第八章活性污泥法

1、第八章 活性污泥法本章重點(diǎn)：（1）建立活性污泥法有關(guān)MLSS增長速率與BOD減少速率兩個(gè)基本公式的邏輯基礎(chǔ)，（2）CSTR型與活塞流型活性污泥法。§8.l 活性污泥法的基本概念1基本流程 活性污泥法是利用懸浮培養(yǎng)體來處理廢水的一種生物化學(xué)工程方法，用與去除廢水中溶解的以及膠體的有機(jī)物質(zhì)?；钚晕勰喾ㄊ且环N通常所稱的二級(jí)處理方法，它接納從初次沉淀池的來水進(jìn)行需氧生物氧化處理。完整的活性污泥廠一般包括了初次沉淀池以及除砂等初次處理設(shè)備。但是根據(jù)廢水的特性，初次沉淀池有時(shí)可以省略?；镜幕钚晕勰喾ㄈ鐖D81所水，共有六個(gè)組成部分。說明如下：廢水混合液反應(yīng)器（需氧生物氧化）二次沉淀池（固液分離）

2、處理后廢水氧源分散空氣 或氧氣混合作用廢棄污泥回流污泥沉淀污泥廢棄污泥 圖8-1 活性污泥法基本流程圖(1)發(fā)生需氧生物氧化過程的反應(yīng)器。這是活性污泥法的核心部分。這個(gè)反應(yīng)器也就是一般所稱的曝氣池。(2)向反應(yīng)器混合液中分散空氣或純氧的氧源。空氣或氧氣以壓力態(tài)或大氣常壓態(tài)進(jìn)入混合液中。 (3)對(duì)反應(yīng)器中液體進(jìn)行混合的設(shè)備或手段。(4)對(duì)混合液進(jìn)行固液分離的沉淀池，把混合液分成沉淀的生物固體與經(jīng)處理后的廢水兩部分。這一沉淀他稱為二次沉淀池或二沉池。 (5)收集二次沉淀池的沉淀固體并回流到反應(yīng)器的設(shè)備。(6)從系統(tǒng)中廢棄一部分生物固體的手段。廢水進(jìn)水與從二沉池回流來的污泥混合后進(jìn)入反應(yīng)器，所以反應(yīng)

3、器中的液體稱為混合池。反應(yīng)器中是一個(gè)多種生物的混合培養(yǎng)體包括細(xì)菌、原生動(dòng)物、輪蟲和真菌。細(xì)菌起向化廢水中絕大部分有機(jī)物的作用，即把有機(jī)物轉(zhuǎn)化成細(xì)胞物質(zhì)的作用而原生動(dòng)物及輪蟲則吞食分散的細(xì)菌。使它們不在二沉池出水中出現(xiàn)。有機(jī)物轉(zhuǎn)化成的生物團(tuán)必須在二沉池中沉淀出來才能完成廢水處理的目的，這就要求細(xì)菌能粘結(jié)成為沉淀性良好的生物絮體。所以，二次沉淀池沉淀效果往往成為影響活性污泥法出水水質(zhì)的一個(gè)重要因素。二沉池出水的溶解性BOD5一般低于5mgL，但加L其中含有出沉淀不完全而帶出的生物團(tuán)固體，出水購買際BOD5可能高于20 mgL?；镜幕钚晕勰喾ㄊ怯脕砣コ加袡C(jī)物的生化需氧量的，但也用于去除含氮有機(jī)

4、物的生化需氧量，即產(chǎn)生硝化過程的作用。硝化一般屬于三級(jí)處理的范圍。硝化可以在圖81所示的流程中完成，但其停留時(shí)間比不用硝化的系統(tǒng)長。這種系統(tǒng)稱為單級(jí)硝化系統(tǒng)。另外，還可把圖8l所示的兩個(gè)系統(tǒng)串連起來，第一級(jí)去除含碳物質(zhì)的BOD，第二級(jí)為硝化過程，這種系統(tǒng)稱為二級(jí)硝化系統(tǒng)，見圖813。2廢水處理中的“微生物”術(shù)語及其定量表示方式“微生物”一詞并不是一條生物分類學(xué)的術(shù)語，只能從詞義上解釋為指需借助于顯微鏡才能看得見的生物。因此，“微生物”一詞與分類學(xué)上生物類別之間就不會(huì)有很清楚的對(duì)等涵義。例如，微生物中包括了分類學(xué)上屬于藻類的植物，但是有的藻類尺寸很大，以致不能稱為微生物。 在微生物或生物化學(xué)工程

5、有關(guān)的書刊中，只在少數(shù)情況下把細(xì)菌和微生物兩條詞比較清楚地區(qū)別開來用，但往往不加區(qū)別。總的來說，在“微生物”以及由它構(gòu)成的復(fù)合術(shù)語中，“微生物”本身并不具有嚴(yán)格的涵義，只有從它所描述的現(xiàn)象和有關(guān)術(shù)語的來源中，才能找出它們所指的具體內(nèi)容。廢水處理中微生物量的表示方式最早是采用MLSS，即混合液懸浮固體濃度，但因?yàn)樗跍y(cè)定過程中免不了包括無機(jī)的懸浮固體，所以它不能很好地表示混合液中微生物的含量。于是采用MLVSS，即用混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度來表示微生物的含量。近年來，有人認(rèn)為，MLVSS在測(cè)定過程中仍然免不了包括一些并無生命活動(dòng)的有機(jī)固體，所以用MLVSS米表示混合液中微生物的含量仍然有誤差，因

6、而主張采用只有活的生物才具有的脫氧核糖核酸(DNA)的含量來表水混合液中的微生物量。然而，DNA的測(cè)定技術(shù)很復(fù)雜，在廢水處理工程中很難普及，所以除非特殊研究需要，目前在廢水處理中仍多以MLVSS來表示微生物的含量。3活性污泥法中的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)活性污泥法過程中，廢水中所含的有機(jī)物和懸浮培養(yǎng)體雖然也分別相當(dāng)于第七章中所指的底物和細(xì)菌培養(yǎng)物，但由于廢水成分復(fù)雜，培養(yǎng)物又是多種的。它們間還不能直接等同起來。本節(jié)內(nèi)容就是結(jié)合廢水處理的特點(diǎn)、對(duì)底物和細(xì)菌培養(yǎng)物賦以新的涵義，在這個(gè)基礎(chǔ)上，得出廢水處理可以直接應(yīng)用的生物動(dòng)力學(xué)關(guān)系。首先是關(guān)于底物濃度的概念。在第七章有關(guān)的公式中，是指限制營養(yǎng)物的濃度。在廢水

