反应，V=kS A，K=0.15 d -1，求当反应池容积为20 m3，反应效率为98％时，该反应池能够处理的污水流量为多大？第2章活性污泥法1.活性污泥法有哪些主要运行方式？各种运行方式有何特点？2.解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。
3.二沉池的功能和构造与一般沉淀池有什么不同？在二沉池中设置斜板为什么不能取得理想的效果？4.活性污泥法处理系统的设计、运行和管理中对系统产生重要影响的因素有哪些？5.简述活性污泥膨胀的原因及控制策略。
6.城市污水厂流量Q=6000m3/d，进水BOD5=200mg/L,出水BOD5=25mg/L，曝气池容积1000m3, MLVSS=3g/L，活性污泥合成系数Y=0.4(mgVSS/mgBOD5), 活性污泥内源代谢系数K d=0.06d-1，计算该活性污泥系统泥龄θc。
7.石油加工废水进水量100m3/h。
曝气池进水BOD5为300mg/L。
出水BOD5为30mg/L，混合液污泥浓度为4g/L。
曝气池曝气区有效容积为330m3。
求该处理站的活性污泥负荷和曝气池容积负荷？8.已知曝气池的MLSS浓度为2200mg/L，混合液在1000mL量筒中经30min沉淀的污泥量为180mL，计算污泥指数，所需的污泥回流比及回流污泥浓度。
补充：9. 生活污水BOD5浓度为200mg/L,处理水量为5000m3/d，拟采用活性污泥法处理，要求出水BOD5的浓度达到《污水综合排放标准（GB8978-1996）》一级排放标准（≤20 mg/L）。
水污染控制工程第六章
形成与成 熟后
生物膜的厚度由于微生物不断增殖而不断增加，在增厚到一定程度 后，在氧不能透入的里侧深部就会转变为厌氧状态，形成厌氧性膜 。
这样，生物膜便由两层组成，即好氧层和厌氧层。好氧层的厚度一 般为2mm左右，有机物的降解主要是在好氧层内进行。
综上所述，减缓生物膜的老化进程，不使厌氧层过分增长，加快好氧膜的更新， 并且尽量使生物膜不集中脱落是提高生物膜法污水处理技术的有效途径。
水污染控 制工程
二 生物滤池
污水长时间的以滴状喷洒在块状滤料层的表面上，在污水流经的表面上就 会形成生物膜，待生物膜成熟以后，栖息在生物膜上的微生物就会摄取流经 污水中的有机物作为营养，污水从而得负荷生物滤池的流程系统系负统荷（生物1）滤是池应处用理比系较统广，泛这的种高系
统有利于生物膜的接种。促进生 物膜的更新。生物滤池出水直接 向滤池回流；由二次沉淀池向初 次沉淀系池统回（流2生）物的污高沉负。荷此生外物，滤 初沉池池的系沉统淀应效用果也由比于较生广物泛污。泥处 的注人理而水有回所流提滤高池。前，可避免加
水污染控 制工程
当厌氧层还不厚时
厌氧层与好氧层平衡与稳定的关系 能够保持，此时，好氧层能够维持 正常的净化功能
当厌氧层逐渐加厚 到一定程度后
其代谢产物逐渐增多，这些产物会向 外侧逸出，透过好氧层。这时候，好 氧层的生态系统的稳定状态就会遭到 破坏，这两种膜层之间的平衡关系被 打破
另一反面，由于气态代谢产物的不断逸出，生物膜在滤料(载体、填料) 上的固着力被减弱，这种状态下的生物膜叫做老化生物膜。
给水排水物理化学第六章课件讲解
1/ 2
k
k
三、二级反应
反应的几种情况： 1） 2A P 2）A+B P 3）aA+bB P
只讨论1）以及2）A、B初始浓度相同的情况
2A P
t =0 cA,0
t
cA
dcA dt
kcA2
11 kt
cA cA,0
t1/ 2
1 cA,0k
半衰期与初始浓度成反比。
四、零级反应
AP t =0 cA,0 t cA
V
(NO2
)
c2(NO2 ) t2Δt 趋于无限小时的平均速率的极限值。
1 N2O5(CCl4 ) 2NO2 (CCl4 ) + 2 O2(g)
V
(N2O5
)
dc(N2O5 dt
)
V
(NO2
)
dc(NO2 dt
)
1 V (N2O5 ) 2V (NO2 )
d ln k dT
Ea RT 2
ln k2 k1
Ea R
1
T2
1 T1
k A e Ea / RT
ln k Ea ln A RT
A —指前参量，频率因子 Ea—实验活化能，单位为kJ·mol-1,当温度变化范围 不大时，可视为与温度无关
只有（1）符合阿累尼斯经验公式
对于可逆反应
k1 A e Ea1 / RT
第三节 反应速率与浓度的关系
1.反应级数
基元反应
aA+bB gG+dD
