《水污染控制原理》课程授课教案（讲义，研究生）第八章 活性污泥法

研究生精品课程建设教案第八章活性污泥法（一）教学设计2.1本章节内容归纳本章节主要内容包括以下几个方面①活性污泥法中的生物动力学参数②CSTR型活性污泥法及设计③活塞流型活性污泥法及设计④硝化动力学参数及污泥氧消化反应器设计③活性污泥数学模型2.2本章节重点本章节重点：活性污泥法与设计相关的动力学参数、不同废水的动力学参数取值、CSTR型活性污泥法原理及设计、活塞流型活性污泥法原理及设计、硝化动力学参数取值及好氧消化反应器设计、数学模型法在活性污泥设计中的应用前景本章节难点：动力学参数取值、CSTR与活塞流型设计的差异、数学模型法的应用2.3本章节教学内容本章教学内容如下8.活性污泥法8.1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污泥需氧硝化反应器8.7活性污泥数学模型4.4本章节教学方法1.情景导入本章节及以后章节为应用内容，通过完全混合和推流式两类池型运行工况入手，引入介绍两类反应器原理CSTR和活塞流型，对比分析活性污泥工程上的两类池型-推流式与完全混合反应器的设计原理及相关基础理论。2.双案例关联案列十六：CSTR在基础研究中的应用案列十七：柱塞流反应器的应用（同氧化沟案列）1

1 研究生精品课程建设教案 第八章 活性污泥法 （一）教学设计 2.1本章节内容归纳 本章节主要内容包括以下几个方面 ①活性污泥法中的生物动力学参数 ②CSTR型活性污泥法及设计 ③活塞流型活性污泥法及设计 ④硝化动力学参数及污泥氧消化反应器设计 ⑤活性污泥数学模型 2.2本章节重点 本章节重点：活性污泥法与设计相关的动力学参数、不同废水的动力学参 数取值、CSTR型活性污泥法原理及设计、活塞流型活性污泥法原理及设计、硝 化动力学参数取值及好氧消化反应器设计、数学模型法在活性污泥设计中的应用 前景 本章节难点：动力学参数取值、CSTR与活塞流型设计的差异、数学模型法 的应用 2.3 本章节教学内容 本章教学内容如下 8.活性污泥法 8.1 活性污泥法的基本概念 8.2 CSTR 型活性污泥法 8.3 CSTR 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 污泥需氧硝化反应器 8.7 活性污泥数学模型 4.4 本章节教学方法 1. 情景导入 本章节及以后章节为应用内容，通过完全混合和推流式两类池型运行工况入 手，引入介绍两类反应器原理 CSTR 和活塞流型，对比分析活性污泥工程上的两 类池型-推流式与完全混合反应器的设计原理及相关基础理论。 2.双案例关联 案列十六：CSTR 在基础研究中的应用 案列十七：柱塞流反应器的应用（同氧化沟案列）

1.4本章节教学互动与考核在课程本章节教学过程中，引导研究生进行活性污泥设计原理方面相关的教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分，主要问题有：①活性污泥法设计方法讨论、②泥龄法设计原理、③CSTR和活塞流型两类反应器相似与不同、④推流式与完全混合式活性污泥反应器理论分析、③数学模型法原理、③数学模型法应用前景（二）教学内容1.活性污泥法的基本概念工艺流程、参数表达、动力学参数及不同废水取值、活性污泥控制参数2.CSTR型活性污泥法CSTR物料平衡、泥龄与设计、反应器体积设计、反应器氧摄入率、二沉池设计、设计统合3.活塞流型活性污泥法活塞流型物料平衡、泥龄与设计、CSTR与活塞流型对比、活塞流型反应器设计4.硝化污泥需氧硝化反应器设计理论二级硝化活性污泥法设计参数、污泥需氧消化物料平衡、需氧及混合能量计算5.活性污泥数学模型IAWQASMNo.1的动力学参数和化学计量学参数、表现转化速率表达式及应用、IAWQASMNo.2简介2

2 1.4 本章节教学互动与考核 在课程本章节教学过程中，引导研究生进行活性污泥设计原理方面相关的 教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动加强与指导老师的沟通，明确以后 研究方向所需要的本门课程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的 意义、地位、作用及如何应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程 建立的教学网站，并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解 研究生对各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课 程成绩考核的一个部分，主要问题有：①活性污泥法设计方法讨论、②泥龄法设 计原理、③CSTR 和活塞流型两类反应器相似与不同、④推流式与完全混合式活 性污泥反应器理论分析、⑤数学模型法原理、⑥数学模型法应用前景 （二）教学内容 1. 活性污泥法的基本概念 工艺流程、参数表达、动力学参数及不同废水取值、活性污泥控制参数 2. CSTR 型活性污泥法 CSTR 物料平衡、泥龄与设计、反应器体积设计、反应器氧摄入率、二沉池 设计、设计统合 3. 活塞流型活性污泥法 活塞流型物料平衡、泥龄与设计、CSTR 与活塞流型对比、活塞流型反应器 设计 4. 硝化污泥需氧硝化反应器设计理论 二级硝化活性污泥法设计参数、污泥需氧消化物料平衡、需氧及混合能量计 算 5. 活性污泥数学模型 IAWQ ASM No.1 的动力学参数和化学计量学参数、表现转化速率表达式及 应用、IAWQ ASM No.2 简介

