《废水生物处理原理与工艺》课程教学资源（讲义）第四讲 活性污泥法动力学

废水生物处理原理与工艺 活性污泥法动力学的主要公式 莫诺德模式: (2) Ko+s ●LM模式 1)基本概念 ·X X Q 。=1/n或=1/O (6) 2)第一基本方程式 (7) 第二基本方程式: )-x (8) 第一导出方程式 =k(1+kO)(9) °O2(Yvmm-Kd) 第二导出方程式: ￥·(S 第三导出方程式 I+R-A (11) (12) 第四导出方程式:h=Y/1+KO) (13) 第五导出方程式 q=ks=o(S-S) (14) XV ∞(S K (16) (0) 第1页第四讲

废水生物处理原理与工艺 第四讲 第 1 页 第四讲 活性污泥法动力学的主要公式: ⚫ 莫诺德模式: K S S s +  =   max (1) K S S S +  = max (2) ⚫ L—M 模式: 1）基本概念: X dt dX /       = (3) X dt dS v q u  /      = = (4) w r c Q X V X    = 或 w c Q V  = （5）  c = 1/  或   c = 1/ （6） 2）第一基本方程式: d c = Yq − K  1 （7） 第二基本方程式: K S q XS dt ds u S +  =      max （8） 第一导出方程式: ( ) 1 (1 ) max − − + = c d s d c e Yv K K K S   （9） 第二导出方程式: (1 ) ( ) d c c i e K Y S S t X   +  − =  （10） 第三导出方程式:       =  + − X X R R V Q r c 1 1  （11） SVI Xr 6 10 = （12） 第四导出方程式: /(1 ) Yobs = Y + Kd  c （13） 第五导出方程式: XV Q S S q KS i e e ( − ) = = （14） Xq Q S S V i e ( − ) = （15） d c = Yv max − K min ( ) 1  （16）

废水生物处理原理与工艺 活性污泥净化反应过程 在活性污泥处理系统中,有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄 取、代谢与利用的过程,这一过程的结果是污水得到了净化,微生物获得了能量而合成新的细胞,活性污泥得 到了增长 般将这整个净化反应过程分为三个阶段: 1)初期吸附: 2)微生物代谢 3)活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩 初期吸附 BOD 附降解 曝气过程 在活性污泥系统内,在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10-30min)内,由于活性污泥具有很大的表 面积因而具有很强的吸附能力,因此在这很短的时间内,就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污 染物,使废水的BODs值(或COD值)大幅度下降 但这并不是真正的降解,随着时间的推移,混合液的BODs值会回升,再之后,BOD3值才会逐渐下降 活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关: 1)废水的性质、特性: 对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物的废水,具有较好的效果。 2)活性污泥的状态: 在吸附饱和后应给以充分的再生曝气,使其吸附功能得到恢复和增强,一般应使活性污泥微生物进入 内源代谢期 2.2.1.4活性污泥系统的主要运行方式 迄今为止,在活性污泥法工程领域,应用着多种各具特色的运行方式。主要有以下几种: 1)传统活性污泥法:2)完全混合活性污泥法:3)阶段曝气活性污泥法:4)吸附一再生活性污泥法:5)延时 曝气活性污泥法;6)高负荷活性污泥法:⑦)纯氧曝气活性污泥法;8)浅层低压曝气活性污泥法:9)深水曝气氵 性污泥法;10)深井曝气活性污泥法。 传统活性污泥法 1)工艺流程 曝气池 Q Si Q-Qw Xe se VⅩ 二沉池 Qr Xr se 第2页第四讲

废水生物处理原理与工艺 第四讲 第 2 页 第四讲 活性污泥净化反应过程: 在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄 取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得 到了增长。 一般将这整个净化反应过程分为三个阶段： 1） 初期吸附； 2） 微生物代谢； 3） 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩 初期吸附: 在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(1030min)内，由于活性污泥具有很大的表 面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污 染物，使废水的 BOD5 值(或 COD 值)大幅度下降。 但这并不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的 BOD5 值会回升，再之后，BOD5 值才会逐渐下降。 活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关: 1） 废水的性质、特性： 对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物的废水，具有较好的效果。 2） 活性污泥的状态： 在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入 内源代谢期。 2.2.1.4 活性污泥系统的主要运行方式 迄今为止，在活性污泥法工程领域，应用着多种各具特色的运行方式。主要有以下几种： 1)传统活性污泥法；2)完全混合活性污泥法；3)阶段曝气活性污泥法；4)吸附—再生活性污泥法；5)延时 曝气活性污泥法；6)高负荷活性污泥法；7)纯氧曝气活性污泥法；8)浅层低压曝气活性污泥法；9)深水曝气活 性污泥法；10)深井曝气活性污泥法。 一、 传统活性污泥法： 1)工艺流程: Q-Qw Xe Se V X 二沉池 Q Si Qr Xr Se Qw Xr Se 曝气池 BOD 吸附 降解 曝气过程

废水生物处理原理与工艺 2)供需氧曲线 供氧速率 需氧速率 曝气过程 主要优点 a.处理效果好:BOD的去除率可达90-95%: b.对废水的处理程度比较灵活,可根据要求进行调节。 4)主要问题 a.为了避免池首端形成厌氧状态,不宜采用过高的有机负荷,因而池容较大,占地面积较 b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象,会浪费了动力费用 C.对冲击负荷的适应性较弱。 5)一般所采用的设计参数(处理城市污水) 二、完全混合活性污泥法 1)主要特点 a.可以方便地通过对FM的调节,使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态 b.进水一进入曝气池,就立即被大量混合液所稀释,所以对冲击负荷有一定的抵抗能力 c.适合于处理较高浓度的有机工业废水 2)主要结构形式: a.合建式(曝气沉淀池) b.分建式 三、阶段曝气活性污泥法——又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法 工艺流程为 供 供氧速率 氧速率 气过看 QSe QS, eS,: X, S,X 沉xS 最气池 第3页第四讲 X. St

