水质工程学－ 水质工程学－ 2 第三篇：生物处理理论与应用 第三篇：生物处理理论与应用 北京工业大学环境与能源学院 北京工业大学环境与能源学院 第三篇 第三篇 生物处理理论与应用 生物处理理论与应用 第 13章 活性污泥法 第 14章 生物膜法 第 17章 污泥处理、处置与利用 第 16章 自然生物处理系统 第 15章 厌氧生物处理 ? 13.0 概述概述 ? 13.1 活性污泥的理论基础活性污泥的理论基础 ? 13.2 活性污泥的性能指标及其有关参数活性污泥的性能指标及其有关参数 ? 13.3 活性污泥反应动力学及其应用活性污泥反应动力学及其应用 原理及应用原理及应用 ? 13.4 活性污泥法的各种演变及应用活性污泥法的各种演变及应用 ? 13.5 曝气及曝气系统曝气及曝气系统 ? 13.6 活性污泥处理系统的过程控制与运行管理活性污泥处理系统的过程控制与运行管理 ? 13.7 活性污泥法的脱氮除磷原理及应用活性污泥法的脱氮除磷原理及应用 ? 13.8 活性污泥法的发展与新工艺活性污泥法的发展与新工艺 工艺及应用工艺及应用 第 13 章 活性污泥法 ? 1、 我国的水环境污染与治理情况 ? 2、 我国污水的综合排放标准 ? 3、 污水处理方法的分类 ? 4、 活性污泥法在污水处理中的重要作用 ? 5、 典型的城市污水处理工艺流程 ? 6 、 活性污泥法的发展方向 13.0 概 概 述 述 1 我国的水环境污染与治理情况 据2000年中国环境年鉴报道，我国1999年污 水排放量为 402亿m 3 ，其中生活污水排放量为 204 亿m 3 ，首次超过工业废水排放量；城市污水处理 率为 20.5％ ％ ， 近年来，国家加大了投资力度，目 前有300多个城市污水处理厂正在兴建，至2010年 城市污水处理率将达 50％ ％ 左右。但是其中达标的 二级处理率却比较低，更无法谈到三级处理，因 而严重造成我国水体的污染与破坏。 污水排放量大且处理率低 污水排放量大且处理率低 13.0 概 概 述 述 我国的大型淡水湖泊和城市湖泊均达中度 和重度的富营养化污染，如滇池、巢湖都严重 富营养化，全湖水质为 Ⅴ Ⅴ －劣 －劣 Ⅴ Ⅴ 类 类 ；太湖中度 富营养化，湖水为 Ⅳ Ⅳ －劣 －劣 Ⅴ Ⅴ 类 类 。近岸海域污染 也日益严重,1998年我国海域监测到 赤潮 赤潮 22 起，其中南海 起，其中南海 10起，东海 起，东海 5起，渤海和黄海 起，渤海和黄海 7 起 起 ， 对我国近海生态系统和水产资源造成严重 的破坏，从中可以看出我国水体环境遭到破坏 程度远远超过发达国家对水体的破坏。 湖泊及海域严重富营养化 湖泊及海域严重富营养化 236 1200 300 1600 450 2000 0 500 1000 1500 2000 1980 1990 2000 缺水城市 （座数） 缺水量（万立方米/天） 1980、 、 1990、 、 2000年缺水城市数量和缺水量变化 年缺水城市数量和缺水量变化 2 我国污水的综合排放标准 表1 污水综合排放标准（mg/l） 31.51 总磷 总磷 （以（以 P计）计） 2585 氨氮 氨氮 （以（以 N计）计） —— 2015 总氮 总氮 （以（以 N计）计） 302010SS 302010BOD 5 1006050COD B标准 标准 A标准 标准 二级标准 二级标准 一级标准 一级标准 基本控制项目 基本控制项目 ? 当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河 当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河 湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途 湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途 时，执行一级的 时，执行一级的 A标准 标准 ? 城镇污水处理厂出水排入地表三类功能水 城镇污水处理厂出水排入地表三类功能水 域、海水二类功能水域和湖、库等封闭或 域、海水二类功能水域和湖、库等封闭或 半封闭水域时，执行一级 半封闭水域时，执行一级 B标准 标准 ? 城镇污水处理厂出水排入地表水四、五类 城镇污水处理厂出水排入地表水四、五类 功能水域或海水三四类功能海域，执行二 功能水域或海水三四类功能海域，执行二 级标准 级标准 3 污水处理方法的分类 污水处理方法 污水处理方法 物理化学法 物理化学法 凝聚、絮凝 离子交换 吸附 化学法 化学法 中和 化学沉淀 氧化还原 消毒 电解 物理法 物理法 沉淀 筛滤过滤 气浮 离心分离 膜分离 萃取 生物法 生物法 好氧法 厌氧法 自然生物处理 活 性 污 泥 法 生 物 膜 法 悬 浮 生 长 生 物 法 生 物 膜 法 稳 定 塘 法 土 地 处 理 系 统 4 活性污泥法在污水处理中的重要作用 9 活性污泥法是目前 去除有机污染物 最有效的方法之 一；目前国内外 95%以上的城市污水处理和50%左右的工 业废水处理 都采用活性污泥法。 9 具有 很强的净化功能 ，去除BOD、SS的效率高，均可 达到95%以上； 9 广泛的 普适性 ：适于各种有机废水，大中小型污水 处理厂，高中低负荷。 9 由于是依靠微生物的处理， 运行费用较低 。 9 可实现生物 脱氮除磷 。 5 典型的城市污水处理工艺流程 污水流程污水流程 污泥流程污泥流程 消化气消化气 原污水原污水 格栅格栅 沉砂池沉砂池 初沉池初沉池 排放或三排放或三 级处理级处理 投氯消毒投氯消毒 二沉池二沉池 生物处理单元 （活性污泥法或生物膜法） 一级处理（物理处理）一级处理（物理处理） 二级处理（生物处理）二级处理（生物处理） 污泥浓缩池污泥浓缩池 沼气利用沼气利用 污泥消化池污泥消化池 污泥利用污泥利用 脱水和干脱水和干 燥设备燥设备 污泥处理污泥处理 6 活性污泥法的发展方向 （ 1）大型（超大型）化和微型化 美国芝加哥城市污水处理厂的处理能力为 美国芝加哥城市污水处理厂的处理能力为 454万 万 m3/d；超小型的 ；超小型的 SBR法。 法。 （ 2）高效节能：新工艺的 AB法，新型氧化沟，各种 SBR法等。 （ 3）多功能化：用于深度处理，脱氮除磷（ A/O 法， A/A/O法）；膜生物反应器（ MBR）。 （ 4）运行控制的自动化、智能化。 1、 活性污泥法的概念与基本流程 活性污泥法的概念与基本流程 2、 、 活性污泥的形态与组成 活性污泥的形态与组成 3、 、 活性污泥微生物及其作用 活性污泥微生物及其作用 4、 、 活性污泥微生物的增殖规律 活性污泥微生物的增殖规律 5、 、 活性污泥净化污水的过程 活性污泥净化污水的过程 6、 、 环境因素对活性污泥微生物的影响 环境因素对活性污泥微生物的影响 13.1 活性污泥法的理论基础 活性污泥法的理论基础 1 、 活性污泥法的概念与基本流程 活性污泥法的概念与基本流程 1912年-1913年英国人发明了活性污泥法 （Activated Sludge Process）， 1914年由Ardern和Lockett在英国曼 彻斯特建成试验厂，1916年美国正式建立了第一座活性污 泥法污水处理厂。在将近90年的历史中，随着在实际生产 上的广泛应用和技术上的 不断革新改进 ，特别是近几十年 来，在对其生物反应和净化机理进行深入研究探讨的基础 上，活性污泥法 在生物学、反应动力学的理论方面以及在 工艺方面都得到了长足的发展 ，出现了多种能够适应各种 条件的工艺流程。 目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性 工业废水处理中 最常用的工艺 。 空气 曝气池 进水 出水 回流污泥 剩余污泥 Qw 二沉池 向生活污水注入空气进行曝气，持续一 段时间以后，污水中即生成一种褐色絮凝体。 这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体 所构成，它易于沉淀分离，并使污水得到澄 清，这种絮凝体就是 “活性污泥 活性污泥 ” 。 （ Activated Sludge ） 活性污泥的概念 活性污泥法的基本流程 （传统活性污泥法） 预处理后预处理后 的污水的污水 二次沉淀池二次沉淀池 回流污泥回流污泥 剩余污泥排放剩余污泥排放 处理水处理水 空气空气 活性污泥反应器活性污泥反应器 —曝气池曝气池 活性污泥处理系统 以曝气池为核心 处理设备 ， 此外还有 二次 沉淀池 、 污泥回流系统、剩余污泥 排放系统 以及 曝气系统 所组成 。 为保持曝气池内恒定的污泥浓度，还要将另一部分沉 淀污泥排出污水处理系统，该部分污泥称为 剩余污泥 剩余污泥 。剩 余污泥应妥善处理，否则将造成二次污染。 9 污水中含有足够的可溶性易降解有机物，作为微污水中含有足够的可溶性易降解有机物，作为微 生物生理活动所必需的 生物生理活动所必需的 营养物质 营养物质 ； ； 9 混合液中含有足够的混合液中含有足够的 溶解氧溶解氧 ；； 9 活性污泥在曝气池中呈悬浮状态，能够活性污泥在曝气池中呈悬浮状态，能够 与污水充与污水充 分接触 分接触 ； ； 9 活性污泥连续回流，同时，还要及时地排出剩余污活性污泥连续回流，同时，还要及时地排出剩余污 泥，使混合液 泥，使混合液 保持一定浓度 保持一定浓度 的活性污泥； 的活性污泥； 9 对微生物对微生物 有毒有害有毒有害 作用的物质不超过其毒阈浓度。