活性污泥法反应动力学
活性污泥法除磷动力学研究
活性污泥法除磷动力学研究活性污泥法除磷动力学研究摘要：活性污泥法是一种常用的废水处理技术，并且在去除有机物污染物的同时，也能有效去除磷。
本文通过对活性污泥法除磷过程的动力学研究，探讨了影响除磷效果的主要因素以及其变化规律，分析了除磷机理，并对未来的研究方向进行了展望。
关键词：活性污泥法、除磷、动力学、影响因素、机理一、引言随着人口的增加和工业化进程的加快，废水中磷含量的增加对环境造成了严重的污染。
磷是废水中的一种常见污染物，其过量排放不仅会导致水体富营养化，还会引发水华等严重环境问题。
因此，研究有效的磷去除技术对于保护水环境具有重要意义。
二、活性污泥法除磷过程活性污泥法是一种通过生物降解有机物的同时，利用污泥中的磷酸盐慢化能力去除废水中的磷的方法。
活性污泥法除磷过程的主要步骤包括磷污染物的吸附、生物降解有机物、微生物的磷释放以及沉淀。
其中，磷的吸附与生物降解有机物的降解速率是决定除磷效果的重要因素。
三、影响除磷效果的因素1. 溶解氧浓度：溶解氧是活性污泥法除磷过程中微生物生理活性的重要因素。
适宜的溶解氧浓度能够提高微生物的活性，促进磷的吸附和释放，从而提高除磷效果。
2. 温度：温度也是影响活性污泥法除磷效果的重要因素。
适宜的温度能够促进微生物的生长和代谢活动，提高除磷效率。
3. pH值：污水的pH值对活性污泥中微生物的生理活性有重要影响。
一般来说，酸性条件下磷的释放效果较好，而碱性条件下磷的吸附效果较好。
4. 污水中的COD/P（化学需氧量与总磷的比值）：COD/P比值高时，有机物相对较多，容易导致活性污泥厌氧条件下产生大量磷酸盐的吸附现象。
5. 混合液浓度：适宜的混合液浓度能够提高微生物的活性，从而提高除磷效果。
四、活性污泥法除磷的动力学研究活性污泥法除磷动力学研究是了解除磷过程及优化除磷效果的基础。
除磷动力学研究通常包括磷污染物的吸附动力学、生物降解动力学以及微生物的磷释放动力学。
其中，磷污染物的吸附动力学研究可以帮助确定污泥中的磷酸盐慢化能力，从而优化活性污泥法的除磷条件。
活性污泥反应动力学及工艺的设计与计算
主要假设：
曝气池中呈完全混合状态； 活件污泥系统运行条件绝对稳定； 活性污泥在二次沉淀池内不产生微生物代谢
活动，而且其量不变； 处理系统中不含有有毒物质和抑制物质。
莫诺特(Monod)方程式 法国学者Monod于1942年采用纯菌种在培养基稀溶
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：
此时，μ ∝S，与底物浓度呈一级反应。
（3）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和
底物浓度呈μ =μ maxS/Ks+S关系，即不成正比关系，
此时0＜n＜1为混合反应区的生化反应。
上述研究结果，与米—门方程式十分相近。 米—门方程式为： V＝VmaxS/Ks+S monod方程的结论使米一门方程式引入了
∴ µ＝YV µmax＝YVmax； 带入μ=μmaxS/Ks+S 得： V＝VmaxS/Ks+S 即米一门方程式。
劳伦斯—麦卡蒂模式的基础概念
建议的排泥方式 有两种剩余污泥排放方式： 传统的排泥方式； 劳伦斯—麦卡蒂推荐的排泥方式。
第二种排泥方式的主要优点在于减轻二次沉 淀池的负荷，有刊于污泥浓缩，所得回流污泥 的浓度较高。
(2)参数选择 在进行曝气池(区)容积计算时，应在一定的范围内合
理地确定污泥负荷和混合液悬浮固体浓度，此外．还应同 时考虑处理效率、污泥容积指数(SVl)和污泥龄等参数。 污泥负荷的的取值应低于0.2kgBOD/(kgMLVSS d)。
2 需氧量和供气量的计算 (1)需氧量 活性污泥法处理系统的日平均需氧量(Q)和去除每 kgBOD的需氧量(⊿Q)可分别按动力学公式计算．也可 根据经验数据选用。
曝气沉淀池的构造设计
曝气沉淀池多呈圆形并用表面机械曝气装置。在 构造设计方面有下列基本要求。
磁粉活性污泥法处理城市生活污水的反应动力学特征_贺玉龙
磁粉活性污泥法处理城市生活污水的反应动力学特征*贺玉龙 廖正峰(西南交通大学地球科学与环境工程学院 成都610031)摘 要 磁粉活性污泥法是在传统活性污泥法中加入磁性粉末(Fe 3O 4)的废水生物处理方法。