质量作用定律 v kca (A)cb(B)
反应速率常数 k
反应总级数
ab
a、b反应分级数
化学反应
2NO+2H2 N2+2H2O
水污染控制工程第六章 化学氧化还原
水合肼及铁屑等。 电化学法(电解)
电解槽的阳极可作为氧化剂，阴极可作为还原剂。
光化学法（光辐射或放射性辐射强化氧化过程）
紫外线、放射线(α、β、X射线等)等可强化废水的氧
化过程，使氧化效率提高。目前多处于试验研究阶段。
第六章 化学氧化还原
8
水污染 控制工程 Ⅰ
（4）处理方法和药剂选择原则
① 处理效果好，反应产物无毒无害，不需进行二次处理。 ② 处理费用合理，所需药剂与材料易得。
6
水污染 控制工程 Ⅰ
(2) 影响处理能力的动力学因素
① 反应剂和还原剂的本性 ② 反应物的浓度 ③ 温度：温度升高，速度加快， 可由阿仑尼乌斯公式计算； ④ 催化剂及某些不纯物的存在 近年来异相催化剂(如活性炭、粘土、金属氧化物等)在水 处理中的应用受到重视； ⑤ 溶液的pH值 影响途径：
例如：MnO4-中的Mn7+接受电子后还原成Mn2+。
第六章 化学氧化还原
11
水污染 控制工程 Ⅰ
常用的药剂氧化法分类
空气(及纯氢)氧化法 臭氧氧化法
氯氧化法
高锰酸盐氧化法 光辐射或放射性辐射强化氧化过程
第六章 化学氧化还原
12
水污染 控制工程 Ⅰ
6.2.2 空气氧化法
即利用空气中的氧气氧化废水中的有机物和还原性物质。 特点： 电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧 化还原电位与pH值有关，降低pH值，有利于空气氧化。
第六章 化学氧化还原
5
水污染 控制工程 Ⅰ
(1)基本原理
应用标准电极电位E0，还可求出氧化还原反应的平衡常数 K和自由能变化△G0，判断反应在热力学上的可能性和进 行的程度：
同济大学水污染控制工程章反应动力学
01
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02
同济大学水污染控制工程章反应动力学概 述
定义和概念
同济大学水污染控制工程章反应动力学：研究水污染控制工程中化学反应动力学的过程和规律 反应动力学：研究化学反应速率和反应机理的科学 水污染控制工程：研究水污染防治和治理的工程技术 同济大学：位于中国上海市，是一所综合性研究型大学，在水污染控制工程领域具有重要地位
实验数据：记录反应时间、 反应速率、产物浓度等
实验分析：分析实验结果， 得出结论
实验改进：根据实验结果， 提出改进措施
数据采集和处理
实验设计：确定实验目的、实验对象、实验 条件等
数据采集：使用仪器设备进行数据采集，包 括水质、反应速率、反应产物等
数据处理：对采集到的数据进行处理，包括 数据清洗、数据转换、数据整合等
数据分析：对处理后的数据进行分析，包 括趋势分析、相关性分析、回归分析等
结果展示：将分析结果以图表、文字等形式 展示，便于理解和交流
结果分析和解释
实验目的：研究水污染控制工程章反应动力学
实验方法：采用实验法，包括实验设计、实验操作、数据处理等
实验结果：得出了反应动力学方程，验证了理论模型的准确性 解释：实验结果证明了水污染控制工程章反应动力学的有效性，为实际应 用提供了理论依据
实验误差和可靠性
实验误差来源：仪器误差、操作误差、环境误差等
实验误差控制：采用标准方法、多次测量、校准仪器等
实验可靠性评估：通过重复实验、对比实验、交叉验证等方法进行评估
实验误差和可靠性对实验结果的影响：影响实验结果的准确性和可靠性，可能导致错误 的结论和决策
06
同济大学水污染控制工程章反应动力学的 数值模拟方法
数值模拟的实现过程
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微生物的生长规律与生长环境
• 微生物的生长规律 • 微生物的生长规律一般以生长曲线来反映。 • 停滞期 • 对数期 • 静止期 • 衰老期
微生物的生长规律与生长环境
• 微生物的生长环境 • 微生物的营养 • 温度 • pH值 • 溶解氧 • 有毒物质
反应速度与反应级数
• 反应速度 • 在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细 胞的增加量。 • 在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或细胞的增加来表示生化反应速 度。