作用的物质不超过其毒阈浓度。 活性污泥处理系统有效运行的基本条件是： 活性污泥处理系统有效运行的基本条件是： 2、 、 活性污泥的形态与组成 活性污泥的形态与组成 活性污泥是活性污泥处理系统中的主体 作用物质。它是 栖息着具有强大生命活力的 栖息着具有强大生命活力的 微生物群体 微生物群体 。在微生物群体新陈代谢功能的 作用下，活性污泥具有将有机污染物转化为 稳定的无机物质的活力，故此称之为 “活性 污泥 ”。 正常的活性污泥在外观上呈絮绒颗粒状，又称之为 “生物絮凝体 ” 0.02～ 0.2mm 含水率很高 ，一 般都在 99%以上，其比 重则因含水率不同而 异，介于1.002-1.006 之间. 略带土壤的气 味，其颜色根据污 水水质不同而不同. 活性污泥中的固体物质仅占 1%以下，这1%的固体物质是由 有机与无机两部分所组成，其组成比例则因原污水性质不同而 异，如城市污水的活性污泥，其中有机成分占 75%-85%，无机成 分则占 15%-25%。 具有 较大的表 面积 ，每 mL活性 污泥的表面积大 体上介于 20～ 100cm 2 之间 活性污泥是由下列四部分物质所组成： 具有代谢功 具有代谢功 能活性的微 能活性的微 生物群体 生物群体 （ （ Ma） ） 微生物（主要是 微生物（主要是 细菌）内源代谢、 细菌）内源代谢、 自身氧化的残留 自身氧化的残留 物 物 （ （ Me） ） ； ； 由原污水挟入的由原污水挟入的 有机物质（含难有机物质（含难 为细菌降解的惰为细菌降解的惰 性有机性有机 物）物） （（ Mi）） ；； 由污水挟入 由污水挟入 的无机物质 的无机物质 （ （ Mii） ） 所谓 “难降解有机物质 ”就是指某些惰性的难为细 菌摄取、利用的有机物质 ，微生物菌体经过自身氧 化的残留物，如细胞膜、细胞壁等，也属于难降解有 机物质范畴内 。 活性污泥中的微生物群体主要由各种细菌 和原生动物组成，此外，在活性污泥上还存活 着真菌和以轮虫为主的后生动物。原生动物摄 取细菌，后生动物则摄食细菌和原生动物。活 性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动 物组成了一个小型的相对 稳定的生态系统和食 物链 ，如图2所示。 3 活性污泥微生物及其作用 活性污泥微生物及其作用 活性污泥微生物群体的食物链 代谢产物的移动食物的移动 污水中的有 机物 N、 P 悬浮状 剩余污泥 后生动物 处理水 溶解性 细菌 原生动物 在活性污泥上形成优势的常见细菌主要有：产碱杆菌 属（ Alcaligenes）、芽孢杆菌属（ Bacillus）、黄杆菌属 （ Flavobacterium）、动胶杆菌属（ Zoogloea）、假单胞菌 属（ Pseudomonas）和大肠埃希氏杆菌（ Escherichia Coli） 等。此外，还可能出现的细菌有：无色杆菌属 （ Achromobacter）、微球菌属（ Microbaccus）、诺卡氏菌 属（ Nocardia）和八叠球菌属（ Sarcina）等 活性污泥微生物中的细菌以 活性污泥微生物中的细菌以 异养型 异养型 的 的 原核细菌为主。 原核细菌为主。 活性污泥中的细菌 活性污泥中的细菌 在成熟的正常活性污泥中的细菌数量大致 在成熟的正常活性污泥中的细菌数量大致 介于 介于 10 7 ～ ～ 10 8 个 个 /mL活性污泥之间 活性污泥之间 。各种属的细菌 。各种属的细菌 在适宜的环境条件下，都具有较高的增殖速率， 在适宜的环境条件下，都具有较高的增殖速率， 世代时间仅为 世代时间仅为 20～ ～ 30min。 。 原污水中有机物的性质决定哪些种属的细菌 在活性污泥中占优势 。 菌胶团细菌 菌胶团细菌 如动胶杆菌属 （Zooglea） 、假单胞菌属 （ Pseudomonas） 、黄杆菌属 （Flavobacterium） 等能够形成菌胶团的细菌被称为 菌胶团细菌 。菌胶 团细菌是构成活性污泥絮凝体的主体成分，有很强 的吸附、氧化分解有机物的能力。细菌形成菌胶团 后可防止被微型动物吞噬，并在一定程度上可免受 毒物的影响。 菌胶团具有很好的沉降性能，使混合 液在二沉池中迅速完成泥水分离。 丝状菌 丝状菌 通常，丝状菌在活性污泥中可交叉穿织在 菌胶团之间，是形成活性污泥絮凝体的骨架， 使污泥具有良好的沉淀性能。丝状菌还可保持 高的净化效率、低的处理出水浓度和出水悬浮 物浓度。但若大量异常的增殖则会引发 污泥膨 胀现象 。 活性污泥中的原生动物与后生动物 活性污泥中的原生动物与后生动物 在活性污泥中存活的原生动物主要有 肉足虫、鞭毛虫 和纤毛虫等三类 。原生动物的主要摄食对象是细菌，因 此，出现在活性污泥中的原生动物，在种属上和数量上是 随处理水的水质和细菌的存活状态变化而改变的。原生动 物还不断地摄食水中的游离细菌，起到了进一步净化水质 的作用。 活性污泥系统中较常见的后生动物有轮虫、线虫和瓢 体虫等。 原生动物和后生的出现，其数量和种类在一定程度上 还能预示和指示出水水质，因此也常称其为 “指示性微生物 ” 钟虫 钟虫 轮虫 轮虫 分散 凝聚 微生物量 时间 残留食物量 细菌 游泳型 纤毛虫类 活性污泥微生物增长与递变的模式 肉足 虫类 鞭毛虫 在系统启动的初期，活性污泥 絮体尚未很好的形成，混合液中游 离细菌居多，处理水水质欠佳，此 时出现的原生动物，最初为肉足虫 类（如变形虫）占优势，继之出现 的则是游泳型的纤毛虫。 有柄固着型纤毛虫类 当活性污泥培育成熟，生物絮凝 体结构良好，混合液中的细菌多已 “聚居 ”在活性污泥上，游离细菌为数 很少，处理水水质良好，此时出现 的原生动物则将以带柄固着（着生） 型的纤毛虫为主，如钟虫、累枝虫 等。 轮虫类 轮虫在系统正常运行时 期、有机物含量低、出水水 质良好时才会出现 出现在活性污泥中的原生动物，在种属上和数量上 是随处理水的水质和细菌的存活状态变化而改变的 4 活性污泥微生物的增殖规律 活性污泥微生物的增殖规律 纯菌种的增殖规律已有大量的研究结果， 并可以用增殖曲线来表示。活性污泥中微生物 种类繁多，其增殖规律比较复杂，但仍可用增 殖曲线表示其规律。 将活性污泥微生物在污水中接种，并在温 度适宜、溶解氧充足的条件下进行培养，按时 取样检测，即可得出微生物数量与培养时间之 间具有一定规律性的增殖曲线 。 活性污泥微生物降解污水中有机污染 活性污泥微生物降解污水中有机污染 物，同时微生物相应的进行增殖。 物，同时微生物相应的进行增殖。 微生物增殖曲线 S(BOD)降解曲线 X O a 时间 量 内源呼吸期 b 对数增殖期 c d 减衰增殖期 氧利用速率曲线 活性污泥微生物增殖曲线及其和有机底物降解、氧利用活性污泥微生物增殖曲线及其和有机底物降解、氧利用 速率的关系速率的关系 （间歇培养、底物一次性投加）（间歇培养、底物一次性投加） 活性污泥微生物所处的生长期，主要由F/M比 值所控制。另外，处于不同增殖期的活性污泥，其 性能不同，处理水水质也不同。F/M比值是 有机底 物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附 性能 的重要影响因素，也是活性污泥法处理 系统设 计和运行 中一项非常重要的参数。 活性污泥的能量含量 F/M 营养物或有机物量（F）与微生物量（M）的比值 （F/M） 活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期） 活性污泥微生物增殖分为以下四个阶段（期） : 适应期 适应期 亦称延迟期或调整期。本期是微生物培养 的最初阶段，是微生物细胞内各种酶系统对新培 养基环境的适应过程。 对数增殖期 对数增殖期 又称增殖旺盛期。出现本期的环境条 件是F/M比值很高，有机底物非常充分，营养物质 不是微生物增殖的控制因素，微生物以最高速率 摄取有机底物，也以最高速率增殖和合成新细胞。 由上图可见，微生物（活性污泥）的增殖速率与 时间呈直线关系，为一常数值，其值即为直线的 斜率。据此，对数增殖期又称为 “等速增殖期 ” 减衰增殖期 减衰增殖期 又称稳定期和平衡期。随着有机底 又称稳定期和平衡期。随着有机底 物浓度不断下降，微生物的不断增殖， 物浓度不断下降，微生物的不断增殖， F/M比值 比值 继续下降，营养物质逐步成为微生物增殖的控制 继续下降，营养物质逐步成为微生物增殖的控制 因素，此时微生物的增殖过渡到减衰增殖期。在 因素，此时微生物的增殖过渡到减衰增殖期。在 此期间，微生物的增殖速率和有机底物的降解速 此期间，微生物的增殖速率和有机底物的降解速 率已大为降低，并与残存的有机底物浓度有关， 率已大为降低，并与残存的有机底物浓度有关， 呈一级反应。 呈一级反应。 内源呼吸期 内源呼吸期 又称衰亡期。污水中有机底物持续 又称衰亡期。污水中有机底物持续 下降，达到近乎耗尽的程度， 下降，达到近乎耗尽的程度， F/M比值随之降至 比值随之降至 很低的程度。微生物由于得不到充足的营养物 很低的程度。