7、處理中，限制營養(yǎng)物多是有機(jī)物，由于有機(jī)物濃度成分很復(fù)雜，所以廢水處理中以生化需氧量濃度來代替有機(jī)物濃度，個(gè)別情況下，也有用COD濃度代替有機(jī)物濃度的、目前常用的是BOD5。但本書中采用總生化需氧量BODL代替有機(jī)物濃度。原因是，BOD反映了廢水中能被生物降解的有機(jī)物的實(shí)際濃度，同時(shí)按第七章的測(cè)定方法，BODL的測(cè)定也比BOD5迅速。此外，如上所述，在活性污泥法中用混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度MLVSS代表細(xì)菌濃度X，并改用大寫X表示。因?yàn)樵诨钚晕勰喾ㄖ械奈⑸锸遣捎米匀贿x樣即“適者生存，不適者死亡”的方式培養(yǎng)的，所以在混合液中的多種細(xì)菌和多種有機(jī)物底物之間，勢(shì)必一一相對(duì)應(yīng)地存在著Monod關(guān)系式。

8、這樣，當(dāng)用MLVSS代替總的活細(xì)菌濃度和用BOD代替總的有機(jī)物底物濃度時(shí)，其總結(jié)果也應(yīng)當(dāng)仍然符合單一底物和單一菌種間所存在的基本天系。這一結(jié)論的正確性可證明如下。先寫出單一底物和單一菌種間的Monod關(guān)系式，即式（7-9）：在值相對(duì)于較小時(shí)，上式分母中的可以忽略。又因?yàn)?，故得式中，k為常數(shù)，以式(622)代入上式得式中，y及k都是常數(shù)，從這等式可以寫出廢水中第i種底物與第j種細(xì)菌的關(guān)系如下： (8-1)假定廢水中有機(jī)物成分不變，那么，可進(jìn)一步假定每種細(xì)雨在全部細(xì)菌總濃度x中所占的比例也不變，即·x,為另一常數(shù)，代入式(81)得：(8-2)式中，,為第種底物的常數(shù)。這一方程代表了第種底

9、物與細(xì)菌總濃度x的關(guān)系。如果假定各種底物的值基本一樣,則將各種底物的方程(82)相加起來后可得下列入程式： (83)式中，代表各種底物的濃度和。如果令表混合液單位揮發(fā)性固體質(zhì)量中細(xì)菌細(xì)胞所占的分?jǐn)?shù)，則細(xì)菌細(xì)胞的濃度為(MLVSS)，又令表示活細(xì)菌在(MLVSS)中所占的分?jǐn)?shù)，則活細(xì)菌的濃度x=(MLVSS)。又以或代替,則式(83)可與成下列形式： (84)式中用k代替以包含BOD與有機(jī)物濃度數(shù)值間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。由于是一個(gè)常數(shù)，比較式(84)及式(81)可以看出，用MLVSS代替活細(xì)菌濃度，BOD代替有機(jī)物濃度的結(jié)果。仍然符合單一底物與單一菌種間存在的基本關(guān)系(81)。 同樣，也可以采用MLSS

10、來替代活細(xì)菌的濃度。因?yàn)闇y(cè)定MLSS比MLVSS簡單一些，本書以后公式都是以x代表MLSS 按上面的解釋，并以 ，分別代表非集團(tuán)狀的MLSS增殖率及濃度的去除速率，則可得到下列一組方程： (8-5) (8-6) (8-7)式中(8-5)兩邊除以x,則得比增殖率的表達(dá)式為：= (8-8)式中以代替。同樣，利用式（8-6）關(guān)系，比照式（8-5）及式（8-8）可以把表示的有機(jī)物去除速率比去除速率的表達(dá)式寫成：= (8-9)= (8-10)式中，為的極限值。當(dāng)x代表MLSS集團(tuán)時(shí)，相應(yīng)的公式求法如下。§7-5為了繞過求微生物集團(tuán)內(nèi)底物濃度的分布函數(shù)，引人了有效系數(shù)E所得通量的關(guān)系式(731)

11、N=。通量的單位為質(zhì)量每時(shí)間·面積，如果撇開單位面積不論，這一關(guān)系的兩邊都看成有機(jī)物的去除速率。仿照式(731)，可以把式(89)寫成= （8-11）同樣，式(88)也可以寫成：= （8-12）為了便于進(jìn)行試驗(yàn)，式(811)中E可以合并為一常數(shù)k因此得：=(8-13)同樣，把式(812)中E用另一常數(shù)代表，則得：=（8-14） 這樣單一限制底物濃度及單一菌種濃度x的及通過對(duì)于及x涵義的改變及有效系數(shù)E的概念，最后變成及的表達(dá)式(813)及(814)。在這種新關(guān)系下，仍然得到下列式子：= （8-7）這一式子中的及b因此具有新的涵義，其求法見§82。在活性污泥法中，當(dāng)有機(jī)物濃度

12、相對(duì)于飽和常數(shù)K較小時(shí)，式(810)近似于一級(jí)反應(yīng)方程式= （8-15）Kckenfelder將稱為平均反應(yīng)速率系數(shù)= (8-16)有關(guān)上述的各生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)均可采用如圖73所示的恒化器求得。另外，本書在討論時(shí)雖然以BODL代表有機(jī)物濃度。MLVSS代表微生物濃度，但試驗(yàn)時(shí)，有機(jī)物濃度P可以用BODL,BOD5,COD或其它方法表示，微生物濃度可以用MLVSS、MLSS或其它方法表示。當(dāng)然，表示方法不同,求得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值也必然不一樣。表82、表83、表84分別為所收集到的活性污泥法處理廢水的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)。表82 20時(shí)生活污水的生物動(dòng)力學(xué)常數(shù)b/d-10.350.450.050.10682

13、5100 * K值基準(zhǔn)為COD表83 混合培養(yǎng)物Monod方程參數(shù)值廢水類別/h-1/mg.L-1值基準(zhǔn)生活污水0.160.42260COD生活污水0.55120BOD5家禽廢水3500BOD5大豆廢水0.5355BOD5紡織廢水0.2986BOD5表84 廢水的平均反應(yīng)速率系數(shù)的典型值廢水類別/L值基準(zhǔn)生活污水10.813.7BOD5啤酒廠廢水2.2BOD5植物油廢水3.1BOD5脂肪提煉廢水15BOD5焦化廠粗氨水11COD含酚廢水0.92BOD5制漿和造紙廢水4.17BOD5紡織廢水1.5BOD5醫(yī)藥廢水2.15.7BOD5化學(xué)工業(yè)廢水1.42BOD5有機(jī)化學(xué)廢水0.50.73BOD5石

