【正文】 即莫諾德模式：式中： ——微生物的比增殖速率，； ——基質(zhì)達(dá)到飽和濃度時(shí)，微生物的最大比增殖速率， ——反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)濃度，mg/l； ——飽和常數(shù)，也是半速常數(shù)。在建立活性污泥法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí),有以下假設(shè):(1) 除特別說明外，都認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)物料是完全混合的，對于推流式曝氣系統(tǒng)，則是在此基礎(chǔ)上加以修正；(2) 活性污泥系統(tǒng)的運(yùn)行條件絕對穩(wěn)定；(3) 二次沉淀池內(nèi)無微生物活動(dòng)，也無污泥累積并且水與固體分離良好；(4) 進(jìn)水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；(5) 系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。1)計(jì)算20℃時(shí)脫氧清水的需氧量，按公式代人各值，得：
注意：表面機(jī)械曝氣時(shí)：C sm(T) =C s(T) ，不需要換算。 經(jīng)計(jì)算曝氣池有效容積V＝3000m3。有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)為： 混合液活性污泥濃度(揮發(fā)性)Xv＝2000mg/L；曝氣池出口處溶解氧濃度 C=2mg/L；計(jì)算水溫25℃。豎軸式機(jī)械曝氣裝置：在我國常用的這類曝氣裝置有：泵型葉輪曝氣器、K型葉輪曝氣器、倒傘型葉輪曝氣器和平板型葉輪曝氣器等四種。3．機(jī)械曝氣裝置，又稱表面曝氣裝置a. 曝氣的原理：①水躍——曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強(qiáng)烈攪動(dòng)而卷入空氣；②提升——曝氣機(jī)具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動(dòng)，不斷更新氣液接觸界面，強(qiáng)化氣、液接觸；③負(fù)壓吸氣——曝氣器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在一定部位形成負(fù)壓區(qū)，而吸入空氣。①穿孔管：②新型中氣泡型曝氣裝置：：利用裝置本身的構(gòu)造特點(diǎn)，產(chǎn)生水力剪切作用，將大氣泡切割成小氣泡，增加氣液接觸面積，達(dá)到提高效率的目的。鼓風(fēng)曝氣裝置可分為：（微）小氣泡型、中氣泡型、大氣泡型、水力剪切型、水力沖擊型等a. （微）小氣泡型曝氣裝置：由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴(kuò)散板、擴(kuò)散盤和擴(kuò)散管等；氣泡直徑在2mm以下（氣泡在200mm以下者，為微孔）；氧的利用率較高，EA=15~25%，動(dòng)力效率在2 kgO2/；缺點(diǎn)：易堵塞，空氣需經(jīng)過濾處理凈化，擴(kuò)散阻力大。技術(shù)性能指標(biāo)：動(dòng)力效率（Ep）：每消耗1度電轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/）；氧的利用率（EA）：又稱氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通過表面機(jī)械曝氣裝置在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/h）。 ：充氧能力R0的計(jì)算：根據(jù)式（28）求得需氧量O2；R=O2；，進(jìn)而根據(jù)R0值選配合適的機(jī)械曝氣設(shè)備。需氧量是可以根據(jù)下式求得： (28)5．曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序：：?求風(fēng)量即供氣量： 由式(28)求得需氧速率O2 根據(jù)供氧速率 =需氧速率，則有：R=O2，根據(jù)式（24）求得標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率R0：，根據(jù)式（27）求得供氣量（m3/d） Gs’ (m3/min)；?求要求的風(fēng)壓（風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓）：根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻力、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風(fēng)壓。?供氣量Gs： （27） 對于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過清水試驗(yàn)測出的，隨產(chǎn)品向用戶提供； 對于機(jī)械曝氣系統(tǒng)，先求出的R0值，又稱為充氧能力，廠家也會(huì)向用戶提供其設(shè)備的R0值。：?氧轉(zhuǎn)移效率：，式中 EA——氧轉(zhuǎn)移效率，一般的百分比表示；OC——供氧量，kgO2/h；，21%——氧在容氣中的占的百分比； ——20176。 V——曝氣池的體積，（m3）；為求得水溫為T，壓力為P條件下的廢水中的實(shí)際氧轉(zhuǎn)移速率（R），則需對上式加以修正，需引入各項(xiàng)修正系數(shù)，即：，因此，R0/R為： ，一般來說：R0/R = ~。e．壓力對水中飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響：壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力(P)之間存在著如下關(guān)系： ， 其中 ，對于鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下，其Cs值以擴(kuò)散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計(jì)算，如下所示：， 式中Ot——從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%； 其中EA——氧利用率，%，一般在6%~12%之間；Pb——安裝曝氣裝置處的絕對壓力，可以按下式計(jì)算：，P——曝氣池水面的大氣壓力，P＝105 Pa；H——曝氣裝置距水面的距離，m。