在最佳运行状况下,对磁粉活性污泥法基质降解动力学进行了研究。
磁粉活性污泥法基质降解符合一级反应规律,利用Monod 方程对试验数据进行拟合,确定了其动力学参数,半速率常数K s 、有机底物的最大比降解速率v max 分别为10.39mg/L 和0.804d -1。
关键词 磁粉 活性污泥 基质降解 反应动力学 Monod 方程Kinetics in the Process of Municipal Domestic Sewage Treatment by Magnetic Activated SludgeHE Yulong LIAO Zhengfeng(Faculty o f Geosciences and Environmenta l Engineering,Southwest Jiaotong University Chengdu 610031)Abstract The magnetic activated sludge process is a modification of the conventi onal activated sludge process,which is supplemented with ferromagnetic powder (Fe 3O 4)to create a magnetic activated slud ge.The kinetics of the magnetic degra -dation is analyzed for the process of municipal domestic sewage treatment by powder activated sludge under the best operating condi tion.The matrix degradation of magnetic activated sludge is consistent with 1st-order reaction equation.The exper-i ments results are fitted with the Monod equation,and the parameters K s and v max should be 10.39mg/L and 0.804d -1re -specti vely.Key Words magnetic p owder activated sludge matrix degradation reaction kinetics Monod equation0 引言活性污泥法存在污泥膨胀、活性污泥浓度难以提高、污水能力受限制等一些缺点。
2.4 活性污泥反应动力学及应用
2.4 活性污泥反应动力学及其应用1 活性污泥基本流程图分析S e2、劳伦斯—麦卡蒂基本概念1）排泥方式为Ⅱ2）微生物比增殖速率⎛μXdt dX ⎪⎭⎫ ⎝= 2.43）单位基质利用速率⎛=Xdt dS q u ⎪⎭⎫ ⎝ 2.54）生物固体平均停留时间（又称细胞平均停留时间，工程上习惯称为污泥龄）tX VXc ∆∆=/θ 2.6μθ1=ccθμ1=3、劳伦斯—麦卡蒂方程1）第一方程dcK Yq -=θ12.132）第二方程K =⎫⎛S S X q dt dS s au+⎪⎭ ⎝m ax 2.154、劳伦斯—麦卡蒂基本方程式的应用1）确立处理水基质浓度（S e ）与生物固体平均停留时间（θc ）之间的关系（1）全混流⎫=K K ⎪⎪⎭⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+dcd c s eYv K S θθ11m ax 2.16（2）推流式S 对推流式deos e o e o cK S K S S S S v Y-+--=ln)()(1m ax θ 2.172）确立微生物浓度（X ）与生物固体平均停留时间θc 之间的关系（1）全混流)1()(c d e o c K S S Y t X θθ+-=2.18（2）推流 X对推流式（反应器内微生物浓度采用其平均值）。
