水污染控制工程笔记.doc

第四节 生物膜法
一、生物膜：生物滤池（曝气生物滤池、塔式生物滤池、普通生物滤池、高负荷生物滤池）、生物接触氧化、生物转盘、生物流化床
1.1 生物膜概念
1）微生物在好氧条件下，能够在载体上生长并形成膜样的生物污泥，即生物膜，主要是微生物和及其产生的细胞外聚合物和有机、无机物等。
2）生物膜经过形成（挂膜）、生长、脱落的过程。
3）生物膜本质上是土地处理系统的强化。

1.2 生物膜结构
1）（以生物滤池为例）滤料、生物膜(厌氧好氧)、水(附着水流动水)、空气。
2）微生物利用水中的有机物和氧进行好氧呼吸。
3)传质过程，O2、BOD、代谢物CO2、NH3、H2S的物质传递。
4)生物膜本身不是一个生物，而是若干微生物形成的膜状的生物聚集体，是生物的栖息地。(与活性污泥的菌胶团比较)
5)生物膜长到后来，外层生物增殖越厚，内层厌氧，粘附性变差,最终会脱落，载体上再重新生长生物膜。
6)脱落的生物膜随水流走，在二沉淀池内沉淀，是否需要污泥回流视工艺情况。回流可利于生物接种。

1. 3 生物膜的组成（填料、滤料）
填料：细菌与真菌、原生动物与后生动物、滤池蝇、藻类
良好的物理性状---形状、密度、空隙率、比表面积等；
机械强度---支撑、水流的剪切力；
化学性质稳定---微生物不分解，不腐蚀；
表面亲水和带(正)电特性---微生物容易附着生长；
无毒无害---不抑制微生物生长；
价格低廉，取材容易等。

1.4 生物膜技术的特点
微生物方面：
1)膜附着在载体上,世代时间长和短的生物都能够生长,所以生物膜的生物相比较丰富；
2)有高营养级的生物存在，污泥产率低；
3)容易使生物膜分段进行(如好氧-缺氧-厌氧; 高-中-低负荷)，各段生长最适宜的微生物；能够一定程度实现脱氮与除磷。
工艺方面(与活性污泥比较)：
1)对水质水量变化适应性强,耐冲击负荷，操作稳定性较好,容易维护管理；
2)生物膜的污泥含水率低,污泥沉降性能好,不发生污泥膨胀等问题,故运行管理方便；
3)微生物浓度高,处理能力强,剩余污泥少,一般可以不回流污泥。
4)能够处理低浓度污水,适宜工业废水;
5）有的工艺可以利用自然通风,成本低,有的工艺能耗小。
6）需要填料，运行灵活性差，载体更新费用. 生物滤池容易堵塞,生物流化床能耗大等。处理流量小污水.

二、生物转盘构造: 盘片,废水反应槽,转动轴与驱动装置,覆盖装置。
生物转盘技术的特点
生物转盘一般特点：污泥不回流,污泥沉淀性能好,操作稳定等；既可以处理高浓度也可以处理低浓度废水,动力消耗通常低,适当的设计还具有硝化反硝化的功能, 堵塞基本可以避免, 生物污泥浓度高,尤其是初始几级；容易设计成多级,出水水质好；充氧效率能够保证。占地面积大,最好有覆盖装置和保温措施,盘片安装麻烦,需要驱动装置,材料消耗大,有时挂膜困难。
1）微生物浓度高，达40~60g/l，F/M=0.05~0.1，处理效率高。
2）生物相分级：第一级异养菌；第二级原、后生动物；第三~四级丝状性藻类。
3）污泥龄长，具有硝化、反硝化功能。
4）能处理高浓度有机废水，也可以处理低浓度, 耐冲击负荷, 进水浓度10000mg/l→10mg/l，处理效果好。
5）食物链长，污泥量少，为活性污泥法的 1/2左右，约0.25Kg /KgBOD5。
6）能耗小,不需曝气与污泥回流,0.7 Kw·h/Kg BOD5。
7）不堵塞。不会发生二次污染现象。
8）占地面积大，设备安装维护麻烦。无覆盖措施膜容易脱落。
9）有气味，环境卫生较差。