時(shí)的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；T——設(shè)計(jì)水溫 176。溫度對KLa值的影響以下式表示： 式中 KLa（T）和KLa（20）——分別為水溫T176。影響氧轉(zhuǎn)移速率的主要因素：——廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等a. 水質(zhì)對氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）值的影響：廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉(zhuǎn)移的阻力，使KLa值降低；為此引入系數(shù)a，對KLa值進(jìn)行修正： 式中 KLaw——廢水中的氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)；a值可以通過試驗(yàn)確定，一般a = ~b. 水質(zhì)對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對此，以系數(shù)b加以修正：，式中Csw——廢水的飽和溶解氧濃度，mg/l；~。： 標(biāo)準(zhǔn)氧轉(zhuǎn)移速率——指脫氧清水在20176。由式（4）可見與t之間存在著直線關(guān)系，直線的斜率即為KLa/。氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）的求定：氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（）是計(jì)算氧轉(zhuǎn)移速率的基本參數(shù)，一般通過試驗(yàn)求得。為了提高dC/dt值，可以從兩方面考慮：①提高值——加強(qiáng)液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。： 雙膜理論模型的示意圖：(或稱氧轉(zhuǎn)移模式圖（雙膜理論）)邊界層紊流紊流層流層流ygyiCLCiPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體 （1） 式中：——氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h1，此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則值低，反之則值高。二、曝氣的原理、方法及設(shè)備(一)曝氣的原理：?充氧：向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，以滿足其在代謝過程中所需的氧量。190。鼓風(fēng)曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。各種活性污泥法的設(shè)計(jì)參數(shù)(處理城市污水,僅為參考值)設(shè)計(jì)參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥法階段曝氣活性污泥法BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/)~~~容積負(fù)荷(kgBOD5/)~08~~污泥齡(d)5~155~155~15MLSS(mg/l)1500~30003000~60002000~3500MLVSS(mg/l)1200~24002400~48001600~2800回流比(%)25~5025~10025~75曝氣時(shí)間HRT(h)4~83~53~8BOD5去除率(%)85~9585~9085~90設(shè)計(jì)參數(shù)吸附再生活性污泥法延時(shí)曝氣活性污泥法高負(fù)荷活性污泥法BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/)~~~容積負(fù)荷(kgBOD5/)~~~污泥齡(d)5~1520~30~MLSS(mg/l)吸附池1000~3000再生池4000~100003000~6000200~500MLVSS(mg/l)吸附池800~2400再生池3200~80002400~4800160~400回流比(%)25~10075~1005~15曝氣時(shí)間HRT(h)~再生池3~618~48~BOD5去除率(%)80~909560~75設(shè)計(jì)參數(shù)純氧曝氣活性污泥法深井曝氣活性污泥法BOD5—SS負(fù)荷(kgBOD5/)~~容積負(fù)荷(kgBOD5/)~~污泥齡(d)5~155MLSS(mg/l)6000~100003000~5000MLVSS(mg/l)4000~65002400~4000回流比(%)25~5040~80曝氣時(shí)間HRT(h)~~溶解氧濃度DO(mg/l)6~10SVI(ml/g)30~50BOD5去除率(%)75~9585~90 活性污泥系統(tǒng)的曝氣一、曝氣池的型式與構(gòu)造(一)曝氣池的分類：根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機(jī)械190。（十）深井曝氣活性污泥法——又稱超深水曝氣法1)工藝流程：一般平面呈圓形，直徑約介于1~6m，深度一般為50~150m。（九）深水曝氣活性污泥法1)主要特點(diǎn)：~8m以上，氧的轉(zhuǎn)移率可以提高，相應(yīng)也能加快有機(jī)物的降解速率；。（七）純氧曝氣活性污泥法主要特點(diǎn)：，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率；%，而一般的鼓風(fēng)曝氣僅為10%左右；~7000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負(fù)荷；，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。2)主要缺點(diǎn)：池容大、曝氣時(shí)間長，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水，水量一般在1000m3/d以下。