②对活性污泥反应的机理进行研究，探讨活性污泥对有机底物的代谢、降解过程， 揭示这一反应过程的本质。 13.3.5.2内容 当前，从活性污泥处理系统的工程实践要求考虑，对活性污泥反应动力学的研讨重 点在于确定活性污泥反应速度与各项主要环境因素之间的关系，研讨的主要内容是： ①有机底物的降解速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系： ②活性污泥微生物的增殖速度（亦即活性污泥的增长速度）与有机底物浓度、微 生物量等因素之间的关系。 13.3.6有机底物降解动力学 13.3.6.1莫诺方程式(Monod) Monod是一位法国学者，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。在取得大量实验数据的基础上，提出了微生物生长过程中微生物生长速 度，4与底物浓度S之间关系式： μ=AmsK,+S 4一微生物比增殖速率，即心1山=4，即单位生物量的增殖速率，口 X “m一微生物最大比增殖速度() K一饱和常数，即当μ=“时的底物浓度，故又称半速度常数（质量/容积） S—有机底物浓度（质量/容积） 在一切生化反应中，微生物增长是底物降解的结果，彼此之间存在着一个定量关系。 可以设定微生物的比增殖速度“与底物的比降解速度y呈比例关系，即：“∝v或 =yv,v与s的关系可用米-门公式表达。 13.3.6.2米-门方程式 1913年前后，米歇里斯和门坦(Michaelis and Menten)在前人工作基础上，采用纯 酶做了大量动力学实验研究，在废水处理中，采用微生物浓度X代替酶浓度E,提出了 有机物比降解速率v与底物浓度S间关系式： y=Vm Ks+S 。一有机物底物的比降解速度。一。=一合 11
v一有机底物的最大比降解速率 S—有机底物浓度 Ks -半速率常数，对应底物浓度S=Ks时，v= 2 对废水处理而言，有机物降解是其基本目的，故上式实际意义大。底物比降解速度 v比微生物比增殖率μ更实际，应用性更强。 按物理意义：上—比降解速率 v=-1dsd(s.-s) xdt Xdt So -原污水中有机底物的原始浓度 S—经1时反应混合液中残存的有机底物浓度 —活性污泥反应时间 X—混合液中活性污泥总量 ds XS 由上两式，则下式成立： K:+5 S一有机底物降解速率（单位时间的有机物浓度下降量） 13.3.6.3讨论 对4=f(S),v=f(S)函数关系，两种极限条件下的推论。 ①在高浓度条件下，S>K, 由弯X行5和5》水得空=X 令K,=W,则-S=K,X V=V 说明： ·在高浓度有机底物的条件下，有机底物以最大速率y进行降解，而与有机物 浓度无关，呈零级反应，此时，再增加底物浓度S,v不变（图4-11中S”-S区 域)。原因：此时微生物处于对数期，其酶系统已被有机物饱和。 ·在高浓度有机物条件下，有机物降解速度与污泥浓度（生物量X)有关，并呈 一级反应，即X↑→S↑。 ②在低浓度条件下S<K,则Ks+S=K
由留5和5<K得容骨 XS 水， ds v=- 说明： ·在低浓度有机底物的条件下，有机物降解遵循一级反应，有机物含量成为有机 物降解控制因素，此时，混合液中$不高，微生物增殖处于减速增殖期，微生 物酶系统未被饱和，在S-0,S=S这样的一个区域，故S↑→v↑。 ●随着S↑，v不再按正比上升，呈混合级反应0~1级间。 莫诺得方程式是通过单一底物的纯菌种培养实验而得，而活性污泥处理系统的微生 物是多种属微生物群体，污水中的有机底物也是多种类的.60~70年代，劳伦斯Lawrence 等人将Mood方程引入污水生物处理领域，证实是完全适用的。 EcKenfelder认为，对城市污水活性污泥处理系统(COD<400mg/L,BOD5<300nmg/L ),用下式描述是适宜的。 积分得：加K, S=Se-h 该式表示经t时活性污泥反应后，混合液中残留有机底物浓度 该式是劳伦斯一麦卡蒂模式的基础概念。 13.3.7完全混合系统的物料平衡（质量平衡方程） 13.3.7.1完全混合系统的物料平衡 ①一般概念 在限定容积内物质的一般非稳态质量平衡方程式为：输入·输出+生成=积累 物质进入限定。物质离开限定+在限定容积内=在限定容积内 容积的流动速度 容积的流动速率 物质j的积累速率物质j的净生成速度 (摩尔时间)或（质量时间） (摩尔时间)或（质量时间） 当已知化学计量关系，如大部分化学反应，在质量平衡方程中最好使用ol单位 可当分子量和化学计量关系不绝对清楚时，可能需要使用质量单位，如微生物参与 的反应。 质量平街方程m,-m+r北-合，-合C,北 m格，m, 一是进口和出口处物质的质量流动率，质量/时间
「'，—为以质量单位表示的物质j的生成速率 V。一为限定容积 M—为限定容积内物质j的总质量 C,一为物质j的质量浓度 ②完全混合活性污泥系统的物料平衡 对图413所示完全混合系统，以曝气池为研究对象，在稳定条件下，对S底物作 物料平衡。 所谓稳定，意味着任何组分按时间和变化率为零，即崇积项0。 物料平衡关系： 反应器中的 =讲水带入的。出水带走的 ·在曝气池中生物反应 基质变化 基质增量 基质量 去除的基质量 S.Q ROSe - (Q+RQ)Se 0 进入 输出 反应生成 崇积 (mg/Lm5=mgS） （m.mg业=g1s) S,Q+RQS.-(Q+RQ)S.--rv--vS 意义： 基质$进入和排出反应器的质量流率的差值，是由于S在反应器中的消耗所造成的。 整理上式，可得：S,-S.-S V d 在运行稳定条件下，完全混合曝气池内各质点的有机物降解速率是一个常数，为减 速增殖期。由上述几式可得：S二SS一9=K,S X Ea停.w XS。 则以BOD去除量为基础的BOD污泥去除负荷率(N)为： S (kgBODs/kgMLSS-d)
上式乘X,得容积去除负荷率(N): N-.-5.-k,X5.-vKK. SX 对S,-S-S-3=K,3进行整理后得：。= XV X S。1+K,X7 KX 式中：Q—污水流量，m/d —曝气池容积，m3 。一反应时间，d 一有机底物降解率，% S一原污水中有机底物浓度，mgL S。一处理水中有机底物浓度，mgL 13.3.7.2常数值K2、Vms及K值的确定：图解法 K2、y及K,等值，对一定的污水来说，为一常数值，一般通过实际运行污水厂的 运行数据或试验数据进行分析、加工推导出。 ①K,值确定 由NS-=K 通过图解法确定K,即将S一3=K,S,按=m直线方程形式考忠 将运行或实验数据：几组S、S。、X及t等代入得图414图线。 直线通过坐标原点，其斜率即为K值。 ②yr、K,值确定 式5一83衣+5取倒数甜3-化十 直线方程)=成+6考，则”是随变的线性数 S