微生物由于得不到充足的营养物 质，而开始大量地利用自身体内储存的物质或衰 质，而开始大量地利用自身体内储存的物质或衰 亡菌体，进行内源代谢以维持生命活动，微生物 亡菌体，进行内源代谢以维持生命活动，微生物 进入内源呼吸期。 进入内源呼吸期。 在活性污泥法转入正常运行后，由于曝气池内混合 液的流态不同，所对应的污泥增殖曲线也不同。 推流式曝气池 完全混合式曝气池 污水与回流污泥的混合液从池的一端流入，在后继水 流的推动下，沿池长方向流动，并从池的另一端流出池外 混合液在池内充分混合循环流动，污水与回流污泥 进入曝气池后立即与池内原有混合液充分混合 污泥增殖曲线的区别 因此， 因此， 推流式曝气池中活性污泥增殖状态在曲线上是某一个 推流式曝气池中活性污泥增殖状态在曲线上是某一个 区段 区段 ，即池首到池尾的 ，即池首到池尾的 F/M值和微生物量都是不断变化的。有 值和微生物量都是不断变化的。有 机物与微生物之间的相对数量决定了其在曲线上的所处的位 机物与微生物之间的相对数量决定了其在曲线上的所处的位 置 置 。 。 池中各处的状态几乎完全一致。它的工作情况 池中各处的状态几乎完全一致。它的工作情况 在活性污泥增 在活性污泥增 殖曲线上只是一个点 殖曲线上只是一个点 ，至于这个点在曲线上的具体位置则决 ，至于这个点在曲线上的具体位置则决 定于每日进入曝气池的有机物和微生物之间的相对数量 定于每日进入曝气池的有机物和微生物之间的相对数量 ,即 即 污泥负荷。 污泥负荷。 推流式曝气池 完全混合式曝气池 5 活性污泥净化污水的过程 活性污泥净化污水的过程 在活性污泥处理系统中，有机污染物从 在活性污泥处理系统中，有机污染物从 污水中去除过程的实质就是 污水中去除过程的实质就是 有机污染物作为 有机污染物作为 营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利 营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利 用 用 的过程。这一过程的结果是污水得到净 的过程。这一过程的结果是污水得到净 化，微生物获得能量并合成新的细胞，使活 化，微生物获得能量并合成新的细胞，使活 性污泥得到增长。这一过程是比较复杂的， 性污泥得到增长。这一过程是比较复杂的， 它是由 它是由 物理、化学、物理化学以及生物化学 物理、化学、物理化学以及生物化学 等反应过程所组成 等反应过程所组成 。 。 初期 吸附去除 活性污泥有着很大的比 表面积，表面上富集着大量 的微生物，在其外部覆盖着 多糖类的粘质层。 污水中呈悬浮和胶 体状态的有机物在较 短时间（5-10min） 内被活性污泥所凝聚 和吸附而得到去除。 BOD去除率可达20%- 70%，吸附速率与程 度取决于： 微生物的 活性；有机物的组成 和物理形态 。 被吸附在微生物细胞表面的有机物，再经过数小时的曝 气后，才能够相继地被摄入微生物细胞内，因此，被 “初期吸 附去除 ”的有机物的 数量是有一定限度的 。 微生物的代谢 小 分 子 有 机 物 透膜酶 小分子 小分子 小分子 大 分 子 有 机 物 水 解 酶 水 解 酶 水 解 酶 在透膜酶的作用 下，小分子的有机物 能够直接透过细胞壁 进入微生物体内 如淀粉、蛋白质等大分 子有机物，则必须在细胞外 酶 —水解酶的作用下，被水 解为小分子后再被微生物摄 入细胞体内 微生物将有机物摄入体内的过程 被摄入细胞体内的有机物，在各种胞内酶，如脱 氢酶、氧化酶等的催化作用下，微生物对其进行代谢 反应 . 微生物分解与合成代谢及其产物的模式 + O 2 分 解 代 谢 合 成 代 谢 +能量 H 2 O、 NH 3 、 CO 2 有机物 微生物 代谢产物 H 2 O、 CO 2 、 NH 3 、 NO 3- 、 P0 4 3- +O 2 微生物 （污泥） 增长 合成细胞物质 C 5 H 7 NO 2 内源呼吸 残留物 +能量 内源呼吸产物 氧化分解过程反应方程式 氧化分解过程 是微生物为了获得合成细胞和维 持其生命活动等所需的能量，将吸附的有机物进行 分解，这个过程可用下式表示： C X H Y O Z +（ X+0.25Y-0.5Z)O 2 XCO 2 +0.5YH 2 O+能量 式中 C x H y O z ——近似地表示有机物的分子式 同化合成过程反应方程式 同化合成过程 是微生物利用氧化所获得的能 量，将有机物合成新的细胞物质。这个过程可用下 式表示： nC X H Y O Z +nNH 3 +（ X+0.25Y-0.5Z-5)O 2 +能量 （ C 5 H 7 NO 2 ） n + n（ X-5） CO 2 + 0.5n（ Y-4） H 2 O 式中 C 5 H 7 NO 2 ——表示微生物细胞组织的化学式 内源呼吸过程反应方程式 内源呼吸过程 是当废水中的有机物很少时，微 生物就会氧化体内蓄积的有机物和自身细胞物质来 获得维持生命活动所需的能量。这个过程可用下式 表示： （ C 5 H 7 NO 2 ） n+5O 2 nNH 3 +5nCO 2 + 2nH 2 O +能量 式中 C 5 H 7 NO 2 ——表示微生物细胞组织的化学式 美国污水生物处理专家麦金尼，对活性污泥微 生物在曝气池内所进行的有机物氧化分解、细胞质 合成以及内源代谢三项反应，提出了如图所示的数 量关系。 80% ～ ～ 2/3 合成代谢 20% 内源代谢 ～ 1/3～ 分解代谢 可降解有机物 +O 2 无机物+能量 新细胞物质 无机物+能量 残留物质 微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼）微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼） 活性污泥的沉淀分离 活性污泥系统净化污水的最后程序是泥水分 离，这一过程是在二次沉淀池或沉淀区内进行的。 污水中有机物在活性污泥的代谢作用下无机化 后，经过泥水分离，处理后的澄清水排走，污泥沉 淀至池底。 泥水分离的好坏，直接影响到处理水水 质以至整个系统的正常运行。 若泥水不经分离或分 离效果不好，由于活性污泥本身是有机体，进入自 然水体后将造成二次污染。另外对从沉淀池排出的 活性污泥要进行妥善处理，否则会造成二次污染。 6 环境因子对活性污泥微生物的影响 环境因子对活性污泥微生物的影响 pH值 值 水 温 水 温 有毒物质 有毒物质 溶解氧 溶解氧 营 养 物 质 营 养 物 质 活性污泥 营养物质 营养物质 碳源 氮源 磷源 其他营养 碳是构成碳是构成 微生物细胞微生物细胞 的重要物的重要物 质，参与活质，参与活 性污泥处理性污泥处理 的微生物对的微生物对 碳源的需求碳源的需求 量较大，一量较大，一 般通过转化般通过转化 污水中的有污水中的有 机物获得。机物获得。 氮是组成氮是组成 微生物细胞内微生物细胞内 蛋白质和核酸蛋白质和核酸 的重要元素，的重要元素， 氮源可来自氮源可来自 N 2 、、 NH 3 、、 NO 3 ?等无机等无机 氮化物，也可氮化物，也可 来自蛋白质、来自蛋白质、 氨基酸等有机氨基酸等有机 含氮化合物。含氮化合物。 磷是合成核磷是合成核 蛋白、卵磷脂蛋白、卵磷脂 及其他磷化合及其他磷化合 物的重要元物的重要元 素，磷是微生素，磷是微生 物代谢和物质物代谢和物质 转化过程中需转化过程中需 求量较多的无求量较多的无 机元素之一机元素之一 。。 微生物还需微生物还需 要硫、钠、钾、要硫、钠、钾、 钙、镁、铁等钙、镁、铁等 元素作为营养。元素作为营养。 但需要量甚但需要量甚 微，一般污水微，一般污水 皆能满足需要。皆能满足需要。 污水中营养物质的平衡一般以 污水中营养物质的平衡一般以 BOD 5 ： ： N： ： P的关 的关 系来表示。对于生活污水，微生物对氮和磷的需求 系来表示。对于生活污水，微生物对氮和磷的需求 量可按 量可按 BOD 5 ： ： N： ： P＝ ＝ 100： ： 5： ： 1考虑，其具体数量还 考虑，其具体数量还 与污泥负荷和污泥龄有关 与污泥负荷和污泥龄有关 。 。 溶解氧 溶解氧 对混合液中的游离细菌来说，溶解氧保持在0.3mg/L的 浓度，即可满足要求。但是，活性污泥是微生物群体 “聚居 ” 的絮凝体，溶解氧必须扩散到活性污泥絮凝体的内部深处。 在进口区，有机 物相对集中，浓度 高，耗氧速率高， 溶解氧浓度很难保 持在2mg/L，会有 所降低，但不宜低 于1mg/L。 若使曝气池内 的微生物保持正常 的生理活动，曝气 池混合液的溶解氧 浓度一般宜保持在 不低于2mg/L的程 度（以曝气池出口 处为准）。 在曝气池内溶解 氧也不宜过高，溶 解氧过高，过量耗 能，在经济上是不 适宜的 pH 值 值 pH值对 微生物 的生命 活动的 影响 9 引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物 对营养物质的吸收； 9 影响代谢过程中酶的活性； 9 改变生长环境中营养物质的可给性； 9 pH值的变化能改变有害物质的毒性； 9 高浓度的氢离子可导致菌体表面蛋白质和核 酸水解而变性。 活性污泥微生物 最适宜的 pH值范围是 6.5～ 8.5。但活性污泥微生物经 驯化后，对酸碱度的 适应范围可进一步扩大 。