【正文】 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 1986年，國際水質(zhì)協(xié)會（ IAWQ）綜合懸浮生長式生物處理模型，建立了一套能夠描述既含有溶解性基質(zhì)又有顆粒物質(zhì)的廢水處理系統(tǒng)的模型，其中包括有機基質(zhì)的去除、硝化、脫氮等過程，即活性污泥模型（ ASM） 1號。 微生物假定是在恒定生化反應環(huán)境中，電子受體不是限制性因素。但此模型有兩個特征限制了其在許多廢水處理中的應用。 圖 ：必須學會用一組參數(shù)來認識某種特定的基質(zhì)和微生物的特性。一般，剩余生物量的排放與之相反。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 動力學參數(shù)的影響 假定產(chǎn)率系數(shù)和殘留物所占比例這兩個參數(shù)不受溫度影響，在 SRT一定的條件下，溫度越高，基質(zhì)去除率越高，而溫度越低，去除率越低。實線與以前所代表的相同，作為參照。 圖 ，包括基質(zhì)濃度、剩余微生物量和氧需要量的變化過程，相關條件列于表 。產(chǎn)率系數(shù)比較高時，微生物比較多，但是氧需要量比較少，因為基質(zhì)中的電子停留在合成細胞質(zhì)中。這種作用在 SRT比較長時更為明顯。 ?H??H??H? 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 動力學參數(shù)的影響 與 Monod參數(shù)相反，衰減系數(shù)在 SRT比較長時對微生物濃度和需氧量影響比較大。 Monod參數(shù)也會強烈地影響 SRT最小值， 比較大和 KS比較小的微生物能夠在比較短的 SRT期間于反應器內(nèi)生長。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 動力學參數(shù)的影響 和 KS主要影響基質(zhì)濃度。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 動力學參數(shù)的影響 SRT是設計和運行 CSTR的主要控制參數(shù)，但是，它并不是影響生物處理反應器性能的唯一因素。 應該記住，被采用的模型都假定細胞殘留物完全是惰性的，而當時間足夠長時，它也會發(fā)生一些分解。從圖中可以看出， 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水顆粒態(tài)物質(zhì)的影響 由于殘留物在反應器中累積，所以當 SRT增加時，總微生物濃度并不會變?yōu)榱悖珪呄蛞粋€最低限，這時微生物數(shù)量就非常小。 這兩個作用相結(jié)合可以使進水微生物與目標污染物的相對比例增大，使得主要生物處理反應器達到其它條件所達不到的更低的出水基質(zhì)濃度。例如： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水顆粒態(tài)物質(zhì)的影響 雖然工業(yè)廢水處理系統(tǒng)通常接受來自幾種生產(chǎn)區(qū)域的廢水，但是其中一種可能是含有目標污染物的主要廢水。對于表 ，當進水中沒有微生物時， SSmin為 mgCOD /L；而當進水有微生物時，該數(shù)值會得到明顯地降低。如果進水管被污染，使進水流中摻進微生物，就可能影響反應器的預期響應并使測定產(chǎn)生誤差。進水中微生物濃度越高，在比較短的 SRT內(nèi)就可以去除更多的基質(zhì)。 圖 ，進水含有 50mgCOD/L微生物對溶解性基質(zhì)所產(chǎn)生的影響。 所以 ， 比較經(jīng)濟的方法通常是在生物處理反應器之前就設法降低這些惰性固體的濃度 。 比較這兩條曲線可以發(fā)現(xiàn) ， 只有在進水流中加入惰性固體才能使活性比例降低至小于 50%，尤其是當 SRT比較長時 。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水顆粒態(tài)物質(zhì)的影響 圖 只含溶解性基質(zhì) CSTR的進水中投加 100mg/L惰性有機固體對活性比例的影響 （動力學參數(shù)和化學計量系數(shù)見表 ） SRT/h 活性比例 XI0=0 XI0=100mg/L 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水顆粒態(tài)物質(zhì)的影響 圖 ， CSTR進水流中的惰性固體會降低 MLSS活性比例 。 這意味著 SRT的選擇由供氧和剩余污泥處置的相對成本所決定。當 SRT繼續(xù)延長，微生物衰減開始增多， SRT超過 10h所增加的幾乎所有需氧量都是和衰減相關的。