三、生物接触氧化基本原理
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺, 也称为“淹没式生物滤池”。 池内设置填料, 废水淹没填料, 微生物在填料上附着生长, 形成生物膜层,池底部曝气, 提供微生物需要的氧。
废水在池内循环流动,需要曝气, 主体还是生物膜技术，但是存在大量悬浮污泥。
生物接触氧化特点：
①介于活性污泥与生物膜之间，但具有生物膜的技术优点。
②填料表面积大,微生物量大；强化曝气供氧足,传质效果好；生物固体浓度高（10~20g/l）, 具有较高的容积负荷（可达3.0~6.0kgBOD5/m3·d）；F/M比值低(有机质/微生物量)，污泥少,出水水质较好；
③不需要污泥回流,无污泥膨胀问题, 运行管理简单, 堵塞问题存在(与填料有关)；
④对水量水质的波动有较强的适应能力,污泥产量略低于活性污泥法。

四、生物滤池
1.生物滤池类型
①普通生物滤池：净化效果比较好，但是水力负荷低，而且很容易堵塞，占地大。
②高负荷生物滤池：大幅度提高水力负荷，使生物膜受到冲击，不容易堵塞，要求进水BOD<200mg/L, COD< 400mg/L, 一般需要回流。
③塔式生物滤池：滤池呈塔状，多层，通风畅，占地小，但是管理不太方便。
④曝气生物滤池：曝气,淹没式。

2、 滤池有效容积：
按照容积负荷率设计计算， BOD容积负荷率0.15-0.3kg BOD/ m3·d，高负荷一般可以达到1.8 kg BOD/ m3·d以上。
也可用水力负荷率计算, 城市污水1~2 m3 / m2·d，即1~2 m/d 。还要考虑滤料工作层高度，可计算也可用经验选用。

（1）按照BOD容积负荷：

V = …………….. (5)

V = ………… (6)

V滤料体积、滤床体积，Q废水污水平均流量，S0 进入滤池的BOD值(考虑被稀释)，Lv：BOD容积负荷率，kg BOD/m3·d，
（2）按照水力负荷：
A = Q(1+R) /Nq …..……….. (7)
Nq BOD水力负荷率，m3 / m2·d或者m/ d。
3. 滤床高度
污水生化反应符合1级动力学方程，所以
S/S0= e-Kh
根据经验公式, 计算K：
K=K'S0m(Q/A)n

S/S0 ＝e- ·h

h= …………. (8)

对于不回流的滤池以(8)公式计算。

回流则将S0 = ，入池污水流量＝Q(1+R)带入得到下面公式,

4、生物滤池设计计算
设计内容：滤池的类型、工艺流程选择(关于回流)；尺寸计算,滤池数；布水设备， 沉淀池。
初沉淀池：悬浮物多且为块状滤料，处理城市污水需要初沉池。
回流：有机物浓度高，水量小，稀释含有毒物质。

第五节 活性污泥法
1.微生物生长状态
活性污泥：微生物悬浮生长
生物膜：微生物附着在载体上生长
稳定塘：微生物处于自然状态
2. 代谢类型 ：好氧、厌氧、兼性
1．活性污泥工艺概念
悬浮生长的好氧污水处理工艺, 在曝气池中微生物增殖, 具有活性的微生物形成菌胶团聚集为颗粒或絮体, 正常呈灰褐色, 这种像泥状的微生物颗粒或絮体, 称为活性污泥. 活性污泥一般直径0.02-0.2mm, MLSS比重1.003±1, 沉淀后污泥的含水通常>99%.
用悬浮生长的活性污泥进行污水处理的工艺称为活性污泥工艺.

