【正文】 XbfXFW????????? （ ） （ ） ]1 )1([ 0,CHHBCHDbXbfFRO???????? 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 進(jìn)水顆粒態(tài)可生物降解有機(jī)物質(zhì) 除了一些工業(yè)廢水，大多數(shù)廢水都含有有機(jī)顆粒物質(zhì)，其中許多是可生物降解的。 式中， F—— 進(jìn)入反應(yīng)器的流量。 （ ） H? HBX,]}1 )1(1)[(1 )1({ 00,CHHCHDSSCHHBCHDbYbfSSbXbfFRO?????????????????? 通常 ， 反應(yīng)器排出的固體廢物會(huì)進(jìn)入一個(gè) CSTR反應(yīng)器 ， 使剩余 生物量達(dá)到穩(wěn)定化再進(jìn)行最終處置 。所以進(jìn)水中的微生物對(duì)實(shí)際產(chǎn)率沒有影響。 用方程 XM， 并結(jié)合 SRT和 HRT的定義 ， 得： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 進(jìn)水微生物 微生物活性不影響進(jìn)入反應(yīng)器的細(xì)胞殘留物，所以它的排放量等于進(jìn)入流量。 進(jìn)水微生物對(duì)活性比例的影響是采用工藝負(fù)荷因子作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)。方程 果可能產(chǎn)生的影響。 ? 進(jìn)水含有微生物的另一個(gè)作用是可以防止 CSTR反應(yīng)器中微生物 流失 。 在 ，通過(guò)使 SRT無(wú)限增加，而使 接近零，從而計(jì)算出 SSmin。所以總的微生物殘留物 濃度為： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 進(jìn)水微生物 式中， —— 進(jìn)水中微生物殘留物的濃度。右邊一項(xiàng)屬于新生長(zhǎng)微生物的貢獻(xiàn)，左 邊屬于進(jìn)水微生物的貢獻(xiàn)。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 進(jìn)水微生物 方程 ， 進(jìn)水微生物的存在會(huì)降低反應(yīng)器內(nèi)微生物與 SRT 相匹配的比增長(zhǎng)速率 ， 而且進(jìn)水微生物濃度越高 ， 比增長(zhǎng)速率越 小 。所以，惰性物質(zhì)存在對(duì)它沒有影響。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 進(jìn)水惰性有機(jī)固體 （ ） 由此可見 ， 當(dāng) 比較大時(shí) ， 活性微生物相對(duì)于 SS0的比例就比 較小 。 ?/C? 如果處理系統(tǒng)含有惰性固體 ， 反應(yīng)器中的懸浮固體除了活性 生物量和生物殘留物之外還包括這一部分 。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 基本模型的延伸 惰性有機(jī)固體在生物處理反應(yīng)器中不參與反應(yīng) ， 因此 ， 穩(wěn)態(tài) 條件下 ， 其進(jìn)入反應(yīng)器的濃度與離開時(shí)是相同的 。 。 實(shí)際中，營(yíng)養(yǎng)投加量應(yīng)該比理論值略大一些，以保證有機(jī) 基質(zhì)是速率限制因素。 反應(yīng)器的需氧量應(yīng)等于進(jìn)入反應(yīng)器的 COD總量減去流出的 COD總量，包括微生物的 COD及其殘留物的 COD： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 剩余生物量、供氧和營(yíng)養(yǎng)要求 () TWSS XFSFSFRO ?????? 0將方程 WT，得： )1)(( 0 H o b sSS YSSFRO ??? () 如果產(chǎn)率系數(shù)已知，就可求得需氧量。干固體總量 可用 WT除以 ／ gSS而獲得，類似于將微生物的 COD濃度 單位換算為固體質(zhì)量單位。以 WT表示剩 余微生物產(chǎn)生速率，即： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 剩余生物量、供氧和營(yíng)養(yǎng)要求 TWT XFW ?? （ ） 將 SRT和 FW相關(guān)的方程 XT的方程 ，得到： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 剩余生物量、供氧和營(yíng)養(yǎng)要求 （ ） ]1)()1([ 0CHSSHCHDT b SSYbfFW ??? ?????? 由于 SS只與 SRT有關(guān)，所以 WT只由 SRT、廢水流量和基質(zhì)濃度等所決定。確定剩余生物產(chǎn)生量的數(shù)量及需要供應(yīng) 的氧的數(shù)量是非常重要的。因?yàn)?