2)主要缺點(diǎn)：對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法；對溶解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。1)主要優(yōu)點(diǎn)：，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。（四）吸附再生活性污泥法——又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法。2）主要結(jié)構(gòu)形式：（曝氣沉淀池）：（三）階段曝氣活性污泥法——又稱分段進(jìn)水活性污泥法或多點(diǎn)進(jìn)水活性污泥法 工藝流程主要特點(diǎn)：，有機(jī)物負(fù)荷分布較均衡，改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；，提高了曝氣池對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力。（二）完全混合活性污泥法1）主要特點(diǎn)：，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；。主要有以下幾種：（一）傳統(tǒng)活性污泥法：1)主要優(yōu)點(diǎn)：：BOD5的去除率可達(dá)9095%；，可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)?；钚晕勰辔阶饔玫拇笮∨c很多因素有關(guān):1）廢水的性質(zhì)、特性：對于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物的廢水，具有較好的效果；2)活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應(yīng)給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復(fù)和增強(qiáng)，一般應(yīng)使活性污泥微生物進(jìn)入內(nèi)源代謝期。但這并不是真正的降解，隨著時(shí)間的推移，混合液的BOD5值會(huì)回升（由于胞外水解酶將吸附的非溶解狀態(tài)的有機(jī)物水解成為溶解性小分子后，部分有機(jī)物又進(jìn)入污水中使BOD值上升。l 值的確定:(1) 活性污泥法處理城市污水時(shí)的和值:運(yùn)行方式DO2a’b’完全混合式~生物吸附法~傳統(tǒng)曝氣法~延時(shí)曝氣法~(2)幾種工業(yè)廢水的值:廢水a(chǎn)’b’石油化工廢水合成纖維廢水含酚廢水制漿與造紙廢水制藥廢水釀造廢水漂染廢水~煉油廢水亞硫酸漿粕廢水(3)試驗(yàn)法:將上述方程式改寫成: 活性污泥凈化反應(yīng)過程:BOD吸附降解曝氣過程在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從廢水中被去除的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細(xì)胞，活性污泥得到了增長。 需氧量: 式中——曝氣池混合液的需氧量，； ——代謝每所需的氧量，； ——每每天進(jìn)行自身氧化所需的氧量。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長量為: 式中: 每日污泥增長量(),； ； ——每日處理廢水量()； ——進(jìn)水濃度(或)； ——出水濃度(或)。l 內(nèi)源呼吸期:（1）內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活性污泥的量在減少，最終所有的活細(xì)胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細(xì)胞壁等；（2）污泥的無機(jī)化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機(jī)物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；（3）一般不采用這一階段作為運(yùn)行工況，但也有采用，如延時(shí)曝氣法。l 對數(shù)增長期：F/M值高()，所以有機(jī)底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(1) 微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關(guān)，呈零級反應(yīng)，它僅由微生物本身所特有的最小世代時(shí)間所控制，即只受微生物自身的生理機(jī)能的限制；(2) 微生物以最高速率對有機(jī)物進(jìn)行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細(xì)胞；(3) 此時(shí)的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動(dòng)能力很強(qiáng)，導(dǎo)致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(4) 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(5) 一般不采用此階段作為運(yùn)行工況，但也有采用的，如高負(fù)荷活性污泥法。l 適應(yīng)期:(1) 是活性污泥微生物對于新的環(huán)境條件、污水中有機(jī)物污染物的種類等的一個(gè)短暫的適應(yīng)過程；(2) 經(jīng)過適應(yīng)期后，微生物從數(shù)量上可能沒有增殖，但發(fā)生了一些質(zhì)的變化：；；；等等。 F/M值也是影響有機(jī)物去除速率、氧利用速率的重要因素。一般可用活性污泥的增長曲線來描述: 注意：1)間歇靜態(tài)培養(yǎng)；2)底物是一次投加；3)圖中同時(shí)還表示了有機(jī)底物降解和氧的消耗曲線。 X /（Qw 曝氣池的有機(jī)容積去除負(fù)荷：用Ci – Ce 代替上式中的Ci，用Bi – Be 代替上式中的Bi2) 曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷： 。10（ml/l）或 SVI =SVI =SV（ml/l） MLSS（g/l）MLSS（g/l）——能更準(zhǔn)確地評價(jià)污泥的凝聚性能和沉降性能，其值過低