14、油化工廢水2.42.8BOD5煉油廢水3.510BOD5四乙基鉛廢水7.1BOD5硫代硫酸鹽1.12.1COD4活性污泥系統(tǒng)性能的控制因素活性污泥系統(tǒng)的性能受許多工藝過程因素的控制，其中包括內(nèi)部的和外部的工藝過程限制條件。內(nèi)部因素有傳氧和混合狀態(tài)，生物絮體的沉降和縮性能底物的代謝速率等。外部的因素有曝氣池的容積與構(gòu)型，曝氣池與二次沉淀池的組合形式以及廢水特性的波動(dòng)等。任何事物都是外因通過內(nèi)因起作用的，所以控制活性污泥系統(tǒng)性能的主要因素是前一類內(nèi)部的因素。(1)底物的代謝速率 底物的代謝速率主要取決于系統(tǒng)的生物動(dòng)力學(xué)條件。從處理廢水的角度講，人們總是希望底物的代謝速率越快越好，也就是微生物絮體的

15、增殖率越快越好，因?yàn)檫@樣可以使廢水處理的歷時(shí)(水力停留時(shí)間)縮短，從而使所需的處理設(shè)備容積減小?；钚晕勰嘞到y(tǒng)處理城市廢水的實(shí)踐證明，只要保證微生物處于完全需氧狀態(tài)(傳氧的限制將在下面討論)。微生物的增殖率就相當(dāng)高，即底物能夠被代謝的速率可以相當(dāng)快。因此，可以認(rèn)為，在保證傳氧的條件下，處理城市皮水的活性污泥系統(tǒng)不受有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)的控制。(2)生物絮體的沉降和濃縮性能 活性污泥系統(tǒng)要求產(chǎn)生沉降和濃縮性能良好的生物絮體，以便保證有足夠高濃度的回流污泥和滿足要求的低懸浮物含量的出水。生物絮體的沉降和濃縮特性直接取決于絮體的粒度相特性，從這個(gè)角度講，人們希望生物絮體的粒度越大越密實(shí)越好。然后，生物絮體

16、的粒度和特性，對(duì)于某特定污水而言，主要取決于生物生長動(dòng)力學(xué)和曝氣池中的紊動(dòng)與剪力水平?；钚晕勰嘞到y(tǒng)中生物絮體形成的機(jī)理迄今尚不十分明了。Tenny、Pavani、Busch等人在他們的試驗(yàn)中得出結(jié)論認(rèn)為，絮體是由于細(xì)菌內(nèi)源代謝分泌的聚合物在微生物之間起粘膠劑作用的結(jié)果，因此只有當(dāng)內(nèi)源代謝聚合物與微生物成適當(dāng)比例時(shí)才能形成良好的生物絮體。如果微生物的增殖率過高，內(nèi)源代謝分泌的聚合物不足以粘連新增殖的微生物，使不對(duì)能形成良好的絮體。反之，如果微生物食料過低，內(nèi)源代謝所產(chǎn)生的聚合物質(zhì)被微生物當(dāng)成食物來消耗，則絮體也很難形成。因此，從形成良好沉降和濃縮性能的生物絮體出發(fā)，曝氣池中有機(jī)物的降解速率并不是

17、越快越好，而是應(yīng)當(dāng)適度。 (3)傳氧的限制 活性污泥系統(tǒng)是利用需氧微生物來處理廢水的，這些微生物需要有機(jī)底物、溶解氧和其它一些營養(yǎng)物以維持生命活動(dòng)，因此這些成分在微生物絮體中的擴(kuò)散就顯得很重要。綜合上述三個(gè)控制因素，可以認(rèn)為，最佳的活性污泥系統(tǒng)應(yīng)該是，在保證生物絮體具有良好的沉降和濃縮性能條件下，能供給充足的需氧量來維持盡可能高的底物代謝速率。§8.2 CSTR型活性污泥法直至20世紀(jì)50年代，大多數(shù)曝氣他都是按活塞流池子的概念來設(shè)計(jì)的，池子一般深約4m,寬69.5m，長30100 m。后來發(fā)現(xiàn)，這些池子既不接近活塞沉反應(yīng)器，也不接近完全混合反應(yīng)器。50年代出現(xiàn)的完全混合活性污泥法，

18、改用圓形的、帶有機(jī)械攪拌設(shè)備的曝氣池、這就在概念上屬于CSTR的類型。許多曝氣池都可以按活塞流反應(yīng)器或CSTR來設(shè)計(jì)，因此本章按這兩種理想反應(yīng)器的類型介紹活性污泥法。本節(jié)先介紹CSTR型活性污泥法。1基本方程式圖82繪出了反應(yīng)器為CSTR型的活性污泥法系統(tǒng)。反應(yīng)器沉淀池Q，XiQ wRQQ w廢棄污泥，XQ-Q w，X uQ w, X u圖82 CSTR型的活性污泥法系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器的原廢水流量為Q，其中有機(jī)物濃度為、細(xì)菌質(zhì)量濃度為Xi ?；亓鞅葹镽，流量Q與沉淀池回流流量RQ匯合后進(jìn)入反應(yīng)器。回流中的有機(jī)物濃度為，細(xì)菌質(zhì)量濃度為X u反應(yīng)器中由空氣或純氧進(jìn)行曝氣，其容積為V有機(jī)物及細(xì)菌濃度分別

19、為和X。廢棄污泥流量為，由反應(yīng)器的出水中排出，其中所含有機(jī)物及細(xì)菌濃度也和反應(yīng)器內(nèi)的濃度一樣，分別為和X。由反應(yīng)器出水中廢棄污泥也和由反應(yīng)器中直接廢棄污泥的效果完全一樣，如圖中虛線所示。另外，圖中還用另一虛線提示出由沉淀池底流中廢棄污泥的位置。本書采用從反應(yīng)器出水廢棄污泥的方法，因?yàn)檫@樣容易控制污泥的濃度。由于扣去流量，進(jìn)入二次沉淀他的流量變成-，二沉池出水的有機(jī)物及細(xì)菌濃度分別為，。按8l符號(hào)，以及分別表示反應(yīng)器容積內(nèi)以BODL，表示的有機(jī)物去除速率從以MLSS表示的細(xì)菌增殖率，根據(jù)公式寫出容積V內(nèi)的有機(jī)物及細(xì)菌的物料衡算方程式，得出下列兩個(gè)基本關(guān)系：Q+RQ+V=(1+R)Q+V （8-1