当污水（特别是工业废水） 的 pH值过高或过低时，应考虑设调节池，使污水的 pH值调节到适宜范 围后再进入曝气池。 温 温 度 度 温度是影响微生物正常生理 活动的重要因素之一。 微生物的 最适温度 是指在这一温度条件 下，微生物的 生理活动强劲、旺 盛 ，表现在增殖方面则是 裂殖速 率快，世代时间短 。 温度不适 宜，能够减弱甚至破坏微生物的 生理活动。温度不适宜还能导致 微生物形态和生理特性的改变， 甚至可能使微生物死亡。 世代时间 世代时间 温度 温度 6020 不裂殖 不裂殖50 3245 1940 1737 2930 4025 大肠杆菌在不同温 度条件下的世代时间 可见，大肠杆菌的 最适温度段是37～40℃ 在寒冷地区，小型的工业污水处理厂应考虑将曝气池建 于室内，大中型的城市污水活性污泥法处理系统可在露天建 设，但必须考虑采取适当的保温措施。同时，还可考虑采取提 高混合液中活性污泥浓度、降低BOD负荷率及延长曝气时间等， 以缓解由于低温带来的不良影响。 水温过高的工业废水在进入生物处理系统以前，应考虑 降温措施。 活性污泥微生物多属嗜温菌，其 适宜温度介于 15～30℃ 之间。为安全计，一般认为活性污泥处理厂 能运行的 最高与最低的温度值分别在35℃和10℃。 有毒物质 有毒物质 对微生物有毒害作用或抑制作用的物质很多，如重金属、氰 化物、H 2 S等无机物质；酚、醇、醛、染料等有机化合物。 ? 重金属离子（铅、镉、铬、铁、铜、锌等）对微生物都产生毒害作 用，它们能够和细胞的蛋白质相结合，而使其变性或沉淀。 ? 酚类化合物对菌体细胞膜有损害作用，并能够促使菌体蛋白凝固。 ? 酚的许多衍生物如对位、偏位、邻位甲酚、丙基酚、丁基酚都有很强 的杀菌功能。 ? 甲醛能够与蛋白质的氨基相结合，而使蛋白质变性。 毒性机理 有毒物质的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其 他有毒物质、微生物的数量以及是否经过驯化等因素有关。 微生物对毒物 的适应能力 有毒物质对微生物的毒害作用，有一个量的概念，即 只有当有毒物质在环境中达到某一浓度时，毒害与抑制作 用才显露出来，这一浓度称为 有毒物质极限允许浓度 。 有毒物质在污水中的极限允许浓度，至今还没有一个 权威性的统一标准，还需通过实验和总结运行数据不断完 善。微生物通过培养和驯化，有可能承受浓度更高的有毒 物质，甚至培养驯化出 以有毒物质作为营养的微生物 。 13.2 活性污泥的性能指标及其有关参数 活性污泥的性能指标及其有关参数 1 活性污泥的性能指数 活性污泥的性能指数 2 活性污泥法的设计与运行参数 活性污泥法的设计与运行参数 ? 混合液中活性污泥微生物量的指标 混合液中活性污泥微生物量的指标 ? 活性污泥的沉降性能及其评定指标 活性污泥的沉降性能及其评定指标 ? 活性污泥的活性评定指标 活性污泥的活性评定指标 No. 58 No. 58 1 活性污泥的性能指数 * 混合液中活性污泥微生物量的指标 在混合液中保持一定 浓度的活性污泥，是通 过活性污泥在曝气池内 的增长以及从二次沉淀 池适量的回流和排放来 实现。使用下列两项指 标来表示及控制混合液 中的活性污泥浓度。 (1) 混合液悬浮固体浓度 （ mixed liquor suspended solids） ，简写 为 MLSS。 (2) 混合液挥发性悬浮固体浓度 （ mixed liquor volatile suspended solids） 简写为 MLVSS。 空气 曝气池 进水 出水 回流污泥 剩余污泥 Qw 二沉池 No. 60 No. 60 (1) 混合液悬浮固体浓度 MLSS 又称混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位 容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总量 即 MLSS＝ Ma＋ Me ＋ M i + M ii 由于测定方法比较简便易行，此项指标应用较为普遍，但 其中既包含 Me、 M i 二项非活性物质，也包括 M ii 无机物质， 因此， 这项指标不能精确地表示具有活性的活性污泥量 ，而 表示的是活性污泥的相对值，但它仍是活性污泥法处理系统 重要的设计和运行参数。 单位为 mg/L 混合液 ，或 g/L 混合液 ， g/m 3 混合液 ，或 kg/m 3 混合液 No. 61 No. 61 (2) 混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS 本项指标所表示的是混合液中活性污泥有机 性固体物质部分的浓度 即： MLVSS＝ Ma＋ Me ＋ M i 在表示活性污泥活性部分数量上，本项指标在精度方 面是进了一步，但只是相对于 MLSS而言，本项指标中 还包含 Me 、 Mi等惰性有机物质。因此，也不能精确地 表示活性污泥微生物量，仍然是活性污泥量的相对值。 No. 62 No. 62 活性污泥的组成示意图 MLVSS与 MLSS的 比值以 ?表示，即： DNA ATP MLSS Ma Me+M i M ii 微生物 MLVSS 在一般情况下， ?值比较固定，对生活污水和以生活污水 为主体的城市污水， ?值为 0.75左右 ? = MLVSS/MLSS No. 63 No. 63 * 活性污泥的沉降性能及其评价指标 正常的活性污泥 在 30min内即可完成 絮凝沉淀和成层沉 淀过程，并进入压 缩 .根据活性污泥在 沉降 —浓缩方面所 具有的特性，建立 了以活性污泥静置 沉淀 30min为基础的 两项指标。 （ 1）污泥沉降比 （ Settling Velocity） 简写为 SV （ 2）污泥容积指数 （ sludge volume index） 简写为 SVI No. 64 No. 64 （ 1）污泥沉降比 SV 又称 30min沉降率。混合液在量 筒内静置 30min后所形成沉淀污泥 的容积占原混合液容积的百分率， 以 %表示。 No. 65 No. 65 污泥沉降比在一定条件下能够 反映曝气池 运行过程的活性污泥量 ，可用以控制、调节剩 余污泥的排放量，还能通过它及时地发现污泥 膨胀等异常现象的发生。污泥沉降比的 测定方 法简单易行 ，是评定活性污泥数量和质量的重 要指标，也是活性污泥法处理系统重要的运行 参数。 No. 66 No. 66 （ 2）污泥容积指数 SVI 简称污泥指数。本项指标的物理意义是 从曝气池出口处 取出 的混合液，经过 30min静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所 占有的容积，以 mL计。其计算式为： ）（ ）（ ））中悬浮固体干重（混合液（ ）积（静沉形成的活性污泥容）混合液（ LgMLSS LmLSV gL mLL SVI / / 1 min301 == SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对生活污水及 城市污水，此值以介于 70～ 100之间为宜。 No. 67 No. 67 * 活性污泥的活性评定指标 活性污泥的比耗氧速率 （Specific Oxygen Uptake Rate) 简称SOUR，也称OUR OUR的数值与DO浓度、底物浓度、 污泥龄及其污水中有机物的生物氧 化难易程度等许多因素有关。OUR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 。活性污泥 的OUR一般为8～20 mgO 2 /(gMLVSS· h)。 OUR是指单位重 量的活性污泥在单 位时间内所能消耗 的溶解氧量，其单 位为 mgO 2 /(gMLVSS· h) 或mgO 2 /(gMLSS· h) No. 68 No. 68 活性污泥法是一个复杂的工程化的生物系统，除了前 述的污泥性能指标外，还有很多可以描述这个系统的工艺 参数，下面介绍主要的几种： 2 活性污泥法的设计与运行参数 （ 1） BOD污泥 负荷率与 BOD容 积负荷率 （ 2）污泥龄 θ c（或污泥停 留时间 SRT） （ 3）污泥回 流比 R （ 4）曝气时 间 t（或水力停 留时间 HRT） No. 69 No. 69 （ 1） BOD污泥负荷率 在具体工程应用上， F/M比值 一般是以 BOD污泥负荷率 （又称 BOD-SS负荷率）（ N s ）表示的。即： 式中 Q ——污水流量， [体积 ][时间 ] -1 ，一般用 m 3 /d； S 0 ——原污水中有机物的浓度， [质量 ][体积 ] -1 ，一般用 mg/L 或 kgBOD/m 3 ； V ——曝气池有效容积， [体积 ]，一般用 m 3 ； X ——曝气池中活性污泥浓度， [质量 ][体积 ] -1 ，一般用 mg/L 或 kgMLSS/m 3 。 [kgBOD/（ kgMLSS·d） ] VX QS M F N S 0 == No. 70 No. 70 BOD污泥负荷率所表示的是曝气池内单位重量（ kg）的活 性污泥，在单位时间（ d）内接受的有机物量（ kgBOD）。 有时也以 COD表示有机物的量，以 MLVSS表示活性污泥的量。 