废水生物处理原理与工艺 第四讲 第 3 页 第四讲 2)供需氧曲线 3)主要优点： a.处理效果好：BOD5 的去除率可达 90-95%； b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。 4)主要问题： a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大； b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用； c.对冲击负荷的适应性较弱。 5)一般所采用的设计参数(处理城市污水): 二、完全混合活性污泥法 1） 主要特点： a.可以方便地通过对 F/M 的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态； b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力； c.适合于处理较高浓度的有机工业废水。 2） 主要结构形式： a.合建式（曝气沉淀池）： b.分建式 三、阶段曝气活性污泥法——又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法 工艺流程为： 供氧速率 需氧速率 曝气过程

废水生物处理原理与工艺 1)主要特点 a.废水沿池长分段注入曝气池,有机物负荷分布较均衡,改善了供养速率与需氧速率之间的矛盾,有利于 降低能耗 b.废水分段注入,提高了曝气池对冲击负荷的适应能力 2)主要设计参数: 四、吸附再生活性污泥法——又称生物吸附法或接触稳定法。 主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程一—吸附、代谢稳定,分别在各自的反应器内进行。 混合波 氧意率 备氧速率 过程 Q S e,Xe,s. 二沉 RQI X §L-[vx,s.上,s 再生池 1)主要优点 a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短,吸附池容积较小,再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥, 因此,再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积,建筑费用较低 b.具有一定的承受冲击负荷的能力,当吸附池的活性污泥遭到破坏时,可由再生池的污泥予以补充。 2)主要缺点: 对废水的处理效果低于传统法,此外,对溶解性有机物含量较高的废水,处理效果更差 3)主要设计参数 五、延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法 1)主要特点 a.有机负荷率非常低,污泥持续处于内源代谢状态,剩余污泥少且稳定,勿需再进行处理 b.处理出水出水水质稳定性较好,对废水冲击负荷有较强的适应性 C.在某些情况下,可以不设初次沉淀池。 2)主要缺点 池容大、曝气时间长,建设费用和运行费用都较高,而且占地大 般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水,水量一般在1000m3/d以下 3)主要设计参数: 六、高负荷活性污泥法一一又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法 1)主要特点: 有机负荷率高,曝气时间短,对废水的处理效果较低: 在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同 2)主要设计参数 第4页第四讲

废水生物处理原理与工艺 第四讲 第 4 页 第四讲 1)主要特点： a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供养速率与需氧速率之间的矛盾，有利于 降低能耗； b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力； 2)主要设计参数： 四、吸附再生活性污泥法——又称生物吸附法或接触稳定法。 主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。 1)主要优点： a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥， 因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低； b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。 2)主要缺点： 对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。 3)主要设计参数： 五、延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法 1)主要特点： a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，勿需再进行处理； b.处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性； c.在某些情况下，可以不设初次沉淀池。 2)主要缺点： 池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大； 一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在 1000m3 /d 以下。 3)主要设计参数： 六、高负荷活性污泥法——又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法 1)主要特点： 有机负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果较低； 在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。 2)主要设计参数：

废水生物处理原理与工艺 七、纯氧曝气活性污泥法 1)主要特点 a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍,纯氧曝气可大大提高氧的转移效率 b.氧的转移率可提高到80-90%,而一般的鼓风曝气仅为10%左右 C.可使曝气池内活性污泥浓度高达4000~7000mg/1,能够大大提高曝气池的容积负荷 d.剩余污泥产量少,SVI值也低,一般无污泥膨胀之虑 2)曝气池结构 n 属¨河混 3-17-26级封式纯曝'池 1泵;2搅拌器;3螺旋浆;4.平板 3)主要设计参数: 八、浅层低压曝气法——又称Inka曝气法 1)理论基础:只有在气泡形成和破碎的瞬间,氧的转移率最高,因此, 没有必要延长气泡在水中的上升距离。 导板 2)其曝气装置一般安装在水下0.8-0.9米处,因此可以采用风压在1 米以下的低压风机,动力效率较高,可达1.80~2.60kgO2/kw.h 穿孔管 2/3-34B 3)其氧转移率较低,一般只有2.5% 4)池中设有导流板,可使混合液呈循环流动状态 空气干 Do6-08 1/4-1/ 男汽板 九、深水曝气活性污泥法 1)主要特点: a.曝气池水深在7~8m以上 由于水压较大,洋的转移率可以提高,相应也能加快有机物的降解速率 占地面积较小 空气 第5页第四讲

废水生物处理原理与工艺 第四讲 第 5 页 第四讲 七、纯氧曝气活性污泥法 1)主要特点： a.纯氧中氧的分压比空气约高 5 倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率； b.氧的转移率可提高到 80-90%，而一般的鼓风曝气仅为 10%左右； c.可使曝气池内活性污泥浓度高达 40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷； d.剩余污泥产量少，SVI 值也低，一般无污泥膨胀之虑。 2)曝气池结构： 3)主要设计参数： 八、浅层低压曝气法——又称 Inka 曝气法 1)理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此， 没有必要延长气泡在水中的上升距离。 2)其曝气装置一般安装在水下 0.80.9 米处，因此可以采用风压在 1 米以下的低压风机，动力效率较高，可达 1.802.60kgO2/kw.h； 3)其氧转移率较低，一般只有 2.5%； 4)池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。 九、深水曝气活性污泥法 1)主要特点： a.曝气池水深在 78m 以上， b.由于水压较大，洋的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率； c.占地面积较小