20、7）Q+ RQ+ V=(1+R)QX+V (8-18)在穩(wěn)定狀態(tài)下，及等于零，因此得，Q+RQ+V=(1+R)Q （8-19）Q+ RQ+ V=(1+R)QX （8-20）穩(wěn)定狀態(tài)這一假定很重要，因?yàn)橄旅娴脑S多公式和有關(guān)的參數(shù)都是在這一假定上建立起來的。2細(xì)菌的平均停留時(shí)間和增殖率Rg由表示穩(wěn)定狀態(tài)的方程式(820)可以推導(dǎo)出細(xì)菌的增殖率與另一個(gè)重要概念“細(xì)菌的平均停留時(shí)間”(MCRT)的關(guān)系。MCRT的定義為：= （8-21）MCRT也稱為污泥停留時(shí)間(SRT)。固體停留時(shí)間(solids retention time)或簡稱污泥齡( sludge age)。按圖82的廢棄污泥位置，可表示為

21、：= （8-22a）式中，X表示每天廢棄的污泥量；(-)X e表示每天由二沉池流走污泥量；Xi 則表示由進(jìn)人反應(yīng)器的原廢水所補(bǔ)充的污泥量；當(dāng)由沉淀他底流中排走時(shí)(見圖81)則得 ：= (8-23a)當(dāng)無回流，只0時(shí)得：= (8-24)無回流時(shí)，退化成為反應(yīng)器的水力停留時(shí)間。從的物理概念可知，代表一個(gè)活細(xì)菌在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間，也就是它能夠充分增殖的時(shí)間。由于這個(gè)增殖需要。一個(gè)較長的時(shí)間，所以要把細(xì)菌的培養(yǎng)物絮體從沉淀池中沉淀出來。再問流到反應(yīng)器中，這樣反復(fù)循環(huán)的結(jié)果，就足以把細(xì)菌在反應(yīng)器中的停留時(shí)間不斷增加。由式(822a)及式（823a)可看出，分母中的及值比起或來，大小相差很多，可以忽

22、略,分母的值分別約為X及。因此，通過廢棄污泥流的減小或增加就可以加長或縮短MCRT的時(shí)間，把MCRT值控制在適宜于細(xì)菌增殖的時(shí)間范圍內(nèi)。MCRT值般在314d內(nèi)。這就是活性污泥法需要沉淀池和進(jìn)行回流的理論根據(jù)。在無回流，也不需要沉淀池時(shí)，由于與水力停留時(shí)間相等，這時(shí)的長短必須滿足細(xì)菌增殖的要求。當(dāng)忽略式(822a)及式(823a)中的(-)項(xiàng)時(shí)，則分別得下列的簡化公式：= (8-22b)= (8-23b)簡化式為常用的形式。利用的表達(dá)式，就可從穩(wěn)定狀態(tài)的式(820)推導(dǎo)出細(xì)菌的增殖率與的關(guān)系來。由于式(820)中，可以忽略項(xiàng)。這就得出下列關(guān)系：= (8-25)為了消去上式中的R項(xiàng)，先寫出沉淀池

23、的細(xì)菌物料衡算關(guān)系：(1+R)Q-QX=RQX+(Q-Q)X解R得：R=(1+R)-X-(1-)X （8-26）以式(826)代入式(825)得：=比較上式的右邊方括號(hào)內(nèi)的部分與式(822a)及式(822b)即可得出下列重要關(guān)系：= (8-27a)仿照式(88)得比增殖率公式為： (8-28a)當(dāng)由沉淀池底排走時(shí)，按照同樣的推導(dǎo)過程可得出下列類似關(guān)系：= (8-27b) (8-28b)式(827)及式(828)的涵義是：細(xì)菌的增殖率等于反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度除以污泥齡所得的結(jié)果，而比增殖率則等于污泥齡的倒數(shù)。式(827)也可以解釋為：在污泥齡期間，反應(yīng)器中每升混合液中的細(xì)菌的增殖量即每升混合液中所

24、含的全部細(xì)茵質(zhì)量。這就得出在這兩個(gè)重要的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)間所存在的一個(gè)很簡單的關(guān)系。由于污泥齡的概念具有上述這樣深刻的生物動(dòng)力學(xué)涵義，所以已成為一個(gè)活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。它起了代替另一個(gè)習(xí)用的參數(shù)食料與微生物量比FM，或稱食料與生物量比的作用。FM定義為每天對(duì)單位揮發(fā)性懸浮固體質(zhì)量所施加的有機(jī)物量，用下式計(jì)算： (8-29) FM雖然也稱為單位質(zhì)量的負(fù)荷率(unit mass loading rate)但它的單位實(shí)際是d-1，恰好是污泥齡量綱的倒數(shù)。另外，F(xiàn)M參數(shù)不像MCRT那樣，沒有在穩(wěn)定條件下才能使用的限制，用起來似乎簡單一些，這就是一些使用者所強(qiáng)調(diào)之處。但它的涵義較膚淺，不像那樣

25、，能夠與生物化學(xué)過程的許多參數(shù)聯(lián)系起來。這部分內(nèi)容的進(jìn)一步闡述請(qǐng)見參考文獻(xiàn)5。3和有機(jī)物的去除速率由式(819)解R，得：= (8-30)式中代表VQ，可稱反應(yīng)器的名義水力停留時(shí)間。，及均按有機(jī)物的BODL計(jì)。約等于，說明如下：進(jìn)入反應(yīng)器的有機(jī)物，絕大部分都已轉(zhuǎn)化為細(xì)菌細(xì)胞，反應(yīng)器的出水有機(jī)構(gòu)濃度基本上也就是二沉池進(jìn)水和出水的有機(jī)物濃度。在二沉池中，由于生物絮體沉淀濃縮的結(jié)果，使二沉池底流的細(xì)菌濃度超過進(jìn)水的細(xì)菌濃度X(即MLSS的濃度)數(shù)倍。但是，在二沉淀池中，對(duì)于溶解性的有機(jī)物(也包括膠體物質(zhì))，則不存在沉淀的問題，也不會(huì)有濃縮的現(xiàn)象。因此，底流中有機(jī)物濃度應(yīng)該基本上和近水的有機(jī)物濃度相等

26、；這樣，式(830)中R與R相消掉，因此得：= (8-31a)由式(831)可以直接算出反應(yīng)器的有機(jī)物去除速率來。如果還同時(shí)測(cè)定反應(yīng)器的相應(yīng)X值(MLSS或MLVSS值)，通過式(813)即可求出反應(yīng)器的兩個(gè)生化動(dòng)力學(xué)常數(shù)及來。因此，式(831)提供了活性污泥法試驗(yàn)求設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)。利用式(822b)，可由式(831a)得到和有機(jī)物去除速率的關(guān)系式：= (8-31b)4和產(chǎn)率因數(shù)Y產(chǎn)率因數(shù)Y與污泥齡間也存在一個(gè)簡單的關(guān)系。由式(87)得=即：1=-b由式（8-6）的=,由式（8-7）得=，代入上式整理得Y= (8-32)式(8-32)提供了試驗(yàn)求和b的方法，先將式(8-32)寫成： (8-33