2、活性污泥的形态
1）外观形态：
活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色, 絮凝体颗粒：
2）特点：
(1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm
(2)表面积：20～100 cm2/mL
(3)(2000～10000)m2/m3污泥
(4)含水率一般在99%以上.
3、活性污泥处理污水的基本过程
1）污泥驯化:“菌胶团”的形成,要求细菌处于静止期，所以F/M要求低, 生物活性降低, 在布朗运动的作用下碰撞形成, 某些细菌分泌的粘性物质有利于絮体形成. 活性污泥的核心菌胶团是很多细菌相互粘附形成的生物絮体,微生物其在对数增长期, 个体处于旺盛生长, 其运动活性大于范得华力，菌体不能结合; 但到了静止衰亡期,动能低,菌体相互粘附,形成生物絮体, 因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物
2）净化反应过程: 吸附阶段与稳定阶段, 在反应的初期, 有机物主要是吸附在活性污泥, (作用是巨大的比表面和具有粘性), 后期被微生物氧化和利用.
吸附阶段与稳定阶段:有机物首先被吸附到活性污泥表面, 随后由于吸附的有机物发生水解等反应形成可溶性有机物释放到水中, BOD出现上升, 最后稳定阶段,有机物浓度逐渐降低.
微生物的代谢：被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下或被降解，或被同化成细胞本身。
a、分解代谢：
CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2 酶 XCO2 ＋0.5H2O＋Q
b、合成代谢：
nCXHYOZ＋nNH3＋n(X＋0.25Y－0.5Z）O2酶 (C5H7NO2 ) n ＋n(X－5) CO2 ＋0.5n(Y－4) H2O
具体代谢产物的数量关系如下图：即33%被氧化分解，80％×2/3=54%左右通过内源呼吸降解，13%左右变成了残物。
从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33％)。

基本的活性污泥工艺流程
初沉淀池:去除悬浮物质,部分BOD;
曝气池:主体部分,曝气,好氧,悬浮,菌胶团,BOD;
二次沉淀池:泥水分离,清水出流;
污泥回流:剩余污泥排放,保持活性生物量.
4、 活性污泥性质参数
(1)生物量指标(对曝气池污泥)
①MLSS:混合液悬浮固体浓度(Mixed Liquor Suspended Solids),污泥浓度,表示曝气池内混合液的悬浮固体物质的质量,单位g/L, 一般在3000-6000mg/L, 反映了污泥的多少,一定程度反映了微生物的多少,测定简单。
包括Ma活性细胞,Me生物残体,Mi有机悬浮固体,Mii无机悬浮固体。MLSS＝Ma + Me + Mi + Mii。
②MLVSS:单位g/L, 混合液挥发性悬浮固体浓度(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids),包含Ma, Me, Mi, 灼烧质量损失部分认为是有机物。
f 值:f =MLVSS/MLSS,在正常的处理系统, f 基本稳定(0.7左右), 但延时曝气可能低到 0.1。f 值一定程度反映了污泥有机成分(活性成分)多少。
(2)污泥沉降性能指标(对二沉池污泥)
③SV:污泥沉降比, 曝气池混合液静止30min时,沉降的污泥与原混合液的体积比, 单位%或mL/L, 一般在15-30%左右是合适的,过小说明污泥量不足, 过多可能污泥量太多或是污泥沉降性能差。
污泥在静止属于成层沉淀,所以有明显的泥水界面.
④SVI：污泥容积指数,混合液经过30min沉淀,每g干污泥所沉淀污泥的容积,单位mL/g。
SVI = SV:mL/L；
MLSS:g/L。
SVI反映污泥沉降性能，数值在50~150之间，SVI高，则沉降性能差， SVI低则沉降性能好，或者是污泥无机成分太多，或者污泥量太多形成压缩沉淀。如SV＝30％，300mL/L，MLSS＝3000mg/L＝3g/L，SVI=300mL/L÷3g/L=100 mL/g。

(3)活性污泥工艺参数
① MCRT, 污泥龄(θc):生物固体平均停留时间，污泥龄，是反应系统中微生物更新一次需要的时间，或反应系统中微生物总量与每日排放的微生物量的比值。
②污泥负荷和容积负荷。
③水力停留时间。Qt=V θc =