No. 71 No. 71 采用较高的 采用较高的 BOD污泥负荷率，将加快有机物的降解 污泥负荷率，将加快有机物的降解 速率与活性污泥增长速率，降低曝气池的容积，在 速率与活性污泥增长速率，降低曝气池的容积，在 经 经 济上 济上 比较 比较 适宜 适宜 ，但处理水 ，但处理水 水质未必 水质未必 能够 能够 达到 达到 预定的 预定的 要 要 求 求 。 。 采用较低的 采用较低的 BOD污泥负荷率，有机物的降解速率和 污泥负荷率，有机物的降解速率和 活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加 活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加 大，基建 大，基建 费用有所增高，但处理水的水质可提高 费用有所增高，但处理水的水质可提高 。 。 BOD污泥负荷率的技术经济意义 No. 72 No. 72 在活性污泥法处理系统的设计与运行中，还使用另一 种负荷值 ——容积负荷率（ Nv）表示。即： BOD容积负荷率 [kgBOD/（ m 3 曝气池 ·d） ] V Q S N V 0 = BOD容积负荷率为单位曝气池容积（ m 3 ），在单位时间 （ d）内接受的有机物量。 [质量 ][体积 ] -1 [时间 ] -1 Ns值与 Nv值之间的关系为 : XNN SV = No. 73 No. 73 （ 2）污泥龄θ c 指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留 时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的时间。 从工程上来说，在稳定条件下，就是曝气池内活性污泥总量与 每日排放的剩余污泥量之比。即： 式中 θ c ——污泥龄（生物固体平均停留时 间），[时间] d； △X ——曝气池内每日增长的活性污泥 量，即应排出系统外的活性污 泥量，[质量][时间] -1 kg/d X ——反应器内活性污泥浓度，[质量] [时间] -1 kg/m 3 X VX c Δ = θ No. 74 No. 74 每日排出系统外的活性污泥量 在活性污泥反应器内，不断有新的微生物细胞生成，又不 断有一部分微生物老化，活性衰退。为了使反应器内保持具有 高活性的活性污泥和恒定的生物量，每天都应从系统中排出相 当于增长量的活性污泥量。 △ X = Q W X r + (Q-Q W )X e 式中 Q w ——作为剩余污泥排放的污泥量， [体积 ][时间 ] -1 ，一般用 m 3 /d表示 ; X r ——剩余污泥浓度， [质量 ][体积 ] -1 ， 一般用 kg/m 3 表示； X e ——排放的处理水中悬浮固体浓度，一般用 kg/m 3 表示。 进水进水 二沉池二沉池 回流污泥回流污泥 剩余污泥排放剩余污泥排放 处理水处理水 曝气池曝气池 Q， S 0 Q w ， Xr RQ， Se， Xr V， Se， X Se， X Q+RQ Se， Xe Q-Q W 完全混合式活性污泥法处理系统 Q——污水流量； S 0 ——原污水底物浓度； Se——处理水底物浓度； X——曝气池内活性污泥浓度； V——曝气池的容积； R——污泥回流比； Qw——排泥量； Xr——回流污泥浓度； Xe——处理水中的污泥浓度 将 △ X代入污泥龄的公式可得： eWrW XQQXQ VX )( ?+ ＝ ＝ C θ 在一般条件下， Xe 值 极低，可忽略不计，上式可 简化为： rW XQ VX ≈≈ C θ r SVI X r ?= 6 10 Xr值在一般情况下是活性 污泥特性和二次沉淀池沉淀 效果的函数，可由下式求定 其近似值： Xr = 10 6 /SVI No. 77 No. 77 污泥龄的意义 污泥龄是活性污泥法处理系统设计和运行的重 要参数，它能够说明活性污泥微生物的状况， 世 世 代时间 代时间 长于 长于 污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁 污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁 衍成优势种属 衍成优势种属 ， ， 如硝化菌在 20℃时，其世代时间 为 3d，当污泥龄＜ 3d时，硝化菌就不可能在曝气 池内大量增殖，不能成为优势种属，不能在曝气 池内进行硝化反应。 No. 78 No. 78 （3）污泥回流比 污泥回流比（ R）是指从二沉池返回到曝气池的回 流污泥量 Q R 与污水 流量 Q之比，常用％表示。 Q Q R R = 曝气池内混合液污泥浓度 X与污泥回流比 R和回流污 泥浓度 Xr之间的关系是： XX X R r - = No. 79 No. 79 r SVIR R X Xr R R X ?? + = ? + = 6 10 1 1 No. 80 No. 80 （ 4）曝气时间 t（或 平均 水力停留时间 HRT） 曝气时间（ t）是指污水进入曝气池后，在曝气池中的 平均停留时间，也称 平均 水力停留时间（ HRT），常 以小时（ h）计。 Q V t = 式中 式中 V —— 曝气池容积， 曝气池容积， m 3 ； ； Q —— 污水流量， 污水流量， m 3 /h。 。 No. 81 No. 81 系统的 平均 水力停留时间 t s 定义如下： QVst s /= Vs：反应器容积＋沉淀池容积 Q：进水流量 No. 82 No. 82 rW XQ VX ≈≈ C θ 污泥龄生物固体 平均 停留时间 13.3 活性污泥反应动力学及其应用 活性污泥反应动力学及其应用 ? 1、概述 ? 2、 反应动力学的理论基础 ? 3、 莫诺特公式及其推广应用 ? 4、 劳伦斯-麦卡蒂 （Lawrence－McCarty） 模型 ? 5、 IWA（国际水协会） 的活性污泥法动力学模型 No. 84 1 概述 活性污泥反应动力学通过数学式定量或半定量地揭示 活性污泥系统内 有机物降解 、 污泥增长 等与设计运行参数、 环境因素之间的关系，对工程设计与优化运行管理有着一定 的指导意义。 有关的动力学模型都是 以完全混合式曝气池为基础建 立 的，经过修正后再应用到推流式曝气池系统。 在建立活性污泥反应动力学模型时，作了以下假定： ⑴活性污泥系统运行处于 稳定 状态； ⑵活性污泥在二沉池内不进行代谢活动且 泥水分离良好 ； ⑶系统中不含有 毒物 质和抑制物质； ⑷进入曝气池的 原污水中不含活性污泥 。 No. 85 对活性污泥反应动力学进行研讨的目的 明确各项因素对反应速率的影响，使人们能够 创造更适 宜于活性污泥系统内生化反应进行的环境条件，使反应能够 在比较理想的速率下进行 ，使活性污泥法处理系统的设计和 运行更合理化和科学化。 对反应机理进行研究，探讨活性污泥对有机物的代谢、 降解过程，揭示这一 反应过程的本质 ，使人们能够更自觉地 对反应速率加以控制和调节。 No. 86 从活性污泥法处理系统的工程实践要求考虑，对活 性污泥反应动力学的研讨重点在于 “确定生化反应速率与 各项主要环境因素之间的关系 ”，研讨的主要内容是： （ （ 1） ） 有机物的降解速率与有机物浓度、活性污泥 有机物的降解速率与有机物浓度、活性污泥 微生物量等因素之间的关系； 微生物量等因素之间的关系； （ （ 2） ） 活性污泥微生物的增殖速率（亦即活性污泥 活性污泥微生物的增殖速率（亦即活性污泥 的增长速率）与有机物浓度、微生物量等因 的增长速率）与有机物浓度、微生物量等因 素之间的关系。 素之间的关系。 No. 87 2.1 有机物降解与活性污泥微生物增殖 活性污泥微生物的增殖是微生物合成反应和内源代谢 两项生理活动的综合结果。因此，单位曝气池容积内，活 性污泥的净增殖速率为： dX dt g dX dt = dX dt _ s e 2 反应动力学的理论基础 （1） dX dt 活性污泥微生物合成速率 [质 量 ][体积 ] -1 [时间 ] -1 s No. 88 dX dt g 活性污泥微生物净增值速率（mg/L ·d) [质量][体积] - 1 [时间] -1 dX dt s 活性污泥微生物合成速率 dX dt e 活性污泥微生物内源代谢速率 No. 89 理论 产率系数，即微生物每代谢1kgBOD所合成的 MLSSkg数, 纯数,无单位, mg微生物/mg基质 dX dt s dX dt s = dS dt u Y dX dt e 可用下式计算： dS dt u 活性污泥微生物对有机物的利用（降解） 速率， [质量 ][体积 ] -1 [时间 ] -1 : mg/(Ld) Y 衰减常数，即活性污泥微生物的自身氧化速率, [时间] -1 Kd dX dt e = Kd X （2） 可用下式计算： （3） No. 90 活性污泥微生物增殖的基本方程式为： dX dt g dS dt u Y = Kd X 活性污泥微生物每日在曝气池内的净增殖量为： △ X Y = K d XV（ S 0 -Se） Q 经活性污泥法处理系统处理后，处理水中 残留的有机物浓度，[质量][体 积] -1 一般用kgBOD/m 3 ； Se （4） （5） No. 91 Sr ——污水中被利用的有机物浓度，其量纲为 [质量 ][体积 ] -1 ，一般用 kg/m 3 表 示。