27、)這樣就可以根據(jù)式子繪成一條直線，從而求出和b的值。5反應(yīng)器中有機(jī)物濃度和微生物濃度X以式(813)代入式(87)得：=由上式可解出有機(jī)物濃度的表達(dá)式： (8-34a)以除以式子右邊的分子和分母，并以Y的表達(dá)式(8-32)代人得： (8-34b)下面推導(dǎo)細(xì)菌濃度Y的表達(dá)式：=以式(8-31)的關(guān)系代人上式得：=由上式得出反應(yīng)器中細(xì)菌質(zhì)量濃度X的表達(dá)式：X= (8-35)6討論由式(834)及式(835)可知,當(dāng)活性污泥法的b、四個(gè)生化動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及反應(yīng)器的進(jìn)水有機(jī)物濃度已知后，即可計(jì)算出反應(yīng)器在個(gè)同污泥齡值及水力停留時(shí)間位時(shí)的有機(jī)物濃度、細(xì)菌質(zhì)量濃度X以及產(chǎn)率因數(shù)Y來。因此，活性污泥法的試驗(yàn)就

28、是求出有關(guān)廢水處理的b、四個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并對(duì)之進(jìn)行評(píng)價(jià)?；钚晕勰喾ǖ姆磻?yīng)器也就是根據(jù)試驗(yàn)得出的或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用的這四個(gè)參數(shù)的值來進(jìn)行設(shè)計(jì)。從式(834)看出，當(dāng)分母趨近于零時(shí)，反應(yīng)器的有機(jī)物濃度趨近于無窮大，相應(yīng)的，極小值為： (8-36)實(shí)際上不可能超過變成無窮大，因此應(yīng)解釋為：在污泥齡時(shí)，保持為進(jìn)水的值，即實(shí)際上未來得及發(fā)生生化過程。在這值時(shí)，相此地出現(xiàn)了最小的X值，由式(835)可看出，當(dāng)時(shí)X0，說明細(xì)菌尚未增殖，這是X的極小值。從這些分析可以看出，必須大于 ，否則反應(yīng)器不能起到去除有機(jī)物和增殖細(xì)菌的作用。式(832)雖然 小于時(shí)也可以算出Y值來，但由于小于 的 值實(shí)際上不對(duì)能存在，所以

29、相應(yīng)的Y值也是不存在的。圖83、84及85分別用具體數(shù)據(jù)表示了上面所分析的各種情況，從中可得到更具體的形象概念。圖8-3 CSTR的出水BODL-曲線1圖8-4 CSTR的MLSS-曲線1圖8-5 Y-曲線1§8.3 CSTR型活性污泥法的設(shè)計(jì)本節(jié)討論CSRT型活性污泥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括反應(yīng)器及二次沉淀池的有關(guān)計(jì)算。設(shè)計(jì)資料有：(1)廢水的性質(zhì)，如BODL、氮及磷濃度、PH及水溫等；(2)出水水質(zhì)要求；(3)由試驗(yàn)或其它來源得到的生化動(dòng)力學(xué)常數(shù)、及b；(4)污泥沉降速度數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)所用公式及步驟如下：1確定最短的污泥齡并選用設(shè)計(jì)值 以出水的最大允許BODL值為代入式(834a)即可解

30、出最短的污泥齡為： (8-37)得出后，即可按>的條件，選用幾個(gè)設(shè)計(jì)的值，進(jìn)行下列一系列計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最后進(jìn)行比較選擇，具體過程見例題81。 2.計(jì)算反應(yīng)器容積以VQ代人式(835)可解出反應(yīng)器容積V為：V= (8-38)式中： (8-39)接選定的值代人式(839)即可計(jì)算出相應(yīng)的反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物濃度式(838)中的即用這一計(jì)算值。從式(838)看出，在已知后(即選定后)，對(duì)不同的微生物質(zhì)量濃度X，相應(yīng)地存在反應(yīng)器容積V。因此，對(duì)于個(gè)選定的值，還要同時(shí)選擇幾個(gè)X值構(gòu)成一組，這樣就計(jì)算出對(duì)應(yīng)的一組反應(yīng)器容積V來。選擇幾個(gè)值就得出幾組容積V。3.計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)氧的攝入率本書中以BODL

31、代表有機(jī)物的濃度，它的去除速率R0成為負(fù)值，所以-R0代表去除速率的絕對(duì)值應(yīng)為正值。由73知道，-R0中包括了有機(jī)物轉(zhuǎn)化為細(xì)菌細(xì)胞物質(zhì)后所攝人的那部分需氧量，這部分需氧量的攝人速率為1.41，從-中扣除1.41后就代表了反應(yīng)器氧的攝入率。這就得出攝入氧的速率R為-1.41=-R0+1.41 Y=-(-1.41 Y)。如果不考慮負(fù)號(hào)，氧的攝入率可表示為：R= (8-40)式子中取下式的絕對(duì)值：= (8-41)式子(8-41)可用于計(jì)算。從式子(8-41)可看出對(duì)于不同的X值有一個(gè)相應(yīng)的R。也就是說，對(duì)一個(gè)選定的值所算出的一組反應(yīng)器容積V，也相應(yīng)地存在一組R值。4二次沉淀池的設(shè)計(jì)二次沉淀池的設(shè)計(jì)利

32、用第五章的固體通量法。先根據(jù)沉淀試驗(yàn)所得的固體下沉速率及固體濃度的數(shù)據(jù)計(jì)算固體通量，然后再假定幾個(gè)不同的底流速度u，作總固體通量曲線，得出幾個(gè)不同的底流固體通量構(gòu)成一組。沉淀池的面積可由下列物料衡算關(guān)系略去項(xiàng)得出(參照?qǐng)D82)：(1+R)-X=A+(-)XA= (8-42a)由上式可看出，在固定的條件下，對(duì)選定的每一個(gè)X可算出一個(gè)面積來。因此，對(duì)每一個(gè)求得的值，再按照設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)所選擇的那一組X值計(jì)算，就可算出一組對(duì)應(yīng)的值來。回流比R可利用二沉池的下列近似的物料衡算關(guān)系得出： R= (8-43a)當(dāng)由沉淀池底流排出時(shí)，相應(yīng)的及R的表達(dá)式為：A= (8-42b)R= (8-43b)在大多數(shù)情況下