因此，氧的需要量相對比較低。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 SRT的影響 所有這些過程決定了耗氧曲線的形狀。對于本圖表對應的參數(shù)，這種參數(shù)出現(xiàn)在 SRT達到 10h。隨著 SRT不斷增加，并超過最小值時，由于微生物迅速生長和基質(zhì)去除增加，剩余生物量越來越多，這時 Yobs值仍然比較大。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 SRT的影響 圖 SRT對進水含溶解性基質(zhì) CSTR中微生物排出速率需氧量的影響 （動力學參數(shù)和化學計量系數(shù)見表 ） SRT/h RO或WT/(mg/h) 剩余污泥（ WT） 需氧量 RO 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 SRT的影響 圖 ，提高 SRT的一個優(yōu)點是，需要處置的剩余生物量減少。 因此 ， 增加 SRT一般來說還是值得的 ， 雖然最終會達到一個抵消點 。 當 SRT變得非常大時 ，可能只有非常小一部分微生物呈活性用來去除基質(zhì) 。 在 SRT比較小時 ， 比增長速率比較高 ， 微生物衰減影響相對比較小 ， 活性比例非常大 。其他情況下，相當大一部分能量被用于生物維持反應和衰減相關的過程，從而導致實際產(chǎn)率降低。因為： SRT增加時，微生物的衰減會變得越來越重要。去除一定量的基質(zhì)所需要的微生物量也是一定的，只是其濃度隨反應器容積不同而不同。它表示出了 SRT增加時微生物量或濃度在容積為 V反應器中增加的過程。當用 COD或 BOD表示實際處理出水基質(zhì)濃度時， SRT在超過一定數(shù)值時所產(chǎn)生的影響就非常小了。 但是，隨著 SRT逐漸增加，基質(zhì)去除率的增加卻急劇下降，雖然這時反應器的穩(wěn)定性增加了。例如，當 SRT稍大于 4h，就能夠使基質(zhì)濃度從 500mg/L降至 50mg/L（以 COD計）。這個數(shù)值稱為生物處理反應器的流失點。 表 動力學參數(shù)、化學計量系數(shù)和系統(tǒng)變量 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 SRT的影響 圖 SRT對進水只含溶解性基質(zhì) CSTR內(nèi)基質(zhì)濃度的影響 （動力學參數(shù)和化學計量系數(shù)見表 ） SRT/h 基質(zhì)濃度/(mg/L) 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 SRT的影響 圖 SRT對溶解性基質(zhì)濃度的影響。 VFFFVFCrrW?????)( 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 模型預測 CSTR運行性能 本章模型的主要作用 : 幫助我們理解 CSTR在不同條件下的運行狀況 ,即 : SRT、進水中投加惰性固體和微生物、高溫和低溫兩種條件下的動力學參數(shù)和化學計量系數(shù)對生物處理反應器運行性能的影響。 一旦認識到回流流量對 SRT的影響，那么從 根據(jù) SRT參數(shù)推導的系統(tǒng)方程均可使用，因為回流流量在 SRT固定時對方程沒有直接影響。 一旦進水發(fā)生變化，則傳統(tǒng)工藝的剩余污泥流量必須隨之進行調(diào)整。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 傳統(tǒng)工藝 （ ） 這個方程表明， 一旦回流流量發(fā)生變化，剩余污泥流量需要做相應調(diào)整以維持 SRT恒定。因此，可列出 MLSS經(jīng)過沉淀池系統(tǒng)的質(zhì)量平衡方程，確定 X/XW，代入方程 ，從而可以根據(jù)回流流量確定 SRT。 圖 2（ b） 有生物量沉淀回流的 CSTR示意圖 傳統(tǒng)工藝，剩余生物量直接從回流中排出 FW、 SS、XB， H、 XD F、 SS0 FFW、 SS F+αF V、 SS 、XB， H、 XD Fr=αF 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 傳統(tǒng)工藝 廢液中任何一種組分的濃度與固體回流水流中的濃度相等。而且，方程 。因為回流的流量并不出現(xiàn)在方程中， SRT不受回流流量的影響，所以不會影響生物處理反應器的運行性能。 SRT仍然由方程 ，而且廢液流中微生物的濃度與生物處理反應器中的濃度相同，所以方程 。