，固體停留時(shí)間 SRT越長(zhǎng)，微生物衰亡越多，用于維持的能量越大，用于合成的能量就會(huì)變少。 反應(yīng)器的實(shí)際生長(zhǎng)比率等于單位基質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的實(shí)際微生 物數(shù)量，其中考慮微生物衰亡因素。 DX 反應(yīng)器總生物量 XT等于活性生物量與微生物殘留物之和。 或者換算為揮發(fā)性固體含量，除以 COD/g VSS即可。如果 HRT發(fā)生變化，反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度也會(huì)相應(yīng)改變，維持足夠數(shù)量的微生物，從而排出與 SRT相對(duì)應(yīng)的出水濃度。而且，整理方程可以看出，當(dāng) SRT值固定時(shí)（由此確定 SS值）， XB， H和之乘積為常數(shù)： CHSSHCHB b SSYX ??? ???? 1 )( 0, ? 也就是： 由于當(dāng) SRT和流量固定不變時(shí)，單位時(shí)間所去除的基質(zhì)量不變，從而產(chǎn)生固定數(shù)量的微生物。 當(dāng)溶解性物質(zhì)作為基質(zhì)時(shí)，反應(yīng)器中的懸浮固體只包括活性 微生物 XB， H和微生物殘留物 XD兩種。 所以，為了安全起見，應(yīng)該保持 HRT大于 。 理論上， CSTR反應(yīng)器不存在最小 HRT，因?yàn)橹灰⑸? 從出水流被分流出來(lái)而返回反應(yīng)器，保持 SRT大于 ，那么 微生物就能維持生長(zhǎng)。 如果要用單個(gè) CSTR反應(yīng)器來(lái)處理一定濃度的廢水，則需要與 SSmin值比較。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 H?把 代入 ，得： SSSHH SK S?? ???（ ） 由上式可看出，基質(zhì)濃度只與 SRT有關(guān)，而與進(jìn)水濃度無(wú)關(guān)。這表明，控制微生物在反應(yīng)器中的固體停留時(shí)間 SRT，就可以使工程師控制出水中有機(jī)物濃度。0 ???????? VrCFFCFCF AAWAWA （ ） 39。 活性微生物 XB,H受到兩個(gè)過(guò)程影響，總過(guò)程速率可以由 反應(yīng)速率項(xiàng)與表中 XB,H列的相應(yīng)系數(shù)相乘， 再加和在一起，即： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 HBHHBHXB XbXr , ???? ?（ ） 模型形式 —— 微生物增長(zhǎng)速率， mgCOD／ () —— 反應(yīng)器內(nèi)活性異養(yǎng)微生物濃度 —— 比生長(zhǎng)速率系數(shù)， h1 —— 微生物衰減系數(shù)， h1 XBrHBX ,H?Hb式中， 質(zhì)量平衡方程中所有各組分的速率方程都可以由其產(chǎn)生的各 種反應(yīng)產(chǎn)物與表中相應(yīng)化學(xué)計(jì)量系數(shù)相乘之后再加起來(lái)。X B， H XB,H XD SS bOS 模型形式 表 ri項(xiàng)的相關(guān) 信息。 39。 用 CA表示 CSTR反應(yīng)器中 A組分的質(zhì)量濃度 ， 則質(zhì)量平衡方程為： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 模型形式 VrCFFCFCFVdtdC AAWAWAA ???????? 39。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時(shí)間的定義 C?WWC XFXV ???? /WC FV /?? 比較 ，可以看出： () FW越接近 F， SRT也就越接近 HRT。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時(shí)間的定義 （ 1）溶解性組分在反應(yīng)器中的停留時(shí)間等于平均水力停留時(shí)間，即： （ 2）顆粒性組分可用物理方法從水流中分離，例如過(guò)濾或者沉淀，可以利用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)控制其從反應(yīng)器中的排出。 另一個(gè)出流的流量是 FFW，通過(guò)一個(gè)分離器去除懸浮物質(zhì)，然后排出，所分離出來(lái)的懸浮物再返回到反應(yīng)器中。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 CSTR基本模型 在反應(yīng)器內(nèi)，異養(yǎng)微生物利用基質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)，生物量增加至 XB， H，基質(zhì)濃度降低為 SS。 模型預(yù)測(cè) CSTR運(yùn)行性能 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 167。 