33、，,式(8-42a)，式(8-43a)，式(8-43b)分別化簡成：A= (8-42b)R= (8-43C)二次沉淀池的面積已知后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用沉淀池深度后可以得出它的容積來。 5設(shè)計(jì)統(tǒng)合(design integration)為了對(duì)活性污泥法進(jìn)行整體的評(píng)價(jià)比較，應(yīng)將各種條件下的總池容(反應(yīng)器容積V+二沉池容積)計(jì)算出來這種過程稱為設(shè)計(jì)統(tǒng)合。見下面例題：例題81 工業(yè)廢水的分析及處理試驗(yàn)資料如下。流量為106L/d出水的最大允許B0D為10mg/L。確定活性污泥法處理的MLSS、及氧攝入率1。a廢水特性：總BOD 400mgL(溶解性)；有機(jī)N 60 mgL；PO4-3 30mgL；PH 7.

34、0；溫度 20b動(dòng)力學(xué)參數(shù)：2.0d-1；K5mgL；YG0.4;b=0.06d-1c污泥沉降速度v2.7-0.00026X cmmin解 (1)確定400mgLBODL，折合C為400×(1232)150mgL。按表51得出C：H：P50：14：3的比例得N及P分別為42mgL及9mgL。廢水中N為60mgL，超過了42mgL。廢水中PO4-330mgL，以P 計(jì)為32(32+4×16)×3010 mgL，也超過了9mgL。故碳150mgL為限制生長元素的濃度。由式(837)得最短污泥齡為=2.1b故設(shè)計(jì)的，應(yīng)大于2.1d，取3d、6d、9d及15d進(jìn)行比較計(jì)算

35、(2)計(jì)算反應(yīng)器容積V以3d代人式(839)得反應(yīng)器濃度=4.8mg/L濃度X選用2000、4000、6000、8000及10000mg/L。X=2000mg/L的容積計(jì)算如下V= =201m(3)計(jì)算氧的攝入率R先計(jì)算3d時(shí)的Y值Y=0.34由式(841)得X=2000時(shí)的R0值為=1961由式（8-40）得出R為：R=1021 (4)二次沉淀池的設(shè)計(jì)由污泥沉降速度=(2.7-0.0026X)cmmin關(guān)系X最大值可取10000 mg/L。由式(5105)，取底流速度u為0.2、0.4、O.8及1.6cmmin, X仍用2000、4000、6000、8000及10000作X曲線，得圖86。由

36、圖看出，X曲線與uX線外延為X105000處才相交，相交點(diǎn)X10500mg/L,即底流濃度。(10500mg/L相當(dāng)于圖537的，又聞86的X曲線不是圖527的典型形式，所以不能用Yoskioka法求)10500mg/L與uX線的交點(diǎn)即值。為了計(jì)算二次沉淀池面積，先按公式(843c)計(jì)算R0，當(dāng)X=2000mg/L，X010500mg/L時(shí)，由式（8-42b）計(jì)算沉淀池的面積得：圖 8-6 -X曲線由A=82m圖86得：2.1mg/cm2.min折合為(2.1×104×60×24)mg/cm2.d其余計(jì)算結(jié)果見表86。表中沉淀池容積是按一般池深2.5m計(jì)算的。為了

37、選擇合理的停留時(shí)間，對(duì)表86的二次沉淀池容積進(jìn)行停留時(shí)間計(jì)算： (8-44)圖 8-7 -X曲線(5)設(shè)計(jì)統(tǒng)合由上面的計(jì)算得出了各種在理論條件下的反應(yīng)器及沉淀池容積，它們又可以進(jìn)一步組合起來得出許多個(gè)反應(yīng)器與沉淀池的總?cè)莘e理論值。例如表81中=3d，X從2000到10000mgL的五個(gè)反應(yīng)器容積，可以和表83中u=0.2cm/min，X從2000到10000mgL的五個(gè)沉淀他容積，組合成五個(gè)(+)解。同樣，3d的五個(gè)反應(yīng)器容積V分別與u=0.4 0.8 1.6cm/min的沉淀池容積也能組合起來，分別得到五個(gè)(+)解。這一共為20個(gè)解。當(dāng)=6d，10d及15d時(shí)，同樣也可分別得出20個(gè)解?？傆?jì)

38、為80個(gè)解。但是，這些解中，大部分是理論上存在，而實(shí)際上是不可能采用的。如由圖87可看出，由于一般二次沉淀池的停留時(shí)間都在1.5h左右。所以在u=0.8cm/min以下的沉淀池容積大都不能采用。另外，總傳質(zhì)系數(shù)a。值一般都在0.0020.003s-1范圍內(nèi)，如果推動(dòng)力(-)為6mg/L(水中溶解氧濃度P按2mg/L,飽和濃度按8mg/L估計(jì))，由公式(458)得到單位池容的氧氣傳遞量分別為MO20.002*6*864001037mg/L·d及Mo2：0.003*3*864001555 mg/L·d。因此表82中所算得的值必須在這一范圍內(nèi)，才具有實(shí)際意義。這樣，又把+的解進(jìn)一

39、步加以限制，圖88表示出這一情況。由圖中可看出，為了滿足a的要求，X值必須小于6000mgL。根據(jù)上面分析，可以采用的設(shè)計(jì)+。值應(yīng)是u=1.6cm/min和X<6000mg/L。圖89繪出了這一情況。容積計(jì)算見表85。圖 8-8 -X曲線圖 8-9 （+）-X曲線表8-5 （+）計(jì)算（=1.6cm/min）=3d=6d=10d=15d2000 28202 230346 374498 526629 6574000 70101 171173 243249 319314 3846000 15067 217115 265166 316210 3608000 36350 41387 450125

40、488157 52010000 226540 230569 2334100 2365126 2391§8.4 活塞流型活性污泥法1基本方程式活塞流模型活性污泥法見圖810。廢棄污泥仍然表示為從反應(yīng)器出水排走及從沉淀池回流排走兩種情況。反應(yīng)器為長條形池子，橫斷面積為A，長度為L。反應(yīng)器的水平流速U=QA。整個(gè)池子的(水力)停留時(shí)間為=L(QA)，在池子長x處的(水力)停留時(shí)間為x(QA)。因此，用、分別表示池長x處的BODL及MLSS濃度、表示反應(yīng)器出水的BODL及MLSS濃度，其余符號(hào)同圖82。寫出容積Ax的有機(jī)物物料衡算方程式得圖810 活塞流活性污泥法系統(tǒng)(1+R)+Ax