作用： 沉淀池中發(fā)生的反應非常少，因此回流水流中溶解性物質(zhì)濃度與生物反應器中相同，回流水流中的溶解性組分對系統(tǒng)運行沒有影響。 圖 2（ a） 有生物量沉淀回流的 CSTR示意圖 Garrett系統(tǒng)，剩余 生物量直接從反應器排出 FW、 SS、 XB， H、 XD F、 SS0 FFW、 SS FFW+αF V、 SS 、XB， H、 XD Fr=αF 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 Garrett工藝 生物處理反應器是完全混合式的，所以反應器出流組分濃度與進入沉淀池水流濃度相同。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 Garrett工藝 Garrett工藝的主要特點是適用于體積被固定的 CSTR反應器，其 SRT只能由固體廢物排出速率 FW控制，生物處理反應器的運行性能與固體循環(huán)流量 Fr無關。兩個類似系統(tǒng)： Garrett工藝 ，該系統(tǒng)顯著的特點是廢液直接從生物處理反應器中排出。內(nèi)置式上向流澄清池，利用反應器中一個靜止的區(qū)域使水流從底部進入，通過設計，可以使上向流速度小于生物絮凝的沉淀速度，排除得到澄清的出水，而生物仍然留在反應器內(nèi)，廢液直接從生物處理反應器中排出。同樣，剩余生物廢液也是直接從反應器排出。 一種設計方案是，生物量所在的反應容器中有多孔墻，能夠排出清水流而將微生物截流在里面，廢液流直接從反應器中排出。因此， ，不能用于含有顆粒狀的可生物降解有機物的反應過程。模型中應該包含專門的一個反應項代表顆粒狀基質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性基質(zhì)的過程。因此，需要在建立模型過程中考慮這些可生物降解的顆粒有機物質(zhì)，以便準確地反映廢水生物處理過程。 （ ） )1)1()(( 0,0CHHBCHDDCM bXbfXX???????????]1 )1([ 0,0CHHBCHDDM bXbfXFW????????? （ ） （ ） ]1 )1([ 0,CHHBCHDbXbfFRO???????? 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水顆粒態(tài)可生物降解有機物質(zhì) 除了一些工業(yè)廢水，大多數(shù)廢水都含有有機顆粒物質(zhì)，其中許多是可生物降解的。而且，進流中只含有微生物的反應器一般沒有分離器，全部出流都進入固體脫水裝置。 式中， F—— 進入反應器的流量。 在這種情況下 ， 不 再考慮出水溶解性基質(zhì)的濃度 。 （ ） H? HBX,]}1 )1(1)[(1 )1({ 00,CHHCHDSSCHHBCHDbYbfSSbXbfFRO?????????????????? 通常 ， 反應器排出的固體廢物會進入一個 CSTR反應器 ， 使剩余 生物量達到穩(wěn)定化再進行最終處置 。 進水性質(zhì)可以采用合適的方程代入 和 而包括進來 。所以進水中的微生物對實際產(chǎn)率沒有影響。新的微生物是利用基質(zhì)進行生長而產(chǎn)生的，它也必須排出生物反應器，這一項可用括號中的最后一項表示。 用方程 XM， 并結(jié)合 SRT和 HRT的定義 ， 得： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水微生物 微生物活性不影響進入反應器的細胞殘留物，所以它的排放量等于進入流量。 （ ） ])(1[1100,0SSHHBCHDCHDASSYXbXbff???????????0DX 進水含有微生物會導致反應器中需要處置的固體的增加 。 進水微生物對活性比例的影響是采用工藝負荷因子作為反應器設計參數(shù)的一個缺點。 根據(jù)活性 比例的定義得： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水微生物 比較方程 ，可以發(fā)現(xiàn)： 如果進水微生物都是活性的，即 為零，那么活性比例系數(shù)與反應器沒有接受任何固體進入時的相同，即方程 ； 如果進水微生物都是殘留物而沒活性，方程 。方程 果可能產(chǎn)生的影響。 但是 ， 基質(zhì)在非常短的 SRT下的去除程度取決 于進水中的微生物濃度 ， 具體見方程 。 ? 進水含有微生物的另一個作用是可以防止 CSTR反應器中微生物 流失 。 （ ） C?/1HSHHBHHSSbSY XbKS)1(00,m in?????? 如果用 代表進水含有微生物時 SSmin與沒有微生物時的 SSmin之 比 ， 即： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應器 進水微生物 由于