167。 廢水生物處理 東南大學(xué)研究生課程 主講：李先寧 本章將建立單個(gè) CSTR微生物生長(zhǎng)模型，包括：有生物量回流和無(wú)生物量回流兩種方式，并利用它來(lái)了解系統(tǒng)本身的運(yùn)行情況。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 單個(gè)的連續(xù)攪拌式反應(yīng)器（ CSTR）是生物處理中最簡(jiǎn)單的反應(yīng)器，用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厭氧消化和生物法去除營(yíng)養(yǎng)物等。 生物量回流和排出方式 167。 進(jìn)水的流量、濃度、 pH值、溫度以及其他環(huán)境條件等都保持恒定。 一個(gè)出流的流量為 FW，微生物濃度及殘留物濃度都與反應(yīng)器內(nèi)相同。 它們的停留時(shí)間不一定相同，需要分別定義。 SRT定義為反應(yīng)器中顆粒物質(zhì)總量與單位時(shí)間顆粒物質(zhì)排出量之比，即： （ ） 顆粒物質(zhì)濃度為 XW等于反應(yīng)器中的濃度 X，方程可簡(jiǎn)化為： （ ） 注意： SRT基本定義采用的是質(zhì)量流量而不是體積流量。）； rA—— Ａ參與的所有反應(yīng)速率之和。 這樣共有四個(gè)質(zhì)量平衡方程。X B， H — 1 fD 1— fD bH 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 模型形式 質(zhì)量平衡方程中所有各組分的速率方程都可以由其產(chǎn)生的各 種反應(yīng)產(chǎn)物與表中相應(yīng)化學(xué)計(jì)量系數(shù)相乘之后再加起來(lái)。將上式乘以－１，得到： （ ） HBHDHBHHHSO XbfXY Yr , )1()1( ?????? ?])1()1[( , HBHDHBHHHSO XbfXY Yr ??????? ? 模型形式 式中， —— 氧的消耗速率， mgCOD／ () SOr 在穩(wěn)態(tài)條件下，濃度的導(dǎo)數(shù)為零，質(zhì)量平衡方程簡(jiǎn)化為： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 將微生物生長(zhǎng)速率代入此質(zhì)量平衡方程，并假設(shè)進(jìn)水流和出水流不含微生物，即濃度為零（ CA0和 均為零），得： 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 0)( 39。 而微生物比生長(zhǎng)速率與基質(zhì)濃度相關(guān)。 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 HCH b???1? 為了計(jì)算 CSTR反應(yīng)器內(nèi)及其出流中的基質(zhì)濃度，必須知道 和 SS的函數(shù)關(guān)系。 因此，存在著維持微生物生存的最小基質(zhì)濃度，即當(dāng) 趨于無(wú)窮大時(shí)，由方程 ： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 C?/1C?HHHSSbbKS?????m in（ ） 方程表明， 能夠達(dá)到的最小基質(zhì)濃度由生物降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)決定，即由 被降解的基質(zhì)的性質(zhì)和進(jìn)行降解的微生物的性質(zhì)所決定。 在流失點(diǎn)，沒有生物生長(zhǎng)，也就沒有基質(zhì)被利用，反應(yīng) 器內(nèi)及其出水濃度都與進(jìn)水濃度相等，也就是說(shuō)過(guò)程失效。而且，反應(yīng)器一旦失效，就很難重新啟動(dòng)，除非再投加生 物量。h） bH h1 fD mg細(xì)胞殘留物 COD/mg細(xì)胞 COD 表 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計(jì)量系數(shù)（進(jìn)水 SS0=200mg/L，以 COD計(jì)） 例 a、反應(yīng)器最大允許流速是多少？ 當(dāng)流速最大時(shí)， HRT達(dá)到最小值，但 不能小于 ，由方 程方程 ： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 min? minC?minC?))(()(200m i n ?????ChC in ??因此， in ??最大允許流量為， F=＝ 例 b、如果反應(yīng)器流量為 ，剩余污泥排放量為 ，那么出 水中 m— 甲基苯酚濃度是多少（用 COD表示）？ 首先，用方程 SRT： 第六章 單級(jí)連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機(jī)物濃度和生物量 hhLLC 160)/( ???再用方程 m— 甲基苯酚濃度： )()(