41、3;R=(1+R) (8-45)化簡得出： (8-46)同樣，由容積Ax的細(xì)菌物料方程式可得出MLSS濃度X的下列關(guān)系： (8-47)式子中，為細(xì)菌的增值率。在穩(wěn)定狀態(tài)下式（8-46）及式（8-47）分別化簡成 (8-48) (8-49)以式（8-13）和（8-14）的、關(guān)系分別代入得出=(8-50)=(8-51)2細(xì)菌的平均停留時(shí)間與增殖率活寒流反應(yīng)器的MLSS濃度X值是沿池長變化的，因此，應(yīng)該按這個(gè)特點(diǎn)來定義。假定把反應(yīng)器的容積沿池長分成n段相等的微容積Vn，以、分別表示每段微體積中的MLSS濃度，則得MCRT，的定義為：=以代替X的平均值得：= (5-52a)當(dāng)從沉淀池底流中廢棄污泥時(shí)=

42、 （5-53）假定，得出與CSTR系統(tǒng)同樣的公式：= (5-52b)由式（8-49）同樣把反應(yīng)器沿池長分n段，得出以下式子： (8-54)式中以V代替n(Ax)。X*可表示為：= (8-55a)當(dāng)忽略原廢水的MLSS濃度Xi 時(shí)得：= (8-55b)因此得：- (8-56) (8-57)當(dāng)忽略二次沉淀池所流出的MLSS量（Q- Q）,則得出二次沉淀的物料衡算關(guān)系為：(1+R)Q-QX=RQX由此式得：(1+R)QX-RQX= (8-58)比較式（8-57）（8-58）的左邊，可以得出下列關(guān)系：由前面的假定及式（8-52b）得： (8-59) (8-60)式中，為平均比值增值率。3. 和產(chǎn)率系數(shù)

43、Y仿照CSTR模型式（8-32）的推導(dǎo)可得下列關(guān)系：=化簡最后得出：Y=4和有機(jī)物去除率以式（8-59）和（8-32）代入，得： (8-61)5.微生物濃度X和反應(yīng)器中有機(jī)物濃度先求反應(yīng)器進(jìn)口處的有機(jī)物濃度得：(8-62)假定可以忽略得：(8-63)由此得出MLSS的濃度X的表達(dá)式為：X=-Y()=X-X(8-64)X是停留時(shí)間為處的MLSS濃度，當(dāng)=，且忽略時(shí)得：=X+Y (8-65)式子中，V/=；V/Q=水力停留時(shí)間，因此可表示為：X= (8-66) (8-67a)當(dāng)=，即在反應(yīng)器出口處的濃度的表達(dá)式為： (8-67b)由式(867a)可看出，當(dāng)給定-值時(shí)，可以直接算出停留時(shí)間來，再由式

44、(864)可算出X值來。但是，如果反過來由給定的值求值，出于式(867a)的隱函數(shù)關(guān)系，必須通過選代法計(jì)算。反應(yīng)器的停留時(shí)間與出口濃度間互相計(jì)算關(guān)系也是一樣。6.CSTR型與活塞流型的比較由式(867b)看出，活塞流反應(yīng)器出水的有機(jī)物濃度去除與、R、K、Y等參數(shù)有關(guān)系外，還和的值有關(guān)系。由式(866)及式(863)可知，與和有關(guān)系，也就是和及也有關(guān)系。但是，從CSTR反應(yīng)器的公式(834)看出，出水濃度只和，K、Y及這幾個(gè)參數(shù)有關(guān)系，它和、及均無關(guān)系。所以對(duì)于同樣的廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CSTR及活塞流兩種不同模型的反應(yīng)器出水水質(zhì)計(jì)算時(shí)，所需要的參數(shù)項(xiàng)目是不相同的。圖811給出了一個(gè)這種計(jì)算的結(jié)果。

45、值一般約為2-10，圖中按124d-1范圍計(jì)算；但是，CSTR及活塞流反應(yīng)器的水力停留時(shí)間都用0.25d-1、這使兩者在池子容積相等的條件下進(jìn)行比較，由圖可以看出，在AD為210 d-1的一般范圍內(nèi)，無論是CSTR反應(yīng)器，或者是活塞流反應(yīng)器，出水的BODL大致都在1020 mgL范圍內(nèi)。這就從理論上說明了CSTR模型與活塞流模型的出水水質(zhì)是無多大差別的。圖811 CSTR與活塞流反應(yīng)器的比較17.活塞流型活性污泥法的設(shè)計(jì)在活塞流型活性污泥法設(shè)計(jì)時(shí)，一般已知廢水流量、廢水BODL濃度，出水BODL要求 (即，內(nèi))以及微生物生長的動(dòng)力學(xué)常數(shù)K、b、及 。這樣。其設(shè)計(jì)計(jì)算可按下列程序進(jìn)行。 Q、K、

46、b、假設(shè)R由式（8-23）計(jì)算假設(shè)按式（8-32）計(jì)算Y按式（8-66）計(jì)算X按式（8-67b）計(jì)算，按V=Q算V按式（8-64）計(jì)算按式（8-61）計(jì)算按式（8-61）計(jì)算圖812 活塞流曝氣他的計(jì)算程序活塞流型二次沉淀池的設(shè)計(jì)與CSTR型的二次沉淀池設(shè)計(jì)相同，只是將計(jì)算式中的X改為即可。二次沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算后同樣可進(jìn)行設(shè)計(jì)統(tǒng)合，方法也與CSTR型相同。§8.5 硝化§81中曾指出用于去除含氮有機(jī)物的活性污泥法有單級(jí)和二級(jí)兩種系統(tǒng)。在單級(jí)系統(tǒng)的反應(yīng)器中，同時(shí)發(fā)生去除含碳有機(jī)物和硝化過程。單級(jí)系統(tǒng)的污泥停留時(shí)間必須滿足硝化過程的要求、一般都在10d以上比常規(guī)的活性污泥系統(tǒng)長，

47、單級(jí)系統(tǒng)每去除單位BOD所產(chǎn)生的污泥比常規(guī)的活性污泥法低，但耗氧量則高于常規(guī)活性污泥法。單級(jí)系統(tǒng)一般用于低強(qiáng)度而相對(duì)地不含有毒物質(zhì)的廢水，兩級(jí)系統(tǒng)如圖813所示，用第一級(jí)的反比器去除含碳有機(jī)物，第二級(jí)的反應(yīng)器進(jìn)行硝化過程，每一反應(yīng)器后面有自己的沉淀池、回流和廢棄污泥系統(tǒng)，第級(jí)的SRT一般小于3d,沒去除單位BOD所產(chǎn)生的污泥量高而耗氧量低 第二級(jí)反應(yīng)器比第級(jí)的出水為進(jìn)水，BOD較低。由于硝化過程對(duì)有機(jī)物或毒物的迅速變化比較敏感，所以第一級(jí)起了保護(hù)硝化過程的緩沖作用。含碳有機(jī)物反應(yīng)器沉淀池硝化反應(yīng)器沉淀池回流污泥第一級(jí)廢棄污泥第二級(jí)廢棄污泥處理后廢水回流污泥廢水圖 8-13 二級(jí)硝化活性污泥法硝

