活性污泥反应动力学及工艺的设计与计算

活性污泥反应动力学活性污泥反应动力学活性污泥反应动力学活性污泥反应动力学是以酶工程的米凯利斯是以酶工程的米凯利斯—门坦门坦方程和生化工程的莫诺方程为基础。它能够通过数方程和生化工程的莫诺方程为基础。它能够通过数学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统有机物降学式定量地或半定量地揭示活性污泥系统有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以环境因素之间的关系。参数以环境因素之间的关系。在应用动力学方程时，应根据具体的条件，包括所在应用动力学方程时，应根据具体的条件，包括所处理的处理的废水成分废水成分、温度温度等近行等近行修正修正或实验确定动力或实验确定动力学参数。学参数。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。莫诺特莫诺特(Monod)(Monod)方程式方程式法国学者法国学者MonodMonod于19421942年采用纯菌种在培养基稀溶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：长速度和底物浓度间的关系式：μ=µ=µmaxmaxS/KS/KS+S+S微生物在对数期和静止期的典型生长模式。微生物在对数期和静止期的典型生长模式。式中：式中：µ为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度为微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度.µmaxmax为微生物最大比增长速度；为微生物最大比增长速度；KS：饱和常数，为：饱和常数，为μ=1/2=1/2μmaxmax底物浓度，故又称底物浓度，故又称半速度常数。半速度常数。S：底物浓度。：底物浓度。讨论：讨论：（1）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限）当底物过量存在时，微生物生长不受底物限制。处于对数增长期，速度达到最大值制。处于对数增长期，速度达到最大值,为一常数。为一常数。∵S>>S>>KS、KS+S≈S∴+S≈S∴μ=umax=umax。此时反应速度和底物浓度无关，呈此时反应速度和底物浓度无关，呈零级零级反应，反应，即n=0n=0。（2）当底物浓度较小时，微生物生长受到限制，）当底物浓度较小时，微生物生长受到限制，处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正。处于静止增长期，微生物增长速度与底物浓度成正。∵S＜＜＜＜KS、KS+S≈Ks+S≈Ks∴μ=μmaxS/Ks=KSmaxS/Ks=KS此时，此时，μ∝S∝S，与底物浓度呈一级反应。，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）随着底物浓度逐步增加，微生物增长速度和底物浓度呈底物浓度呈μ=μmaxS/Ks+SmaxS/Ks+S关系，即不成正比关系，关系，即不成正比关系，此时此时0＜n＜1为混合反应区的生化反应。为混合反应区的生化反应。上述研究结果，与米上述研究结果，与米—门方程式十分相近。门方程式十分相近。米—门方程式为：门方程式为：V＝VmaxS/Ks+SVmaxS/Ks+Smonodmonod方程的结论使米一门方程式引入了方程的结论使米一门方程式引入了废水工程的理论中。废水工程的理论中。具体推导如下：∵Y＝dx/ds=(dx/dt)/(ds/dt)=r/q=(r/x)/(q/x)=µ/V。式中：dx为微生物增长量；dx/dt为微生物增长速率（即r）；r/x＝µ，即微生物比增长速度；ds为底物消耗量；q＝ds/dt，为底物降解速度；v＝q/x，为底物比降解速度。∴µ＝YVµmax＝YVmax；带入μ=μmaxS/Ks+S得：V＝VmaxS/Ks+S即米一门方程式。劳伦斯劳伦斯—麦卡蒂模式的基础概念麦卡蒂模式的基础概念建议的排泥方式建议的排泥方式有两种剩余污泥排放方式：有两种剩余污泥排放方式：传统的排泥方式；传统的排泥方式；劳伦斯劳伦斯—麦卡蒂推荐的排泥方式。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，所得回流污泥淀池的负荷，有刊于污泥浓缩，所得回流污泥的浓度较高。的浓度较高。