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1、第八章 活性污泥法本章重点：（1）建立活性污泥法有关MLSS增长速率与BOD减少速率两个基本公式的逻辑基础，（2）CSTR型与活塞流型活性污泥法。8.l 活性污泥法的基本概念 1基本流程 活性污泥法是利用悬浮培养体来处理废水的一种生物化学工程方法，用与去除废水中溶解的以及胶体的有机物质。活性污泥法是一种通常所称的二级处理方法，它接纳从初次沉淀池的来水进行需氧生物氧化处理。完整的活性污泥厂一般包括了初次沉淀池以及除砂等初次处理设备。但是根据废水的特性，初次沉淀池有时可以省略。基本的活性污泥法如图81所水，共有六个组成部分。说明如下：废水混合液反应器（需氧生物氧化）二次沉淀池（固液分离）处理后废水
2、氧源分散空气 或氧气混合作用废弃污泥回流污泥沉淀污泥废弃污泥 图8-1 活性污泥法基本流程图(1)发生需氧生物氧化过程的反应器。这是活性污泥法的核心部分。这个反应器也就是一般所称的曝气池。 (2)向反应器混合液中分散空气或纯氧的氧源。空气或氧气以压力态或大气常压态进入混合液中。 (3)对反应器中液体进行混合的设备或手段。(4)对混合液进行固液分离的沉淀池，把混合液分成沉淀的生物固体与经处理后的废水两部分。这一沉淀他称为二次沉淀池或二沉池。 (5)收集二次沉淀池的沉淀固体并回流到反应器的设备。(6)从系统中废弃一部分生物固体的手段。废水进水与从二沉池回流来的污泥混合后进入反应器，所以反应器中的液
3、体称为混合池。反应器中是一个多种生物的混合培养体包括细菌、原生动物、轮虫和真菌。细菌起向化废水中绝大部分有机物的作用，即把有机物转化成细胞物质的作用而原生动物及轮虫则吞食分散的细菌。使它们不在二沉池出水中出现。有机物转化成的生物团必须在二沉池中沉淀出来才能完成废水处理的目的，这就要求细菌能粘结成为沉淀性良好的生物絮体。所以，二次沉淀池沉淀效果往往成为影响活性污泥法出水水质的一个重要因素。二沉池出水的溶解性BOD5一般低于5mgL，但加L其中含有出沉淀不完全而带出的生物团固体，出水购买际BOD5可能高于20 mgL。基本的活性污泥法是用来去除含碳有机物的生化需氧量的，但也用于去除含氮有机物的生化
4、需氧量，即产生硝化过程的作用。硝化一般属于三级处理的范围。硝化可以在图81所示的流程中完成，但其停留时间比不用硝化的系统长。这种系统称为单级硝化系统。另外，还可把图8l所示的两个系统串连起来，第一级去除含碳物质的BOD，第二级为硝化过程，这种系统称为二级硝化系统，见图813。2废水处理中的“微生物”术语及其定量表示方式“微生物”一词并不是一条生物分类学的术语，只能从词义上解释为指需借助于显微镜才能看得见的生物。因此，“微生物”一词与分类学上生物类别之间就不会有很清楚的对等涵义。例如，微生物中包括了分类学上属于藻类的植物，但是有的藻类尺寸很大，以致不能称为微生物。 在微生物或生物化学工程有关的书
5、刊中，只在少数情况下把细菌和微生物两条词比较清楚地区别开来用，但往往不加区别。总的来说，在“微生物”以及由它构成的复合术语中，“微生物”本身并不具有严格的涵义，只有从它所描述的现象和有关术语的来源中，才能找出它们所指的具体内容。废水处理中微生物量的表示方式最早是采用MLSS，即混合液悬浮固体浓度，但因为它在测定过程中免不了包括无机的悬浮固体，所以它不能很好地表示混合液中微生物的含量。于是采用MLVSS，即用混合液挥发性悬浮固体浓度来表示微生物的含量。近年来，有人认为，MLVSS在测定过程中仍然免不了包括一些并无生命活动的有机固体，所以用MLVSS米表示混合液中微生物的含量仍然有误差，因而主张采
6、用只有活的生物才具有的脱氧核糖核酸(DNA)的含量来表水混合液中的微生物量。然而，DNA的测定技术很复杂，在废水处理工程中很难普及，所以除非特殊研究需要，目前在废水处理中仍多以MLVSS来表示微生物的含量。3活性污泥法中的生物动力学参数活性污泥法过程中，废水中所含的有机物和悬浮培养体虽然也分别相当于第七章中所指的底物和细菌培养物，但由于废水成分复杂，培养物又是多种的。它们间还不能直接等同起来。本节内容就是结合废水处理的特点、对底物和细菌培养物赋以新的涵义，在这个基础上，得出废水处理可以直接应用的生物动力学关系。首先是关于底物浓度的概念。在第七章有关的公式中，是指限制营养物的浓度。在废水处理中，