第八章活性污泥法$8.1活性污泥法的基本概念1.基本流程讨论回顾2．废水处理中的“微生物”术语及其定量表示方式讨论回顾3.活性污泥法中的生物动力学参数有关上述的各生物动力学参数均可采用如图7一3所示的恒化器求得。另外，本书在讨论时虽然以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,BODs.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。表示方法不同，求得的动力学参数值也必然不一样。表8一2、表8一3、表8一4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。4.活性污泥系统性能的控制因素(1)底物的代谢速率(2)生物絮体的沉降和浓缩性能(3)传氧的限制综合上述三个控制因素，可以认为，最佳的活性污泥系统应该是，在保证生物絮体具有良好的沉降和浓缩性能条件下，能供给充足的需氧量来维持尽可能高的底物代谢速率。S8.2CSTR型活性污泥法1.基本方程式图8-1绘出了反应器为CSTR型的活性污泥法系统。3

3 第八章 活性污泥法 §8.l 活性污泥法的基本概念 1．基本流程 讨论回顾 2．废水处理中的“微生物”术语及其定量表示方式 讨论回顾 3．活性污泥法中的生物动力学参数 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。另外， 本书在讨论时虽然以 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。表示方法不同,求得的动力学参数值也必然 不一样。表 8—2、表 8—3、表 8—4 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。 4．活性污泥系统性能的控制因素 (1)底物的代谢速率 (2)生物絮体的沉降和浓缩性能 (3)传氧的限制 综合上述三个控制因素，可以认为，最佳的活性污泥系统应该是，在保证生 物絮体具有良好的沉降和浓缩性能条件下，能供给充足的需氧量来维持尽可能高 的底物代谢速率。 §8.2 CSTR 型活性污泥法 1．基本方程式 图 8-1 绘出了反应器为 CSTR 型的活性污泥法系统

Qw废弃污泥Q-Qwp,p,XQ80沉淀反应P,, X;Pe,XuRQPu,XuQw图8—1CSTR型的活性污泥法系统Qp,+RQP,+V R。=(1+R)Qp+v(8-1)dtQX,+RQX,+VR,=(I+R)QX+vX(8-2)dtd及些等于零，因此得，在稳定状态下，dtdt(8-3)Q p,+RQ pμ+V Ro=(1+R)Qp(8-4)QX,+ RQ X +V R,=(1+R)QX稳定状态这一假定很重要，因为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。2.细菌的平均停留时间和增殖率 Rg由表示稳定状态的方程式（8一20)可以推导出细菌的增殖率R。与另一个重要概念“细菌的平均停留时间”(MCRT)的关系。MCRTe,的定义为：反应器中的活细菌总量(8-5)0.=每日从系统中流走的活细菌总量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)。0.可表示为：VX(8-6)0..X +(-9.)X-QX,4

4 图 8—1 CSTR 型的活性污泥法系统 Q  i +RQ   +V RO =(1+R)Q  +V dt d （8-1） Q Xi + RQ X  + V Rg =(1+R)QX+V dt dX (8-2) 在稳定状态下， dt d 及 dt dX 等于零，因此得， Q  i +RQ   +V RO =(1+R)Q  （8-3） Q Xi + RQ X  + V Rg =(1+R)QX （8-4） 稳定状态这一假定很重要，因为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。 2．细菌的平均停留时间  c 和增殖率 R g 由表示稳定状态的方程式(8—20)可以推导出细菌的增殖率 Rg 与另一个重要 概念“细菌的平均停留时间”(MCRT)的关系。MCRT  c 的定义为：  c = 每日从系统中流走的活细菌总量 反应器中的活细菌总量 （8-5） MCRT 也称为污泥停留时间(SRT)。固体停留时间(solids retention time)或简 称污泥龄( sludge age)。  c 可表示为：  c = Qw X Q Qw Xe QX i VX + ( − ) − （8-6） ，  反 应 器 沉 淀 池 Q  i ，Xi Q w RQ Q w 废弃污泥  ，X Q-Q w  e ，X u Q w u , X u

VX(8-7)9OuX, +(Q-O.)X,-QX,当无回流，只Q.=0时得：0.=VX-=0(8-8)x g无回流时，θ退化成为反应器的水力停留时间。9.的简化公式：0VX-V=00,=(8-9)o.X0QmVX0.=(8-10)QuX,简化式为常用的形式。XR=OrX_(8-11)V0cQw=1(8-12)rg =V0c当由沉淀池底排走9时，按照同样的推导过程可得出下列类似关系：OwXXOwXR.=X =(8-13)VVXOcQwX.1(8-14)r.vx0c-0e(8-15)VX3．9.和有机物的去除速率Ro-[p + Rp, -(1+ R)p)=--[p, + Rpμ-(I+ R)p)R=(8-16)ORo=-(P-P)(8-17)05

5  c = Qw X Q Qw Xe QXi VX  + ( − ) − (8-7) 当无回流，只 Qw＝0 时得：  c = QX VX = Q V = (8-8) 无回流时，  c 退化成为反应器的水力停留时间  。  c 的简化公式：  c = Q X VX w = Q V = Qm Q (8-9)  c = Q X VX w (8-10) 简化式为常用的形式。 Rg = C W X V Q X  = (8-11) C W g V Q r  1 = = (8-12) 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： Rg = C W W X X VX Q X V Q X    = = (8-13) C W g VX Q X r   1 = = (8-14) VX Q M F i = (8-15) 3． c 和有机物的去除速率 R0 RO = [ (1 ) ] 1 [ R  (1 R)]  R  R  V Q i i + − +  − + − + = − (8-16) RO = ( )  − − i  (8-17)