)1()(c d e o c K S S Y t X θθ+-=2.193）确立活性污泥回流比（R ）与生物固体平均停留时间（θc ）之间的关系)1(=++-dt dXV X R Q RQX a r⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=a r c X X R R V Q 11θ 10S V IX r 6m a x)(=4）总产率（Y ）与表现产率（Y obs ）之间的关系()q X dt dS X dtdX dS dXdt dS dt dXY uu uμ=⎪⎭⎫⎝⎛==⎪⎭⎫⎝⎛=dX ()uobsdS Y '=2.23=11cd d c obs K Y K Y Y θμθ++⨯=2.245）θc 值与Se 值及E 的关系1dc K Yv -=m ax m in)(θ 2.266）（2.32）式便于用以求定曝气池的容积（V ）qX S S Q V a e )(0-=5、动力学参数的测定maxmax 011v S v K S S tXe S e +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-dcK Yq -=θ16、例题。
2活性污泥反应动力学及其应用(二)09
1、活性污泥系统运行条件处于稳定状态 2、活性污泥在二次沉淀池内不产生微生物代谢活动 3、系统中不含有毒性物质和抑制物质 4、进水底物浓度保持恒定 5、全部生物可降解的底物处于溶解状态
Lawrence-McCarty
VX c X / t
反应器内微生物总量
2.6
△X—每天从系统中排出增殖的微生物总量；mg
X—反应器内微生物浓度，mg/l
2.4.3 劳伦斯—麦卡蒂模式的基本概念
针对两种不同的排泥方式 传统方式
Lawrence-McCarty
一般Xe值很低，可以 忽略
VX a c Qw X r (Q Qw ) X e
2.4.2
活性污泥反应动力学基础
假设：微生物比增殖速率（μ）与基质比降解速率（v）呈比例关 系，即
v
基质比降解速率（v），可以用莫诺模式加以描述：
v vmax
S Ks S
2.3
v 式中： －基质比降解速率，d-1 ；
vmax
－基质最大比降解速率，d-1 。
对废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，因此，式2.3的实 际意义较大
max
零级 反应 区 混合级反应区 （n=0） （0＜n＜1）
max S
Ks S
2.2
1 max 2
μ— 微生物比增殖速率，d-1；
μ max—微生物最大比增殖速率，d-1；
S— 溶液中限制微生物生长的基质浓度， mg/L、g/m3；
5 活性污泥法的理论基础-3
4.3.3.3 莫诺特公式在完全混合曝气池中的应用
完全混合曝气池内的活性污泥一般处在减衰增 殖期。此外，池内混合液中的有机物浓度是均一 的，并与出水的浓度（Se）相同，其值较低，有 Se<S＂。因此，采用式（19）是适宜的。
No. 25
进水
Q，S0
完全混合式活性污泥法处理系统 V，Se， X Q+RQ 曝气池 二沉池 Se，X
量纲为[体积][质量]-1[时间]-1，一般用m3/（kg·d） 或L/（mg·h）表示。 No. 21
ν ν max ν
max
ν ν max
S ν ν KS S
max
零级反应
2
0
S`` K S =S
S`
S
在图中即为横坐标S=0到S=S＂ 这样的一个区段。这个区段的 曲线表现为通过原点的直线， 其斜率即为K2。
处理水
Q-QW Se，Xe
回流污泥
RQ，Se， Xr
剩余污泥排放
Qw，Xr
Q——污水流量； S0——原污水底物浓度；Se——处理水底物浓度； X——曝气池内活性污泥浓度； R——污泥回流比； Xr——回流污泥浓度； V——曝气池的容积； Xe——处理水中的污泥浓度
No. 24
Qw——排泥量；
小型试验的流程图
µ ∝ν
或
µ = kν
因此，与微生物比增殖速率 µ 相对应的底物比降解 速率ν 也可以用莫诺特公式描述，即：
S ν ν K S
max
（13）
S
ν ν
——底物的比降解速率，[时间]-1，常用h-l或d-1表示；