• 中间产物学说 • 举例说明
米歇里斯－门坦方程式
• 1913年前后，米歇里斯和门坦提出了表示整个反应中，底物浓度与酶 促反应速度之间的关系式，称为米歇里斯－门坦方程式，简称米氏方 程式，即：
• 式中：v－酶促反应速度；
vmax－最大酶反应速度；
ρS
－底物浓度；
Km－米氏常数。
• 此式表明，当Km和vmax已知时，酶反应速度与酶底物浓度之间的定量关 系
反应速度与反应级数
米歇里斯－门坦方程式
• 一切生化反应都是在酶催化下进行的 • 酶促反应受多种因素的影响 • 底物浓度对酶反应速度的影响
• 底物足够，不受其它因素影响时，酶浓度与反应速度 之间的关系？
• 底物不够，底物浓度与反应速度之间的关系？
米歇里斯－门坦方程式
• 底物浓度对酶反应速度的影响 • 一级反应 • 零级反应
莫诺特方程式
• 微生物增长速度和微生物本身的浓度、底物之间的关系是废水生物处理的一个重要课 题
• 莫诺特方程式
• 微生物比增长速度
max
s Ks
s
dx / dt x
• 产率系数
莫诺特方程式
• Vx：微生物增长速度 • Vs：底物降解速度
• 底•物q比：降底解Y物速比度降解d速度x dx / dt v x v x / x ds ds / dt vs vs / x q
废水的好氧生物处理和厌氧生物处理
废水的厌氧生物处理
废水的好氧生物处理和厌氧生物 处理
• 废水的厌氧生物处理 • 厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有 机物的生物处理方法。 • 特点：不要氧源、反应速度慢、产气（CH4） • 厌氧生物处理方法：化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、UASB
反应速度与反应级数
• 反应级数 • 反应速率通常可以写成幂乘积的形式，各浓度的方次称为各浓度的分级数，反应 的总级数为反应各浓度分级数的总和。 • 反应级数的大小表示浓度对反应速率影响的程度，级数越大，则速率受浓度的影 响越激烈。
• 一级反应
反应速度与反应级数
• 二级反应
反应速度与反应级数
• 零级反应
米歇里斯－门坦方程式
• 由上式得：
• 该式表明，当vmax/v=2或v=1/2vmax时，Km=ρS，即Km是v=1/2vmax时的底物浓度，故 又称半速度常数。
米歇里斯－门坦方程式
• 废水生物处理工程中，米氏方程的应用 • 微生物的浓度代替了酶浓度
• 米氏常数的意义及测定 • 意义：特征常数；最适底物（天然底物）；1／ Km • 测定：双倒数作图法
第六章 废水生物处理的基本概
念
和生化反应动力学基
• 废水的好氧生物处理和厌氧生物处理 • 微生物的生物规律和生长环境 • 反应速度和反应级数 • 米歇里斯－门坦方程式 • 莫诺特方程式 • 废水生物处理工程的基本数学模式
础
废水的好氧生物处理和厌氧生物
处理
• 微生物的新陈代谢 • 新陈代谢：微生物不断从外界环境中摄取营养物质，通过生物酶催化的复杂生化 反应，在体内不断进行物质转化和交换的过程。 • 分解代谢：分解复杂营养物质，降解高能化合物，获得能量； • 合成代谢：通过一系列的生化反应，将营养物质转化为复杂的细胞成分，机体制 造自身。
q
q max
s Ks s
废水生物处理工程的基本数学模 式
• 生化反应动力学的研究的发展 • 推倒废水生物处理工程数学模式的几点假定：
• （1）整个系统处于稳态 • （2）反应器中物质完全混合均步 • （3）氧的供应充分（好氧处理）
废水生物处理工程的基本数学模 式
• 微生物增长与底物降解的基本关系式 • 1951年，霍克金莱等人提出的方程式：
dx dt
g
Y
ds dt
u
Kd
x
' dx / dtg
x
' Yq Kd
dxdt
u
q
ds
/
dt
u
x
' Yobsq
感谢下 载
废水的好氧生物处理和厌氧生物 处理
• 微生物的呼吸类型 • 好氧呼吸 • 异养型微生物 • 自养型微生物 • 厌氧呼吸 • 发酵 • 无氧呼吸
废水的好氧生物处理和厌氧生物处理
废水的好氧生物处理
废水的好氧生物处理和厌氧生物 处理
• 废水的好氧生物处理 • 好氧生物处理是在游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使 其稳定、无害化的处理方法。 • 特点：氧源、反应速度快、臭气较少 • 好氧生物处理法：活性污泥法；生物膜法