三.活性污泥的增长规律 1、活性污泥中微生物的増殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有杋物被降解的必然结果,而微生物増殖的结果则 是活性污泥的增长, 2、一般可用活性污泥的增长曲线来描述:(见附图1) 雅衰市腻1内源呼吸 氧利用意率由线 BD解白襞 注意:1)间歇静态培养 2)底物是一次投加: 3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线 FM值 在温度适宜、DO充足、且不存在抑制物质的条件下,活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基 质的相对数量,即有机基质(Food与微生物( Microorganism的比值,即F/M值 FM值也是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素 实际上,FM值就是以BOD表示的进水污泥负荷(L,Bn),即 F/M=LsBOL Q x (kg BODs /kgVSS-d) 一般来说,可将增长曲线分为以下四个时期: (1)适应期;(2)对数增长期;(3)减速增长期;(4)内源呼吸期 ●适应期 (1)是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程; (2)经过适应期后,微生物从数量上可能没有增殖,但发生了一些质的变化:a.菌体体积有所增大;b.酶系统也已 做了相应调整:c.产生了一些适应新环境的变异:等等 (3)BOD3、COD等各项污染指标可能并无较大变化 ●对数增长期 (1)EM值高(>2.2 kgBOD/ kgvSS.d),所以有机底物异常丰富,营养物质不是微生物增殖的控制因素 (2)微生物的增长速率与基质浓度无关,呈零级反应,它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制,即只受微 生物自身的生理机能的限制; (3)微生物以最高速率对有机物进行摄取,也以最高速率增殖,而合成新细胞 (4)此时的活性污泥具有很高的能量水平,其中的微生物活动能力很强,导致污泥质地松散,不能形成较好的絮凝 体,污泥的沉淀性能不佳
三．活性污泥的增长规律 1、活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则 是活性污泥的增长。 2、一般可用活性污泥的增长曲线来描述:（见附图 1） 注意：1)间歇静态培养； 2)底物是一次投加； 3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。 ⚫ F/M 值: 在温度适宜、DO 充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基 质的相对数量，即有机基质(Food)与微生物(Microorganism)的比值，即 F/M 值。 F/M 值也是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。 实际上，F/M 值就是以 BOD5 表示的进水污泥负荷( 5 LsBOD )，即： ( ) 5 kgBOD5 kgVSS d V X Q B F M L v i sBOD = = 3、一般来说，可将增长曲线分为以下四个时期： (1)适应期；(2)对数增长期；(3)减速增长期；(4)内源呼吸期。 ⚫ 适应期: (1)是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程； (2)经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已 做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。 (3) BOD5、COD 等各项污染指标可能并无较大变化。 ⚫ 对数增长期： (1) F/M 值高(2.2 kgBOD5 / kgVSS d )，所以有机底物异常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素； (2) 微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微 生物自身的生理机能的限制； (3) 微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞； (4) 此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝 体，污泥的沉淀性能不佳；
(5)活性污泥的代谢速率极高,需氧量大; (6)一般不采用此阶段作为运行工况,但也有采用的,如高负荷活性污泥法。 减速增长期 (1)FM值下降到一定水平后,有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素 (2)微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比,为一级反应 (3)有机底物的降解速率也开始下降 (4)微生物的增殖速率在逐渐下降,直至在本期的最后阶段下降为零,但微生物的量还在增长 (5)活性污泥的能量水平已下降,絮凝体开始形成,活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好; (6)由于残存的有机物浓度较低,出水水质有较大改善,并且整个系统运行稳定; (7)一般来说,大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的 内源呼吸期: (1)内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率,因此从整体上来说,活性污泥的量在减少,最终所有的活细 胞将消亡,而仅残留下内源呼吸的残留物,而这些物质多是难于降解的细胞壁等 (2)污泥的无机化程度较高,沉降性能良好,但凝聚性较差:有机物基本消耗殆尽,处理水质良好 (3)一般不采用这一阶段作为运行工况,但也有采用,如延时曝气法 4、活性污泥增殖规律的应用: (1)活性污泥的增殖状况,主要是由FM值所控制 (2)处于不同增长期的活性污泥,其性能不同,处理出水的水质也不同 (3)可以通过调整FM值,来调控曝气池的运行工况,以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能 4)推流式 一段线段 完全混合式: 个点 5、有机物降解与微生物增殖: 活性污泥微生物増殖是微生物増殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果,所以,微生物的浄增殖速率 式中:(在)一话性污泥微生物的游增殖速率(4gS52 活性污泥微生物的合成速率 dt a—降解每 koBO所产生的SS值,即产率系数( kass/ kgBODsd); bx,——活性污泥微生物自身氧化速率 d 一每 kg/Ss每日自身氧化的kg数,即自身氧化系数(d) 因此,活性污泥微生物增殖的基本方程式:
(5) 活性污泥的代谢速率极高，需氧量大； (6) 一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。 ⚫ 减速增长期: (1) F/M 值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素； (2) 微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应； (3) 有机底物的降解速率也开始下降； (4) 微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长； (5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好； (6) 由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定； (7) 一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。 ⚫ 内源呼吸期: (1)内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细 胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等； (2)污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好； (3)一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。 4、活性污泥增殖规律的应用： (1)活性污泥的增殖状况，主要是由 F/M 值所控制； (2)处于不同增长期的活性污泥，其性能不同，处理出水的水质也不同； (3)可以通过调整 F/M 值，来调控曝气池的运行工况，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能； (4)推流式： 一段线段； 完全混合式： 一个点 5、有机物降解与微生物增殖： 活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化（内源呼吸）两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率 为： g s dt e dx dt dx dt dx − = 式中： dt g dx ——活性污泥微生物的净增殖速率（ kgVSS / d ）； s dt u ds a dt dx = − ——活性污泥微生物的合成速率； a——降解每 5 kgBOD 所产生的 VSS 值，即产率系数（ kgVSS kgBOD5 d ）； v e bx dt dx = ——活性污泥微生物自身氧化速率； b ——每 kgVSS 每日自身氧化的 kg 数，即自身氧化系数（ −1 d ）； xv ——VSS(kg) 。 因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:
积分后,得出活性污泥微生物在曝气池内每日得净增长量为: Ax=aOS -bv 式中:Ax=每日污泥增长量(SS),kg/d;=QnX; O-一每日处理废水量(m3/d): s=S.-S 进水BOD浓度( kg BOD、/m3或 meBO、/l) S。——出水BOD5浓度( kg BOD3/m3或 mg BOD53) a,b的经验值: (1)对于生活污水活与之性质相近的工业废水,a=05~0.65,b=005~0.1 (2)几种工业废水的a,b值 废水 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 酿造废水 亚硫酸浆粕废 0.13 ●通过小试求得: 将上式改写为 △x Os b VX 6、有机物降解与需氧: 微生物的代谢需要氧:(1)需要将一部分有机物氧化分解 (2)也需要对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。 需氧量:O2=a'Q·S,+b1.X, 式中O2—曝气池混合液的需氧量,kgO/d d——代谢每 kgBOD3所需的氧量,kgO2/ kgBOD3d; b——每kgSS每天进行自身氧化所需的氧量,kgO/ kgvSS.d
v g u bx dt ds a dt dx − = − 积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日得净增长量为: aQSr bVXv x = − 式中: x = 每日污泥增长量( VSS ), kg / d ； Qw Xr = ； Q ——每日处理废水量( m / d 3 )； Sr = Si − Se i S ——进水 BOD5 浓度( 3 5 kgBOD / m 或 mgBOD /l 5 )； e S ——出水 BOD5 浓度( 3 5 kgBOD / m 或 mgBOD /l 5 )。 ⚫ a,b 的经验值： (1)对于生活污水活与之性质相近的工业废水， a = 0.5 ~ 0.65，b = 0.05 ~ 0.1 ； (2)几种工业废水的 a,b 值: 废水 a b 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 亚硫酸浆粕废水 0.55 0.13 ⚫ 通过小试求得： 将上式改写为: b VX QS a VX x v r v = − 6、有机物降解与需氧: 微生物的代谢需要氧：(1)需要将一部分有机物氧化分解； (2)也需要对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。 需氧量: O a Q Sr b V Xv = ' + ' 2 式中 O2 ——曝气池混合液的需氧量， kgO2 / d ； a'——代谢每 5 kgBOD 所需的氧量， kgO2 / kgBOD5 d ； b'——每 kgVSS 每天进行自身氧化所需的氧量， kgO2 / kgVSS d