将（5）式各项以 XV除之，则上式变为 令 Sr= S 0 —Se △ X XV = Y Q Sr XV K d （6） Q Sr XV == Q（ S 0 -Se） XV q BOD比降解速率 q，其量纲与污泥负荷相同， 单位用kgBOD/（kgMLSS ·d）表示。 （7） No. 92 △ X XV =由于 θ c 1 所以（6）式可变为： θ c 1 Y= q K d （8） 可见，污泥龄（ θ c） 与 BOD比降解速率（ q）呈负相关关系 产率系数 Y和衰减速率 K d ，因所处理污水的水质不同而有 所不同。一般对于生活污水或性质与其相近的工业废水， Y 值可取为 0.5～ 0.65； Kd取值 0.05～ 0.1。其它工业废水，其 Y 值与 K d 值则介于很大的范围内，应通过实际测定确定。 No. 93 2.2 有机物降解与需氧量 在曝气池内，活性污泥微生物对有机物的氧化分解和其自身氧化都 是需氧过程。这两部分氧化过程所需要的氧量，一般用下列公式求定: △ o2 b XVa QSr= 式中 ΔO 2 —— 混合液需氧量，其量纲为[质量][时间] -1 ，一般用 kgO 2 /d表示； a —— 活性污泥微生物对有机物氧化分解过程的需氧率， 即活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需氧量的kg数； b —— 每千克活性污泥每天进行自身氧化所需的氧的千克 数，即污泥自身氧化需氧速率， 其量纲为[时间] -1 ， 一般用d -1 表示。 （9） △ No. 94 b QSr XV = △ o2 XV a q = a b （10） △ o2 XV —— 单位重量活性污泥的需氧量 ，[质量][质量] -1 [时间] -1 ， 一般用kgO 2 /(kgMLVSS·d)表示； 从上式可以看出，在 BOD比降解速率高 ， 污泥龄短时 ，每 kg活性污泥的需氧量较大，也就是 单位容积曝气池的需氧 量较 大 。 （9）式可改写为下列两种形式 生活污水的a值为0.42～0.53，b值介于0.188～0.11之间 1 No. 95 b XV QSr = △ o2 QSr a q = a b （11） △ o2 QSr —— 去除每kgBOD的需氧量 ，[质量][质量] -1 [时间] -1 ，一般 用kgO 2 /(kgBOD·d)表示。 1 从上式可看出，当在 高BOD比降解速率条件下运行时 ，活 性污泥的污泥龄较短， 每降解单位重量（1kg）BOD的需氧量就 较 低 。这是因为在高负荷条件下，一部分被吸附而未被摄入细 胞体内的有机物随剩余污泥排出。此外，在高负荷条件下，活 性污泥微生物的自身氧化作用很低，因此，需氧量较低。 2 No. 96 3 莫诺特公式及其推广应用 3.1 莫诺特 （ Monod） 公式 μ 莫诺特于 1942年和 1950年曾 两次用纯种的微生物在单一底 物的培养基上进行微生物增殖 速率与底物浓度之间关系的试 验。得出了如右图所示的形式。 这个结果和米凯利斯 - 门坦于 1913年提出的酶促反应速率与 底物浓度之间的关系是相同的。 S SK S + = max μ K S 0 μ max μ S max μ 2 =S No. 97 SK S + = μ max μ S 式中 ——微生物 比 增长速率（ ），即单位生物量的增殖速率 ， [时间 ] -1 ； ——在饱和底物浓度中，微生物的最大比增长速率（ ）， [时间 ] -1 ； ——饱和常数（半反应速率常数），数值上等于 时 的底物浓度 （ mg/l） [质量 ][体积 ] -1 ； S ——反应器中（ 限制 微生物生长的）底物浓度，可用 BOD表示， [质量 ][体积 ] -1 ，一般用 mg/l表示 2/ maz μμ= S K μ max μ 1? d 1? d 莫诺特提出了与经典的米 —门方程式相类似的莫诺特公式来 描述底物浓度与微生物比增殖速率之间的关系，即： （12） 开关函数 开关函数 No. 98 可以假设，微生物的比增殖速率（ μ）与底物的比 降解速率（ ν）呈比例关系，即： ∝ μ ν μ = k ν 或 因此，与微生物比增殖速率 μ 相对应的底物比降解 速率 也可以用莫诺特公式描述，即： ν SK S + = max S （13） ν ν ——底物的比降解速率，[时间] -1 ，常用h -l 或d -1 表示； ——底物的最大比降解速率，[时间] -1 ，常用h -l 或d -1 表示； ν ν max No. 99 对于完全混合式曝气池，底物的比降解速率，按物理 意义考虑，下式成立： dt = ν -dsd（ S 0 -S） XX = dt （14） — 底物降解速率，[质量][体积] -1 [时间] -1 ds dt t — 降解时间，[时间]。 因为对废水处理来说，有机物降解是其最基本的目的， 因为对废水处理来说，有机物降解是其最基本的目的， 所以本式意义重大 所以本式意义重大 根据式（13）、（14）得： ds dt SK S + max S ν X = （15）－ No. 100 3.2 莫诺特公式的推论 莫诺特公式描述的是微生物比增殖速率或底物比降解速率 与底物浓度之间的函数关系。在两种极端条件下，能够得出如 下推论。 一 、 在高底物浓度条件下， S>>Ks，式（13）与式（15）中分母 中的Ks值与S值相比，可以忽略不 计，于是式（13）可简化为： max νν = （16） ds dt = max ν X = K 1 X 式中v max 为常数值，以K 1 表示。 而式（15）则简化为： （17） －－ No. 101 在高底物浓度的条件 下， 底物以最大的速率进 行降解，而与底物浓度无 关，呈 零级反应 关系 。即 右图上所表示的底物浓度 大于S ’时的情况。底物浓 度进一步提高，比降解速 率也不会提高，因为在这 一条件下，微生物处于对 数增殖期，其酶系统的活 性位置都被底物所饱和。 式（17）说明，在高底物浓度的条件下，底物降解速率与 活性污泥浓度（生物量）有关，并呈 一级反应 关系。 S` SK S + = max ν ν K S 0 max S max 2 S`` ν ν ν 零级反应零级反应 ν = max ν S=S No. 102 max νν = S K S = K 2 S （18） 量纲为[体积][质量] -1 [时间] -1 ，一般用m 3 /（kg ·d） 或L/（mg ·h）表示。 从式（18）可见，底物降解 速率与底物浓度呈 一级反应 ， 底物浓度已成为底物降解的限 制因素 。因为在这种条件下， 混合液中底物浓度已经不高， 微生物增殖处于减衰增殖期或 内源呼吸期，微生物酶系统多 未被饱和， 二 在低底物浓度的条件下，S<< Ks。在公式（13）和（15） 分母中，与Ks值相比较，S值可忽略不计，这样，式（13）和 （15）可分别简化为： ds dt =K 2 SX （19） － s K v K max 2 = No. 103 在图中即为横坐标S=0到 S=S＂这样的一个区段。这个 区段的曲线表现为通过原点的 直线，其斜率即为K2。 S` SK S + = max ν ν K S 0 max S max 2 S`` ν ν ν 零级反应零级反应 ν = max ν S=S No. 104 三、中等强度的底物（基质）浓度下 三、中等强度的底物（基质）浓度下 SK XS v dt dS s + =? max SK S vv s + = max ? 用以上二公式进行计算 ? 常数 V max 和K s 的确定 ? 可通过小型试验确定 No. 105 进水进水 二沉池二沉池 回流污泥回流污泥 剩余污泥排放剩余污泥排放 处理水处理水 曝气池曝气池 Q， S 0 Q w ， Xr RQ， Se， Xr V， Se， X Se， X Q+RQ Se， Xe Q-Q W 完全混合式活性污泥法处理系统 Q——污水流量；污水流量； S 0 ——原污水底物浓度；原污水底物浓度； Se——处理水底物浓度；处理水底物浓度； X——曝气池内活性污泥浓度；曝气池内活性污泥浓度； V——曝气池的容积；曝气池的容积； R——污泥回流比；污泥回流比； Qw——排泥量；排泥量； Xr——回流污泥浓度；回流污泥浓度； Xe——处理水中的污泥浓度处理水中的污泥浓度 小型试验的流程图 小型试验的流程图 No. 106 3.3 莫诺特公式在完全混合曝气池中的应用 完全混合曝气池内的活性污泥一般处在减衰增 殖期。此外，池内混合液中的有机物浓度是均一 的，并与出水的浓度（S e ）相同，其值较低，有 S e <S＂。因此，采用式（19）是适宜的。 No. 107 进水进水 二沉池二沉池 回流污泥回流污泥 剩余污泥排放剩余污泥排放 处理水处理水 曝气池曝气池 Q， S 0 Q w ， Xr RQ， Se， Xr V， Se， X Se， X Q+RQ Se， Xe Q-Q W 完全混合式活性污泥法处理系统 Q——污水流量；污水流量； S 0 ——原污水底物浓度；原污水底物浓度； Se——处理水底物浓度；处理水底物浓度； X——曝气池内活性污泥浓度；曝气池内活性污泥浓度； V——曝气池的容积；曝气池的容积； R——污泥回流比；污泥回流比； Qw——排泥量；排泥量； Xr——回流污泥浓度；回流污泥浓度； Xe——处理水中的污泥浓度处理水中的污泥浓度 No. 108 在稳定条件下， 对系统中的有机物进行物料平衡 对系统中的有机物进行物料平衡 ，得： 经整理后，得： 式中 RQ —— 回流污泥量， [体积 ][时间 ] -1 ，常用 m 3 /d， 其他符号表示意义同前。 = + QS 0 RQSe (Q+RQ)Se ds dt V 0 （20） Q(S 0 Se) ds dt = V （21） － No. 109 (S 0 S e ) 在运行稳定的条件下，完全混合曝气池内各质点的有机 物降解速率是一个常数，其值如式（19）所示。将式（19）代 入式（21），得： Q(S 0 S e ) = Xt XV = K 2 S e （22） 根据完全混合曝气池 的特征，式（15）可改写， 即以Se代入式中之S，得： ds dt = S e K S + max S e X V （23） － No. 110 (S 0 S e )Q(S 0 S e ) = Xt XV = （24） S e K S + max S e V 代入式（21）得： 动力学参数 K 2 、 μ max 、 V max 、 Ks、 Y、 K d 、 a和 b等各值， 在特定条件下，对于特定的污水来说，为一常数值。底物一 般指有机物，可用 BOD、 COD或 TOC等指标表示；污泥浓 度也可用 MLSS或 MLVSS等表示。当采用不同指标时，与其 对应的上述动力学参数的数值也有所不同，因为动力学参数 的量纲和单位中包含着不同的指标因素。 污泥去除负荷率（污泥去除负荷率（ Nrs）） 容积去除负荷率（ Nrv） No. 111 4 劳伦斯 -麦卡蒂 （ lawrence－ McCarty） 模型 4.1 劳伦斯 -麦卡蒂 （ lawrence－ McCarty） 模型的基本概念 微生物比增殖速率 微生物比增殖速率 单位重量微生物（活性污泥）的增殖速率，即比增殖速率，仍以 μ表 示。以 表示微生物的增殖速率，则 μ值为 : dX dt μ dX dt = X （25） No. 112 劳伦斯-麦卡蒂进一步强调了 “污泥龄 ”这一参数的重要性，并进一步 指出污泥龄就是微生物在活性污泥系 统中的平均停留时间，并建议将其易 名为 “生物固体平均停留时间 ”或 “细胞平均停留时间 ”，这里仍以 θc 表示。 2）生物固体平均停留时间 ）生物固体平均停留时间 4.2 劳伦斯 -麦卡蒂 （ lawrence－ McCarty） 基本模型 劳伦斯-麦卡蒂模型，以生物固体平均 停留时间（θc）及单位底物 利用速率（q）作为基本参数，并以第一、第二两个基本模型表达。 No. 113 第一基本模型 第一基本模型 劳伦斯-麦卡蒂第一基本模型是在表示微生物净增殖速率与有机物 被微生物利用速率之间关系式（4）的基础上建立的，即为式（8）的 形式。 这就是劳伦斯-麦卡蒂第一基本模型 ，表示的是生物固体平均停留 时间（ θc）与产率（Y）、底物比利用速率（q）以及微生物的衰减 速率（Kd）之间的定量关系。 θ c 1 Y= q K d （8） No. 114 该模型是在莫诺特公式的基础上建立的，基本概念是有机物的比降 解速率等于微生物对底物的比利用速率，即 第二基本模型 第二基本模型 ν = q （26） 经归纳整理，劳伦斯-麦卡蒂第二基本模型为下列形式： 劳劳 -麦第二基本模型所表示的是有机物的比利用速率（降解速率）与麦第二基本模型所表示的是有机物的比利用速率（降解速率）与 反应器（曝气池）内微生物浓度及微生物周围有机物浓度之间的关系。反应器（曝气池）内微生物浓度及微生物周围有机物浓度之间的关系。 SK S + max SV =q = dS dtX （27） No. 115 劳伦斯-麦卡蒂以自己提出的反 应动力学方程式为基础，通过对活性污 泥法处理系统的物料衡算，导出了具有一定应用意义的各项关系式。 4.3 劳伦斯 -麦卡蒂模型的推论与应用 处理水有机物浓度（处理水有机物浓度（ Se）与生物固体平均停留时间（）与生物固体平均停留时间（ θθ c ）之间的关系：）之间的关系： ) 1 ( ) 1 ( max d c d c s e K Y v K K S + ? + = θ θ 对完全混合式，有： 对某一特定条件来说，K s 、K d 、Y及 v max 值为常数，那么S e 值仅为 θ c 的单值函数，即S e =?(θ c )。 （28） No. 116 θ c S e (θ c ) min E 0 E-θc S e - θ c 从图可见，θ c 值提高， 处理水S e 值下降，而有机 物去除率E值提高；当θ c 值低于某一最小值（θ c ） min 时，S e 值将急剧升高，E 值则急剧下降。 实际活性污泥法处理系统 工程中所采用的θ c 值，应 大于（θ c ） min 值，实际取 值为： θ c = 2~20（θ c ） min （29） No. 117 反应器内活性污泥浓度 反应器内活性污泥浓度 X与 与 θ θ c 值之间的关系 值之间的关系 对完全混合式，有： x = θ θ c Y(S 0 -S e ) t (1+K d θ θ c ) （30） 由式（30）知，反应器内微生物浓度（ X）是生物固体平 均停留时间（ θ θ c ）、曝气时间、进水底物浓度与出水底物浓 度的函数。 No. 118 （合成产率系数 与表观产率系数 ） Y Y obs 产率系数 产率系数 是活性污泥微 生物摄取、利用、代谢单 位重量有机物ΔS而使自身 增殖的重量ΔX的分数，一 般用Y表示。 Y = Δ X Δ S （31） Y值所表示的 是微生物增殖总 量的系数，不包 括由于微生物内 源呼吸作用而使 其本身质量消亡 的那一部分，所 以这个产率系数 也称之为 合成产合成产 率系数率系数 。 由于微生物的内源呼吸、自身氧化作用，实际 上测定的产率系数要低于Y值，即所谓的 表观产率 系数 ，以Y obs 表示。 No. 119 活性污泥的两种产率系数与 活性污泥的两种产率系数与 θ θ c 值的关系 值的关系 1+ K d θ θ c Y obc = Y Y obs 表示在一定的污泥龄和污泥负荷下运行的活性 污泥法系统，每利用单位有机物所实际产生的污泥 量，它对设计、运行管理都有较重要的意义，也有一 定的理论价值，可以通过调整θ c 值，选定Y obs 。 （32） No. 120 按莫诺特公式的推论，在低浓度有机物的条件下，有机物 的比降解速率遵循一级反应规律，即 ν = K 2 S （18） 于是，对完全混合曝气池，可写成： Q (S 0 -S e ) V K 2 X S e = （33） 或 Q (S 0 -S e ) XV K 2 S e == q （34） 式（34）可用以求定曝气池的容积（V）。 No. 121 5 IWA（国际水协会）的活性污泥法动力学模型 上述那些数学模型都是静态的，并且仅考虑了污水中含 碳有机物的去除，活性污泥法动态模型主要有三种： 时间序列模型时间序列模型 时间序列模型又称为辨 识模型，但对监测控制系统 的要求较高。 语言模型语言模型 语言模型，主要指专 家系统，其研究尚处在初 始阶段。 机理模型机理模型 Andrews模型 模型 WRC模型 模型 IAWQ模型 模型 No. 122 (1)Andrews模型 ：特点是引入底物在生物絮体（活 性污泥）中的贮存机理，区别溶解和非溶解性底 物，解释有机物的快速去除等现象。 (2)WRC模型 ：强调了非存活细胞的生物代谢活性， 认为有机物的降解可以在不伴随微生物量增长的情 况下完成。 (3)IAWQ(原IAWPRC国际水污染研究及控制协会，现 IWA)模型：目前共推出三个模型 ASM1 ASM2 ASM3 No. 123 ASM1 1985年， IAWQ推出了活性污泥法 1号模型， ASM1包含了 13种组分， 8种反应过程，此模型的特点在于它不仅描述了碳氧化过程，还包括含 氮物质的硝化与反硝化，但它的缺陷是未包含磷的去除。 ASM2 1995年 IAWQ专家组又推出了 ASM2，它不仅包含污水中含碳有机物 和氮的去除，还包括了生物与化学除磷过程。 ASM2包含 19种组分， 19 种反应过程， 22个化学计量系数和 42个动力学参数。它已成为国际上 开展污水处理新技术开发、工艺设计和计算机模拟软件开发的通用平 台，得到了广泛的认可。 ASM2D是 ASM2的修正，包括了能进行反硝 化的聚磷菌，解决了 ASM2中有关聚磷菌反硝化的问题。 1998年 IWA专家组推出了 ASM3，它引入有机物在微生物体内的贮藏 及内源呼吸，强调细胞内部的活动过程。 ASM3对于反应速率，普遍采 用了 “开关函数 ”来反映反应过程中受到的促进或抑制作用；而用矩阵形 式表示化学计量系数、转换系数以及反应过程。 ASM3 No. 124 ? 一、 ASM1 ? 二、 ASM3 ? 三、 ASM2d ? 四、 IAWQ模型的求解 本部分主要内容 No. 125 一、 ASM1(13组分 * 8工艺过程 ) ASM1 No. 126 组分i 过程j 1 S I 2 S S 3 X I 4 X S 5 X BH, 6 X BA, 7 X E 8 S O 9 S NO 10 S NH 11 S ND 12 X ND 13 S ALK 过程速率 ρ j ML T ??31 1.