7、限制营养物多是有机物，由于有机物浓度成分很复杂，所以废水处理中以生化需氧量浓度来代替有机物浓度，个别情况下，也有用COD浓度代替有机物浓度的、目前常用的是BOD5。但本书中采用总生化需氧量BODL代替有机物浓度。原因是，BOD反映了废水中能被生物降解的有机物的实际浓度，同时按第七章的测定方法，BODL的测定也比BOD5迅速。此外，如上所述，在活性污泥法中用混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS代表细菌浓度X，并改用大写X表示。因为在活性污泥法中的微生物是采用自然选样即“适者生存，不适者死亡”的方式培养的，所以在混合液中的多种细菌和多种有机物底物之间，势必一一相对应地存在着Monod关系式。这样，当
8、用MLVSS代替总的活细菌浓度和用BOD代替总的有机物底物浓度时，其总结果也应当仍然符合单一底物和单一菌种间所存在的基本天系。这一结论的正确性可证明如下。先写出单一底物和单一菌种间的Monod关系式，即式（7-9）：在值相对于较小时，上式分母中的可以忽略。又因为，故得式中，k为常数，以式(622)代入上式得 式中，y及k都是常数，从这等式可以写出废水中第i种底物与第j种细菌的关系如下： (8-1)假定废水中有机物成分不变，那么，可进一步假定每种细雨在全部细菌总浓度x中所占的比例也不变，即x,为另一常数，代入式(81)得： (8-2)式中，,为第种底物的常数。这一方程代表了第种底物与细菌总浓度x
9、的关系。如果假定各种底物的值基本一样,则将各种底物的方程(82)相加起来后可得下列入程式： (83)式中，代表各种底物的浓度和。如果令表混合液单位挥发性固体质量中细菌细胞所占的分数，则细菌细胞的浓度为(MLVSS)，又令表示活细菌在(MLVSS)中所占的分数，则活细菌的浓度x=(MLVSS)。又以或代替,则式(83)可与成下列形式： (84)式中用k代替以包含BOD与有机物浓度数值间的转化关系。由于是一个常数，比较式(84)及式(81)可以看出，用MLVSS代替活细菌浓度，BOD代替有机物浓度的结果。仍然符合单一底物与单一菌种间存在的基本关系(81)。 同样，也可以采用MLSS来替代活细菌的浓
10、度。因为测定MLSS比MLVSS简单一些，本书以后公式都是以x代表MLSS 按上面的解释，并以 ，分 别代表非集团状的MLSS增殖率及浓度的去除速率，则可得到下列一组方程： (8-5) (8-6) (8-7)式中(8-5)两边除以x,则得比增殖率的表达式为：= (8-8)式中以代替。同样，利用式（8-6）关系，比照式（8-5）及式（8-8）可以把表示的有机物去除速率比去除速率的表达式写成：= (8-9)= (8-10)式中，为的极限值。当x代表MLSS集团时，相应的公式求法如下。7-5为了绕过求微生物集团内底物浓度的分布函数，引人了有效系数E所得通量的关系式(731)N=。通量的单位为质量每时
11、间面积，如果撇开单位面积不论，这一关系的两边都看成有机物的去除速率。仿照式(731)，可以把式(89)写成= （8-11）同样，式(88)也可以写成：= （8-12）为了便于进行试验，式(811)中E可以合并为一常数k因此得： = (8-13)同样，把式(812)中E用另一常数代表，则得：= （8-14） 这样单一限制底物浓度及单一菌种浓度x的及通过对于及x涵义的改变及有效系数E的概念，最后变成及的表达式(813)及(814)。在这种新关系下，仍然得到下列式子：= （8-7）这一式子中的及b因此具有新的涵义，其求法见82。在活性污泥法中，当有机物浓度相对于饱和常数K较小时，式(810)近似于一
12、级反应方程式= （8-15）Kckenfelder将称为平均反应速率系数= (8-16)有关上述的各生物动力学参数均可采用如图73所示的恒化器求得。另外，本书在讨论时虽然以BODL代表有机物浓度。MLVSS代表微生物浓度，但试验时，有机物浓度P可以用BODL,BOD5,COD或其它方法表示，微生物浓度可以用MLVSS、MLSS或其它方法表示。当然，表示方法不同,求得的动力学参数值也必然不一样。表82、表83、表84分别为所收集到的活性污泥法处理废水的生物动力学参数。表82 20时生活污水的生物动力学常数b/d-10.350.450.050.106825100 * K值基准为COD表83 混合培