VX表示曝气池污泥体积乘微生物浓度，即微生物总量；qwXr表示排放剩余污泥量；(q-qvw)Xe表示出水带走的污泥量，出水量与出水污泥浓度。

θc =

等于曝气池污泥总量/每日剩余污泥排放量。

(4)污泥生物活性的评价指标
① SOUR(或OUR):比耗氧速率(Specific Oxygen Uptake Rate).衡量活性污泥生物活性的指标,单位重量的活性污泥单位时间内消耗的DO。
SOUR与污泥浓度关系小,与DO,底物浓度,污泥龄,有机物种类性质,温度等都有关系。一般在8-20mg O2/(gMLVSS · h)。
SOUR在运行管理中的重要作用在于指示入流污水是否有太多的难降解物质，以及活性污泥是否中毒。

5 活性污泥工艺的影响因素
(1).营养物质：
碳源:BOD,城市污水满足,工业废水随性质而异。
氮源:有机氮(易分解),无机氮(氨氮),亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。
磷源:有机和无机磷。
BOD:N:P≈100:5:1。生活污水满足特点,但工业废水可能缺乏营养物质,需要补充。此外城市,生活污水预处理后容易N, P过多,需要进一步处理。
(2)．水力负荷与有机负荷：
活性污泥要求很稳定的环境，水力或有机负荷变化大影响其运行。水力负荷影响曝气池和沉淀池,流量大停留时间缩短影响出水水质, 二沉淀池沉淀效果.机械曝气还影响曝气装置的稳定性.
污泥负荷过高,曝气池容积小,但运行不稳定,出水水质差,剩余污泥多;过低负荷则曝气池体积大,出水水质优,剩余污泥少.
污泥负荷大小对污泥沉淀性能有影响, SVI与污泥负荷有一定的关系.
SVI在高负荷,中等负荷和低负荷区分别有较低的SVI值,相对污泥沉降性能好,在0.5-1.5左右有高SVI区.
(3).曝气时间与DO：
最小时间满足处理的需要,长时间曝气得到硝化过程和低的剩余污泥量, 但池体积庞大, 考虑曝气设备氧的供应。
DO：对单个微生物或污泥DO达到0.1-0.3mg/L即满足, 实际反应器内在2-3mg/L合适, 不宜<0.5 mg/L, 长时间DO过少,容易厌氧环境, 破坏好氧微生物功能; DO过多,搅拌过分,絮体松散不容易絮凝, 而且充氧效率低下, 能耗增加。
(4)．温度：10~35℃之间适宜，低温活性低，随温度增加活性增加，但过高微生物会死亡，丧失活性。 温度过低需要考虑加温。
工业废水高温则要考虑厌氧微生物处理。
(5)．pH值碱度：中性或弱碱性。不同微生物要求有差异,细菌表面带负电荷,有等电点，pH也影响酶活性。pH影响真菌,容易引发污泥膨胀等。
考虑到脱氮则对碱度有要求。