-1，常用h-l或d-1表示； —— 底物的最大比降解速率，[时间] max
废水好氧生物处理工艺-——活性污泥法
式中: x——每日的污泥增长量(kgVSS/d)；= Qw·Xr Q ——每日处理废水量(m3/d)；
a、b经验值的获得：
(1) 对于生活污水或相近的工业废水: a = 0.5~0.65，b = 0.05~0.1； (2) 对于工业废水，则：
合成纤维废水
0.38
0.10
含酚废水
0.55
0.13
制浆与造纸废水
0.76
0.016
制药废水
0.77
酿造废水
0.93
工业废水
a
b
亚硫酸浆粕废水
0.55
0.13
a、b经验值的获得：
（3）通过小试获得：
可改写为：
a
b
QSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)
x/VXv(1/d)
一、活性污泥法的工艺流程
回流污泥
二次 沉淀池
废水
曝气池
初次 沉淀池
出水
空气
剩余活性污泥
活性污泥系统的主要组成
曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖； 二沉池：1）泥水分离，保证出水水质； 2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。 回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度； 2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。 剩余污泥： 1）去除有机物的途径之一； 2）维持系统的稳定运行 供氧系统：为微生物提供溶解氧
在条件一定时， 较稳定； 对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.75~0.85
4、活性污泥的性能指标：
（3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume） 定义：将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示； 功能：能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀； 正常范围： 2030%
活性污泥法的动力学方程讨论及数学模型研究
式 中， Ｓ为可降解 的溶解性 限制基质浓度 ， 为微生物浓度 ，
一
为最大 比生长速率 。Ｍ ｎｄ原来的关系式是根据基 质浓 ｏｏ
度较高和微生物 比较 年轻的条件下试 验结果 导 出的。由于 微生物都很年轻 ， 质又很丰富 ， 基 因此微生物繁殖速度很快 ，
上述 的结果基本上 是正确的 。虽 然 Ｍｏｏ ｎｄ是采用单 一基 质 和单一菌种做的试验 ， 但在后来学者 的研究 中 ， 混合基 质 对 和混合菌种的培养 ， ｏｏ 关 系式基本上 也是正确 的。所 以 Ｍ ｎｄ Ｍ ｎｄ 系式被广泛地应用于混合培养中。 ｏｏ 关
Ｚ ＨＡＯ ｕ ｎ Ｊａ
（ ｈ ｄ矿Ｎ ｔ ａ ｅ ｌｃ ａｄＥ ｖｏ ＆ｏ ａｕｌ Ｒ￥ ｌｅ ｎ ｎｉ￣ ｒ ｏｒ ｒ
Ｅｇｎｅｉ ｎｉｅ ｒ ｉ ｇｉ ｒｔ ａ ｘ ｇ，Ｊ ｎ
ｏ ｃｎｅａｄＴｃｎｌ ｙ Ｃｌｈｌ Ｊ ｎｘ ３ ￣０ ） ｆＳｉ ｃ ｎ ｅ ｏ ｇ ｓｌ ｏ ，ｉ ｇｉ ４００ ｅ ｈ ｏ ａｇ ｌ ａ
行提供指导 。
关键词 活性 污泥法
底物浓度
溶解氧
微生物增长
动力学模型
Ｄｉ ｌ ｓｏ ｎ Ｋｉ ｅｉ ｑ ａｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｅ ｌ ｄ ｅＭ ｅｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅＣｏ ｓ ｒ ｃｉ ｎ ｏ ｓ Ｋ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ Ｅ ｕ ｔ ｆＡｃ ｖ ｔｄ Ｓ ｕ ｇ ｔ ｏ ｎ ｈ ｎ ｔｕ ｔ ｆＭａ ｈ ｍ ａｉａ ｏ ｅｓ ｃｑ ｃ ｏ ｉ ｏ ｔ ｅ ｔ ｌＭ ｄ ｌ ｃ