48、化過程的耗氧量關(guān)系如下：HN+NO+HO+H (8-68)NO+ NO (8-69)由上面兩個(gè)關(guān)系得氧的攝人率為：式中，及分別為硝化反應(yīng)器的流量及容積；濃度P的下標(biāo)NH3i及NO2-j分別表示以N計(jì)的NH3及NO2-：反應(yīng)器進(jìn)水濃度,無下標(biāo)的表示反比器出水濃度。設(shè)計(jì)硝化活性污泥法所應(yīng)用的公式形式完全和設(shè)計(jì)第一級(jí)系統(tǒng)的公式一樣，只是公式中的濃度原來是以BODL計(jì)的，硝化系統(tǒng)改為以氯計(jì), X也改為以MLSS表示的硝化細(xì)菌濃度，因此，式(813)及式(814)中的常數(shù)及K也要按這些新涵義來定義。這些常數(shù)值可按表98來選用。由式(868)可看出，在硝化過程中產(chǎn)生了H+，會(huì)使廢水的pH值降低硝化細(xì)菌對(duì)于

49、水的PH值較敏感表86指的是在硝化最佳條件下的PH值8.0-8.4范圍內(nèi)。表86 硝化過程常數(shù)1常數(shù)Y=YK單位g細(xì)菌/gNd-1d-1Mg/L數(shù)值NH30.050.336.61NO2-0.020.1472§86 污泥氧消化反應(yīng)器 污泥需氧消化是在有氧環(huán)境條件下穩(wěn)定污泥的過程，其目的在于利用需氧微生物的內(nèi)源代謝來破壞不溶性的有機(jī)構(gòu)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)有： (1)需氧消化能產(chǎn)生一種生物穩(wěn)定的無臭污泥，它類似于腐植質(zhì)，易于脫水和處置；(2)需氧消化污泥澄清液的BODL較低；(3)需氧消化二次污泥可省去處理前的濃縮設(shè)備(4)操作管理簡單。當(dāng)然，與厭氧消化相比，它也有些缺點(diǎn)，例如它不僅不能回收生物

50、能，而且耗能較大，如果處理初次污泥，要求的水力停留時(shí)間較長。圖814為采用需氧消化的活性污泥法基本流程。由圖可看出，本法與常規(guī)活性污泥法的差別僅在于，把各種污泥都集中在一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行需氧氧化。需氧消化反應(yīng)器的工作原理如下：初次沉淀池反應(yīng)器二次沉淀池沉淀污泥污泥需氧消化反應(yīng)器處理后廢水污泥回流穩(wěn)定污泥初沉污泥廢水上清液回流圖814 污泥需氧消化的活性污泥法流程1基本方程式般地說，需氧消化反應(yīng)器多以CSTR型方式運(yùn)行、如圖815所示。進(jìn)入和流出消化池的污泥流量均為，進(jìn)泥和出泥流中的VSS濃度分別為和。根據(jù)式(21)寫出容積V內(nèi)的VSS 物料衡算式 (8-71)式中，為由內(nèi)源代謝引起的可降解固體的去

51、除速率，該去除速率可以假定遵循一級(jí)反應(yīng)共系：-r=k(X-X) (8-72)式中，為可降解固體的反應(yīng)速率常數(shù)，為不可降解固體的濃度。圖815 CSTR型需氧消化反應(yīng)器示意圖需氧消化反應(yīng)器的污泥齡可根據(jù)式(824)定義，即污泥齡與反應(yīng)器的水力停留時(shí)間相等。將式(872)代人式(871)，在穩(wěn)態(tài)條件下可得：QX-k(X-X)-QX=0 (8-73)由上式可得： (8-74)式中、可在間歇式試驗(yàn)反應(yīng)器中求定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)按圖8-16和圖8-17處理。圖816 可降解性VSS與消化時(shí)間的關(guān)系圖817 總VSS濃度與消化時(shí)間的關(guān)系2需氧消化需氧量(1)碳氧化過程的需氧量需氧消化中有機(jī)碳氧化過程的需氧量包括兩

52、部分，一部分是活性污泥中生物固體氧化的需氧量，另一部分是初次污泥的BODL的耗氧量。用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示為： (8-75)式中：為總污泥流量；為活性VSS濃度中降解細(xì)胞所占的分?jǐn)?shù)；為初次污泥流量；為初次污泥的BODL濃度;1.41為每克干細(xì)菌完全氧化約需的單體氧質(zhì)量(參見74)。(2)硝化過程的需氧量NOD 由于停留時(shí)間較長，在需氧消化的硝化作用是十分重要的。因此其需氧量必須考慮。需氧消化池的硝化所需耗氧量包括三部分：進(jìn)泥中所含氨氮、活微生物衰減釋放的氨氮以及初次污泥氧化時(shí)釋放的氨氮硝化所需的氧量。用數(shù)學(xué)式表示為：NOD=4.57Q (8-76)式中：為活性污泥過濾液的流量，它近似等于；為活性污泥

53、過濾液的NH4+-N濃度(總基耶達(dá)氮)；為初次污泥的TKN濃度；0.124為每克下細(xì)菌完全氧化釋放出的氨氮質(zhì)量細(xì)胞干分C60H87O23N12P;為活性VSS濃度Y中細(xì)菌細(xì)胞降解分?jǐn)?shù)：4.57為每克氨氮氧化成硝酸鹽所需的氧質(zhì)量(參見574)。這樣，需氧消化的總需氧量為：R= (8-77)3. 需氧消化混合所需能量混合所需能量通常用功率密度表示。需氧消化池中所需的功率密度與消化池中的固體濃度有關(guān)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)固體濃度低于20gL時(shí)，功率密度在1420 kW1000m3；高于20 gL時(shí)，需要2040kw1000m3。1973年，Reynolds在美國普渡(Purdue)大學(xué)召開的第28屆工業(yè)廢水處理國際會(huì)議上，提出了一個(gè)需氧消化所需最低功率密度(單位為kW1000m3)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 (8-78)式