(6)．微生物浓度与生物停留时间
生物固体平均停留时间MCRT:泥龄θc,每天流失污泥量1/θc, 曝气池内微生物形成到排除的平均停留时间。
微生物的世代时间T：泥龄大于微生物的世代时间，否则生物流失。
水力停留时间HRT：t = V/Q，微生物停留时间θc= XV/Xr·qw，通常活性污泥θc会大于水力时间t。若无回流,t=θc,有回流,则t<θc 。不考虑二次沉淀池内污泥流失,那么水力时间与泥龄θc和世代时间无关, 但影响污水处理效果 。
MCRT对微生物的组成有重要的影响,世代时间短的微生物容易在系统中积累, 世代时间长的将逐渐流失.
如亚硝化单胞菌的生长情况见表, 当20℃, 若MCRT为2d, 亚硝化单胞菌世代时间为3d, 则亚硝化单胞菌的浓度不断降低.
(7)．有毒物：部分有毒物质规定了允许浓度，但微生物经过驯化可以承受较大的毒物浓度，如酚类，规定100mg/L，毒物的作用与环境条件等有关.
(8). 氧的传递: 既要满足微生物对氧的需要, 还要满足搅拌和混合,氧传递到水和溶解氧传递到污泥同样重要.曝气池DO浓度,曝气方式,曝气设备的布置等都影响.
(9)．污泥的回流及回流污泥的浓度：
回流污泥的浓度,曝气池污泥完全来自回流。回流比r, 污水流量Q, 回流污泥的浓度Xr, 曝气池污泥浓度X：
r·Q·Xr =(Q+Qr)·X， 同除以Q: X = r/(1+r) Xr 。
回流污泥的浓度:
SV·Xr=MLSS SVI =
SVI· Xr =1
Xr =1/SVI (单位g/mL)
Xr =10^6/SVI (单位mg/L)或Xr = , R修正系数与二次沉淀池的池深度,时间有关。
作业：某普通活性污泥工艺曝气池内MLSS为2820mg/L，曝气池内水力停留时间为5.0 h，二次沉淀池内水力停留时间为1.5 h，若实验得到污泥的SV为260mL/L, 计算污泥回流比, 求回流污泥的浓度和SVI。

6曝气原理
(1)气体传递原理
Fick定律：
vd = － D· , ……..（1）
vd 表示物质的扩散速度,单位时间内单位断面面积上通过物质的质量,kg/m2·h；
D 表示物质扩散系数,某物质在介质中的扩散能力,m2/h；
表示浓度梯度,kg/m3·m .

vd = …….. （2
单位时间内单位断面面积上通过物质的质量, M表示质量.
dM/dt = － D· A· …….. （3）

根据双膜理论,由于氧气的溶解度低,所以其阻力主要在于
液膜,对于浓度梯度在液膜处为 －(CS－C)/ δL ， δL表
示液膜厚度，CS－C表示颗粒内外的浓度差, CS液膜外溶
解氧的饱和浓度, C表示膜内的实际浓度.
dM/dt = …….. （4）

同除以V： …….. （5）

由于A值无法测，将D ·A/V·δL以Kla代替，Kla相当于氧气的总传质系数。
dC/dt = Kla (Cs－C) …….（6）
dC/dt表示液相氧浓度变化速率，kg/m3·h
Kla氧总传递速率,单位1/h,表示氧的传递性能,KLa大,说明传递快,传递阻力小,KLa小反之。Kla倒数是时间h,表示氧浓度从C提高到CS需要的时间，需要时间长,说明阻力大,即Kla小,反之亦然。
根据气体传递原理, 曝气效率：
( dC /dt = (CS－C) ·D ·A/V ·δL )
①增大比表面积(A/V),增加气液的接触面,曝气需要用小气泡, 但不宜过小(从气浮原理)；
②增加紊流程度,以减小液膜厚度δL ,剧烈紊流, 过分剧烈曝气是否合适?
③增加气相氧分压,可以提高水中氧饱和浓度CS，纯氧曝气, 在较高的气压下, 如深井曝气。

(2) 曝气效率的影响因素：
①与分子O2在水中的扩散系数D ,气体液体界面面积A，液膜的氧饱和浓度差CS－C成正比,与液膜厚度δL 成反比;
②污水水质,关于系数α和β：
α=污水KLa/清水KLa,比1小, 污水中氧传递性能比清水要差.
β=污水CS/清水CS, 污水中氧饱和浓度与清水中的比值，小于1.