上式可改写成 O. S +b=aL b ·X,VX 或 4O2=O b a+b O S 其中 —单位重量污泥的需氧量,kgO2/ kgvSS.d; △O,= QS去除每 kgBOD3的需氧量,kgO2/ kgBODsd ●d',b'值的确定 (1)活性污泥法处理城市污水时的△O2和a,b值 运行方式 b △O 完全混合式 0.71.1 生物吸附法 0.7-1.1 传统曝气法 0.8-1.1 延时曝气法1.4-1.80.530188 (2)几种工业废水的a,b值 废水 石油化工废水 0.75 0.16 合成纤维废水 0.55 0.142 含酚废水 0.56 制浆与造纸废水 0.38 0.092 制药废水 0.35 0.354 酿造废水 0.93 漂染废水 0.5-0.6 0.065 炼油废水 0.55 0.12 「亚硫酸浆粕废水0.40 0.185 (3)试验法 将上述方程式改写成 a'L arBon
上式可改写成: ' ' ' ' 5 2 b a L b V X Q S a V X O srBOD v r v + = + = 或 5 ' ' ' ' 2 2 r srBOD v r L b a Q S V X a b Q S O O = + = + = 其中: VX v O2 ——单位重量污泥的需氧量， kgO2 / kgVSS d ； Q Sr O O = 2 2 ——去除每 5 kgBOD 的需氧量， kgO2 / kgBOD5 d 。 ⚫ a' ,b' 值的确定: (1)活性污泥法处理城市污水时的 O2 和 a' ,b' 值: 运行方式 O2 a' b' 完全混合式 0.71.1 0.42 0.11 生物吸附法 0.7-1.1 传统曝气法 0.8-1.1 延时曝气法 1.4-1.8 0.53 0.188 (2)几种工业废水的 a' ,b' 值: 废水 a' b' 石油化工废水 0.75 0.16 合成纤维废水 0.55 0.142 含酚废水 0.56 制浆与造纸废水 0.38 0.092 制药废水 0.35 0.354 酿造废水 0.93 漂染废水 0.5-0.6 0.065 炼油废水 0.55 0.12 亚硫酸浆粕废水 0.40 0.185 (3)试验法: 将上述方程式改写成: ' ' 5 2 a L b V X O srBOD v = +
四.活性污泥法反应动力学及其应用 ●活性污泥法反应动力学 一可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素 之间的关系 它主要包括 (1)基质降解的动力学,涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系 (2)微生物增长动力学,涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系; (3)还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。 在建立活性污泥法反应动力学模型时,有以下假设 (1)除特别说明外,都认为反应器内物料是完全混合的,对于推流式曝气池系统,则是在此基础上加以修正 (2)活性污泥系统的运行条件绝对稳定 (3)二次沉淀池内无微生物活动,也无污泥累积并且水与固体分离良好; (4)进水基质均为溶解性的,并且浓度不变,也不含微生物 (5)系统中不含有毒物质和抑制物质。 主要介绍: 劳伦斯——麦卡蒂∮ lawrence- McCarty)模式 莫诺德( Monod)模式 酶促反应动力学公式(米一门公式)( Michaelis--Menton) (一)活性污泥反应动力学的基础——米一门公式与莫诺德模式 米一门公式 Michaelis-- Menton提出酶的“中间产物”学说,通过理论推导和实验验证,提出了含单一基质单一反应的酶促 反应动力学公式,即米一门公式 K+s 式中: 酶促反应中产物生成的反应速率 产物生成的最高速率 Kn——米氏常数(又称饱和常数,半速常数) S一一基质浓度。 中间产物学说:E+S<>ES<>E+P 米门公式的图示:
四．活性污泥法反应动力学及其应用 ⚫ 活性污泥法反应动力学: ——可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素 之间的关系； ——它主要包括: (1)基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系； (2)微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系； (3)还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。 在建立活性污泥法反应动力学模型时,有以下假设: (1)除特别说明外，都认为反应器内物料是完全混合的，对于推流式曝气池系统，则是在此基础上加以修正； (2)活性污泥系统的运行条件绝对稳定； (3)二次沉淀池内无微生物活动，也无污泥累积并且水与固体分离良好； (4)进水基质均为溶解性的，并且浓度不变，也不含微生物； (5)系统中不含有毒物质和抑制物质。 主要介绍： 劳伦斯——麦卡蒂（Lawrence—McCarty）模式 莫诺德（Monod）模式 酶促反应动力学公式（米—门公式）（Michaelis—Menton） (一) 活性污泥反应动力学的基础——米—门公式与莫诺德模式 A． 米—门公式 Michaelis—Menton 提出酶的“中间产物”学说，通过理论推导和实验验证，提出了含单一基质单一反应的酶促 反应动力学公式，即米—门公式： K S v S m + = max 式中： v——酶促反应中产物生成的反应速率； vmax ——产物生成的最高速率； Km ——米氏常数（又称饱和常数，半速常数）； S ——基质浓度。 中间产物学说： E + S ES E + P 米门公式的图示：