异养菌的 好氧生长 ? 1 Y H 1 Y Y H H ?1 ?i XB ? i XB 14 μ H S SS O OH O BH S KS S KS X()( ) , , ++ 2.异养菌的 缺氧生长 ? 1 Y H 1 ? ?1 286 Y Y H H . ?i XB 1 14 286 14 ? ×× ? Y Y i H H XB . / μη H ()( )( ) , , , S KS K KS S KS X S SS OH OH O NO NO NO gBH +++ 3.自养菌的 好氧生长 1 Y Y A A ?457. 1 Y A ??i Y XB A 1 ? ? i Y XB A / / 14 17 μ A NH NH NH O OA O BA S KS S KS X()() , , ++ 4.异养菌 的衰减 1?f E -1 f E ifi XB E XE ? bX HBH, 5.自养菌 的衰减 1?f E -1 f E ifi XB E XE ? bX ABA, 6.溶解有机 氮的氨化 1 -1 1/14 kS X aND BH, 7.捕集有机 物的水解 1 -1 k XX KXX S KS K KS S KS X h SBH XSBH O OH O h OH OH O NO NO NO BH , ,, , , , ()( ) + ? + + ++ ?η 8.捕集有机 氮的水解 1 -1 ρ 7 (/)XX ND S 转换速率 γνρ iij j = ∑ IAWQ活性污泥法模型的过程动力学和化学计算表 活性污泥法模型的过程动力学和化学计算表 No. 127 二、 ASM3(13组分 *12个工艺过程 ) ASM3 No. 128 ASM2d 三、 ASM2d(20组分 *21个工艺过程 ) No. 129 ASM2D模型的溶解性组分 模型的溶解性组分 备注定义组分 为S F 和S A 之和快速生物降解基质S S 50％H 2 PO 4 - 和50%HPO 4 2- 溶解性无机磷S PO4 / 溶解氧S O2 假定S NO3 全部为NO 3 - 硝酸盐氮和亚硝酸盐 氮 S NO3 / 铵态氮与氨态氮S NH4 假定S NH4 全部呈铵态氮气S N2 假定为反硝化唯一产物惰性溶解性有机物S I 不包括发酵产物快速生物降解有机物S F 假定为HCO 3 － 污水的碱度S ALK 按醋酸考虑发酵产物S A No. 130 ASM2D模型的颗粒性组分 模型的颗粒性组分 备注定义组分 / 总悬浮固体X TSS / 可慢速生物降解基质X S 组成为(K 0.33 Mg 0.33 PO 3 ) n 聚磷X PP 组成为聚β羟丁酸(C 4 H 6 O 2 )PAO细胞内部储存物X PHA 不包括X PHA 和X PP 聚磷菌X PAO 假定由Fe(OH) 3 组成金属氢氧化物X MeOH / 惰性颗粒性有机物X I 假定为全能异养异养菌X H 氨氮直接氧化成硝酸盐氮硝化菌X AUT No. 131 ASM2D模型的生物过程 模型的生物过程 再溶解 沉淀和溶解是可逆过程 沉淀 备注 备注氢氧化铁与磷的协同沉淀 氢氧化铁与磷的协同沉淀 衰减产物为 XS硝化菌 XAUT的分解 假设氨氮直接转化为硝酸盐 硝化菌 XAUT的生长 备注 备注硝化菌 硝化菌 XAUT生物过程 生物过程 SO2=0,SNO3=0XS的厌氧水解 SO2=0, SNO3>0XS的缺氧水解 SO2>0XS的好氧水解 备注 备注 水解生物过程 水解生物过程 No. 132 ASM2D模型的生物过程 模型的生物过程 代表异养菌所有衰减过程的加合 XH的死亡分解 假定厌氧状态下能把 SF 转化为 SA XH的发酵 XH基于 SA的反硝化 假定硝酸盐均还原为氮气 XH基于 SF的反硝化 XH基于 SA的生长 作为两个平行的过程来模拟 XH基于 SF的生长 备注 备注 涉及异养菌生物过程 涉及异养菌生物过程 No. 133 ASM2D模型的生物过程 模型的生物过程 XPHA的分解 XPP的分解 这 3个自我分解过程对于每个 衰减的组分都是一级反应 聚磷菌 XPAO的分解 聚磷菌 XPAO的缺氧生长 假定其生长仅依靠 XPHA的分解 聚磷菌 XPAO的好氧生长 XPP的缺氧储存 PAO以 XPP的形式储存正磷酸 盐 XPP的好氧储存 PAO能以 XPHA 的形式储存 XPHA XPHA的储存 备注 聚磷菌 XPAO生物过程 No. 134 ASM2D的表达基础 的表达基础 ? 矩阵符号法： 模型中所考虑的各种组分和转换 过程分别用 i和 j作为序号进行描述，计量学系 数采用计量学矩阵 vij来表达。过程速率方程构 成一个向量ρ j，在所有平行工艺过程中，组 分 i的产生速率 ri可以采用加合法计算： ? 连续性方程： ASM2D考虑了 COD、电荷、氮 和磷的连续性。对所有工艺过程 j和置于连续性 的所有物质 c均有效的连续性方程可以写作： (对应所有组分 i)。 ∑ = jjii vr ρ 0= ∑ ciji iv No. 135 ASM2D模型的局限性 模型的局限性 ? 与模型本身有关的假设和限制： 如系统应在恒 温下运行， pH值维持在中性，硝化速率系数 假定恒定等等；而且 ASM2D不区分个体细胞 的组成 (细胞内部结构 )，仅考虑生物量的平均 组成。 ? 由模型结构产生的限制： 例如模型没有考虑钾 和镁对生物除磷的限制作用，以及亚硝酸盐和 一氧化氮对生物除磷的抑制作用。 ? 在用于实际模拟时也有限制： 模型是为生活污 水处理而设计的，不宜用于工业废水含量高的 污水；没有考虑沉淀池的固液分离问题。 No. 136 （ 1）活性污泥法的分类； （ 2）运行状态分类与数学方法； （ 3）物料平衡的微分方程组； （ 4）稳态求解； （ 5）计算程序图。 四、 四、 IAWQ模型的求解 模型的求解 No. 138 采用多个 CSTR反应器串连可以 模拟各种活性污泥工艺流程 A/A/O活性污泥法 CSTR CSTR CSTRCSTRCSTR A A O S S No. 139 (2)运行状态分类与数学方法： 运行状态分类与数学方法： 运行状态进水反应器出水数学方法 无变化无变化线性方程组 稳态非线性方程组 无变化变化 微分方程组 周期性变化周期性变化初始条件 半稳态时间间隔 周期性变化非周期性变化 非稳态无规则变化无规则变化 No. 140 （ （ 3）物料平衡的微分方程组： ）物料平衡的微分方程组： 用IAWQ模型表达完全混合式活性污泥法，可得到以下微分物 料平衡式构成微分方程组： 1001m211 1 Y)(tY),Y,...,Y,Y(t,f dt dY == 2002m211 2 Y)(tY),Y,...,Y,Y(t,f dt dY == …… m00mm211 m Y)(tY),Y,...,Y,Y(t,f dt dY == 式中： Y 1 ,Y 2 ,…,Y m 表示反应器中某组分在 t=t 0 时的浓度； f 1 ( ), f 2 ( ), t 时刻的物料平衡的函数 ; dY 1 /dt, dY 2 /dt … dY m /dt 各组分在 t 时刻的反应速率； Y i, j-1 ( i=1,2,…,m) 当 t = t j-1 各组分在系统中的浓度 。 No. 141 采用改进的 Eluer方程可得到在 t = t j-1+h 时 Y i, j-1 ( i=1,2,…,m) 的解。 p i = Y i, j-1 +hf i (t j-1 , Y 1, j-1 ,…, Y m, j-1 , Y 1 ’ , Y 2 ’ ,…, Y m ’ ) i=1,2,…m q i = Y i, j-1 +hf i (t j-1 , P 1 ,…, P m, j-1 , Y 1 ’ , Y 2 ’ ,…, Y m ’ ) i=1,2,…m 式中： h 为计算的时间间隔 , 1—5 min. mi ,...,2,1=+= )q(p 2 1 Y iiji, No. 142 （ 4）稳态求解： 非线性方程组 微分方程组 求解 a. 好的初值（与解比较接近） b.适当的步长 c. 减少方程数 在 IAWQ模型中，当活性污泥法处于稳态条件 下时 X I , X E 和 S ALK 可以用线性方程求解。这样可以减 少 3个方程。 No. 143 初值的确定： a.简化模型 设反应器中的溶解氧和基质的浓度很高，完全满 足微生物的需要。 HBH X SsKs Ss .1 )( + =μρ 02 =ρ AB NHNH NH A X SK S .3 )( + =μρ BHHXb=4ρ BAAXb=5ρ BHhXK=6ρ )/(67 XsXNDρρ = No. 144 建立以下7种组分的物料平衡方程： S S , S NH , X BH , X BA , X S , S NO , X ND 以异养菌的物料平衡为例： QX o BH + QsX w BH +VX BH r = QX BH HH b SsKs Ss r ? + = )(μ QwQs EXQsQ BH + + = )( X BH w No. 145