③温度：温度增加, 扩散系数D 提高, 液膜厚度δL 减小，使氧传递速率KLa大, 但由于氧饱和浓度CS减小, 所以反而可能导致氧扩散速率降低了, 温度对扩散速率的影响取决于对KLa和CS的影响哪个更显著.
KLa(T)= KLa(20) · 1.024(T-20) 30比20增加27％, 1.02-1.06
根据克劳修斯-克拉帕龙方程，从20增加到30，约CS降20％
④ 氧分压，根据Henry定律, 气体在液体中的溶解度与气体压力成正比, 所以在池底的曝气出口处氧分压最大, 氧饱和浓度CS也最大, 随气泡上升, 分压减小.
⑤ 曝气池DO浓度，越低效率越高，要远远低于饱和浓度Cs，常温下Cs在8-9左右.
⑥ 曝气深度越大，表面积越小, 氧分压越大, 停留时间越长, 氧转移量越多, 但曝气压力增加.
(3) 氧转移率和供气量计算
标准状态下，转移到无氧清水中总氧量：
Os＝KLa(20) ·CS(20) ·V
实际情况下转移量：
O2＝αKLa(20) ·1.024(T-20)·(β·ρ·Cs(T)－C)·V·F
F是堵塞系数。
将实际生化反应需氧量O2转换为标准Os：

实际需要供氧量 S 考虑到氧利用效率EA：

标准状态需要空气量 Gs ：

最终计算实际非标准状态的需要空气量。
（4）曝气装置与曝气装置
曝气装置作用：1供氧；2搅拌与混合
曝气装置类型：1鼓风曝气；2机械曝气
鼓风曝气 ：组成:空气净化器、鼓风机、空气输配管、空气扩散装置,根据空气扩散装置分散空气大小分：
①小气泡：多孔性材料制的微孔扩散板,扩散管,扩散罩等, 气泡直径1.5mm;
②中气泡:穿孔管;
③大气泡:竖管,气泡直径15mm左右;
气泡微小则氧利用率高,但气压损失大,容易堵塞,空气需要过滤处理.反之气泡大,氧利用率低,不堵塞,空气可不净化。
④微气泡曝气:刚性多孔材料或弹性材料.
机械曝气 ：表面曝气，机械搅拌水被抛向空中，或者空气被搅拌进入水中。
竖式:转动轴与水面垂直,通过叶轮旋转使水产生飞跃,水在空气中获得氧.
卧式:转动轴与水面平行,液流单向,所以多用氧化沟. 分转刷和转碟.

（5）曝气装置的性能
动力效率：kgO2/kW·h，每消耗1 kW·h电能转移到水中的氧量, 根本的指标；
氧转移率：单位时间内转移到水中的氧量，mgO2/L·h；
氧利用率：鼓风曝气进入水中的氧量与供氧量的比，%。
（6） 曝气池形式
推流曝气池：平移推流，旋转推流；处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；对污水的处理程度比较灵活，曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；对进水水质、水量变化的适应性较低。耗氧速率沿池长是变化的，而供氧速率难于与其相吻合、适应，在池前段可能出现供氧不足的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象
完全混合曝气池：污水进入池内在搅拌的作用下，迅速达到完全混合的程度，池内各点有机物浓度、氧浓度、污泥浓度都相同。对冲击负荷有较强的适应能力，微生物对有机物降解的推动力低，易于产生污泥膨胀。出水水质差。池形状不限，各处曝气较均匀
封闭环流曝气池：结合推流和完全混合的特点，具有强大的缓冲稀释能力，DO浓度在池内起伏波动，有利于脱氮除磷。
序批反应池（SBR）
（7） 曝气系统改进
前端有机物浓度大，进水BOD不宜大，否则形成厌氧.
曝气与进水位置(解决需氧与供氧矛盾) a, 渐减曝气b. 分步曝气c. 完全混合
曝气效率(提高氧利用率或动力效率) d. 浅层曝气e. 深(层)井曝气f. 纯氧曝气

7.动力学理论
（1）米氏常数V = Vmax·S/(Km + S)
V：酶反应速度，t–1
Vmax：最大反应速度，t–1 S：底物浓度，mg/L，质量/容积。
Km：饱和常数(米氏常数,半速度常数)，当反应速率是最大速率1/2时的底物浓度，mg/L，质量/容积。
S：底物浓度，mg/L，质量/容积。
米氏常数Km的意义：.是酶的特性常数，与酶的性质有关、与底物浓度无关；受pH及温度等影响，对不同的底物有不同常数；Km最小的底物是最适底物或天然底物； Km反映了酶对底物的亲和性能，Km越小亲和力越强。
（2） (微生物的比增殖速度方程)
μ=μmax·S/(Ks + S)
μ：微生物的比增殖速度 μmax：微生物的最大比增殖速度
S：限制微生物增长的底物浓度 (BOD) Ks：饱和常数，半速度常数
(3)．劳-麦方程, 有机底物比降解速度方程：由于微生物的增殖是底物降解的结果，所以无论产率系数多少，Monod方程实际上可反映底物降解。
以Y表示产率系数、X微生物浓度、S底物浓度。
Y产率系数，即微生物增殖/底物消耗：
微生物增殖速率 比增殖速率：

底物降解速率： 底物比降解速率：
产率系数(表观)

μ：微生物的比增殖速度，r底物比降解速度。
再根据μ=Yobs·r，μmax=Yobs·rmax

根据Monod方程，有

r：有机底物比降解速度， 劳-麦方程。
(4): 产率系数(微生物生长与有机物降解)
微生物物料的平衡：

微生物净增殖速率 = 微生物合成速率 - 微生物内源代谢速率
微生物内源代谢速率与微生物现存量成正比：

微生物的合成速率/底物降解速率即产率系数：

即底物比降解速率 r ； μ＝rY－Kd

扣除内源代谢，微生物的净增殖速率是：

微生物净增殖速率=表观产率系数·底物总降解速率
µ＝Yobs·r,
Y= Yobs·(1+ )＝Yobs·(1+Kd·θc)
这些是产率系数与表观产率系数之间的关系。

8劳麦模型
（1） 底物降解速率与底物浓度、微生物浓度的关系

微生物增殖速率与底物浓度、微生物浓度的关系： Y， Yobs
曝气池：容积V, 污泥浓度X, 底物浓度Se 回流污泥：污泥浓度XR
进水流量：Q 回流污泥流量：Q·R 生物污泥排量：QW
底物浓度：进水S0, 出水Se
(2) 污泥龄：
污泥龄的含义：

稳态下物料平衡：

流入 - 排出 + 合成 –内源代谢
稳态下曝气池内污泥浓度是稳定的。
结论1： 得到
(1)污泥龄是比增殖速率的倒数，增殖越快，泥龄越短。
(2)保持高的泥龄只能降低比增殖速率，增加内源代谢，污泥处于内源代谢期。
(3)污泥龄是容易控制的，所以比增殖速率可以控制。
(3) 出水浓度：

结论2：
(1)活性污泥工艺出水浓度(溶解性有机底物)与进水浓度无关，与水力停留时间无关。
(2)出水浓度取决于动力学的参数(包括产率系数、半速度常数、内源代谢系数和rm等)和污泥龄。
(3)计算的Se一般较小，实际工程中出水BOD5主要受到SS影响，故提高出水水质一般从削减SS入手。
氧化沟工艺典型污泥龄以20d计算，则出水浓度：

(4) 污泥浓度：
以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得到：
结论3：
(1)从动力学分析，曝气池内污泥浓度与进水底物浓度、出水底物浓度、产率系数、水力停留时间t、内源代谢系数和污泥龄等多种因素有关。
(2) 工程中曝气池污泥浓度(X)取决于回流污泥浓度Xr和回流比r，

而Xr和回流比r都取决于污泥容积指数SVI和沉降比SV。改善污泥沉降性能是提高曝气池污泥浓度的途径。
(4)劳-麦模型中参数的测定：
反应器中很容易测定的参数：污泥浓度X(一般以MLVSS)，水力停留时间t，进水、出水浓度S0和Se，反应器容积V，污泥龄θc。
不易直接测的参数：内源代谢系数Kd，半速度常数Ks，底物最大比降解速率rm，产率系数Y。
①求rm和Ks：

取倒数：

在不同的实验条件下，以 为纵坐标， 为 横坐标作图。
截距为 ，斜率为 ，即求出rm和Ks 。

②求产率系数Y和内源代谢系数Kd，
Y= Yobs·(1+Kd·θc)
因为： ，所以

取倒数：

调整不同的θc进行试验, 作图，可知Y和Kd。

1. 实验确定了稳态下某活性污泥工艺的各项动力学参数分别是：rm为3 gCOD/(gVSS·d)，Ks为70 gBOD5/m3，Y为0.6gVSS/gBOD5, Kd为0.06d－1，如果还确定了表观产率系数为0.46 gVSS/gBOD5, 进水BOD5为190mg/L，求曝气池理论出水浓度？
2. 曝气效果是影响活性污泥性能的重要因素，根据气体传递的原理，讨论影响曝气效率的因素。

1. 推流式活性污泥工艺存在前端供氧不足而后端供氧超过需要的量，下列曝气方法中不能解决该问题的是( )：
(A)渐减曝气；(B)完全混合曝气；(C)延时曝气；(D)分步曝气。
2. 写出下列符号代表的含义, SVI ,
MLVSS , MLSS , SV ，SBR 。
3. 活性污泥在曝气过程中, 对有机物的降解过程可以分为两个阶段：
和 ，
利用此原理而开发的污水处理工艺是
4. 活性污泥对营养物质的需求通常BOD:N:P为( )：
(A)100:10:3； (B)100:5:3； (C)100:20:1； (D)100:5:1。
5. 某活性污泥的污泥沉降比为28%，其污泥浓度为2000mg/L，则SVI为 ( ):
(A)14； (B)28； (C)56； (D)140
6. 活性污泥法有许多新工艺, 目前应用广泛的工艺较多，如
①：生化反应器多为环形，污水在环形反应器内多次循环, 水力停留时间一般较长的工艺是 ；
②:生化反应和污泥沉淀均在一个池内完成, 对自动化控制要求较高, 有机物在反应器内的降解是随时间推移而完成的工艺是 .
7. 简述浅层曝气和深层曝气的原理.
浅层曝气：由于气泡形成和破裂瞬间氧传递速率最高原理设计的,需要形成环流,曝气量增大,压力小,故能耗降低.
深(层)井曝气
压力大,提高曝气效率,面积小,剩余污泥少,水分隔为上升、下降部分,需要注意并非曝气器深入到水底.H达到50～100m，φ＝1～6m
特征：
1) 氧的利用效率高达90％，动力效率高达6kgO2/KW·h；占地少 （传统活性污泥法氧的利用效率10％±，动力效率＝2～3）
2) 适用于各种气候条件，可不设初沉池
3) 适用于处理高浓度有机废水

8. 根据氧的传递原理, 讨论影响曝气效率的因素.

1、 活性污泥新工艺
传统活性污泥工艺(推流曝气)
出水水质好,不耐冲击负荷, 运行不稳定,基建费用高,前端有机物浓度大后段小,曝气与需氧不平衡.无脱N除P的功能.
曝气 出水
进水 初沉池 曝气池 二沉池

污泥 污泥回流 剩余污泥
传统活性污泥工艺流程图
（1） 接触稳定工艺(吸附再生工艺)：
工艺的原理.吸附和稳定阶段,吸附阶段有机物吸附到污泥上,吸附的有机物水解后成 为小分子,BOD上升,再降解.
工艺流程:可分建或合建. 不宜处理溶解性有机物较多的污水.
进水 吸附池 沉淀池 出水
污泥回流 再生池 剩余污泥
、
进水 再生池 吸附池 沉淀池 出水
污泥回流 剩余污泥

（2） SBR（间歇活性污泥、序批活性污泥)
五个阶段：流入-反应-沉淀-排放-闲置
工艺流程:
进水 格栅 沉砂池 沉淀池 SBR池 出水
剩余污泥
（3）AB法(吸附生物降解),
工艺流程.系统无初沉淀池,预处理为隔栅,沉砂.

进水 格栅 沉砂池 吸附 沉淀 吸附 沉淀 出水
污泥 污泥
回流 剩余 回流 剩余
污泥 污泥