13、养物Monod方程参数值废水类别/h-1/mg.L-1值基准生活污水0.160.42260COD生活污水0.55120BOD5家禽废水3500BOD5大豆废水0.5355BOD5纺织废水0.2986BOD5表84 废水的平均反应速率系数的典型值废水类别/L值基准生活污水10.813.7BOD5啤酒厂废水2.2BOD5植物油废水3.1BOD5脂肪提炼废水15BOD5焦化厂粗氨水11COD含酚废水0.92BOD5制浆和造纸废水4.17BOD5纺织废水1.5BOD5医药废水2.15.7BOD5化学工业废水1.42BOD5有机化学废水0.50.73BOD5石油化工废水2.42.8BOD5炼油废水3.5
14、10BOD5四乙基铅废水7.1BOD5硫代硫酸盐1.12.1COD4活性污泥系统性能的控制因素 活性污泥系统的性能受许多工艺过程因素的控制，其中包括内部的和外部的工艺过程限制条件。内部因素有传氧和混合状态，生物絮体的沉降和缩性能底物的代谢速率等。外部的因素有曝气池的容积与构型，曝气池与二次沉淀池的组合形式以及废水特性的波动等。任何事物都是外因通过内因起作用的，所以控制活性污泥系统性能的主要因素是前一类内部的因素。(1)底物的代谢速率 底物的代谢速率主要取决于系统的生物动力学条件。从处理废水的角度讲，人们总是希望底物的代谢速率越快越好，也就是微生物絮体的增殖率越快越好，因为这样可以使废水处理的历
15、时(水力停留时间)缩短，从而使所需的处理设备容积减小。活性污泥系统处理城市废水的实践证明，只要保证微生物处于完全需氧状态(传氧的限制将在下面讨论)。微生物的增殖率就相当高，即底物能够被代谢的速率可以相当快。因此，可以认为，在保证传氧的条件下，处理城市皮水的活性污泥系统不受有机物降解动力学的控制。(2)生物絮体的沉降和浓缩性能 活性污泥系统要求产生沉降和浓缩性能良好的生物絮体，以便保证有足够高浓度的回流污泥和满足要求的低悬浮物含量的出水。生物絮体的沉降和浓缩特性直接取决于絮体的粒度相特性，从这个角度讲，人们希望生物絮体的粒度越大越密实越好。然后，生物絮体的粒度和特性，对于某特定污水而言，主要取决
16、于生物生长动力学和曝气池中的紊动与剪力水平。 活性污泥系统中生物絮体形成的机理迄今尚不十分明了。Tenny、Pavani、Busch等人在他们的试验中得出结论认为，絮体是由于细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘胶剂作用的结果，因此只有当内源代谢聚合物与微生物成适当比例时才能形成良好的生物絮体。如果微生物的增殖率过高，内源代谢分泌的聚合物不足以粘连新增殖的微生物，使不对能形成良好的絮体。反之，如果微生物食料过低，内源代谢所产生的聚合物质被微生物当成食物来消耗，则絮体也很难形成。因此，从形成良好沉降和浓缩性能的生物絮体出发，曝气池中有机物的降解速率并不是越快越好，而是应当适度。 (3)传氧的限
17、制 活性污泥系统是利用需氧微生物来处理废水的，这些微生物需要有机底物、溶解氧和其它一些营养物以维持生命活动，因此这些成分在微生物絮体中的扩散就显得很重要。综合上述三个控制因素，可以认为，最佳的活性污泥系统应该是，在保证生物絮体具有良好的沉降和浓缩性能条件下，能供给充足的需氧量来维持尽可能高的底物代谢速率。8.2 CSTR型活性污泥法 直至20世纪50年代，大多数曝气他都是按活塞流池子的概念来设计的，池子一般深约4m,宽69.5m，长30100 m。后来发现，这些池子既不接近活塞沉反应器，也不接近完全混合反应器。50年代出现的完全混合活性污泥法，改用圆形的、带有机械搅拌设备的曝气池、这就在概念上
18、属于CSTR的类型。许多曝气池都可以按活塞流反应器或CSTR来设计，因此本章按这两种理想反应器的类型介绍活性污泥法。本节先介绍CSTR型活性污泥法。1基本方程式图82绘出了反应器为CSTR型的活性污泥法系统。反应器沉淀池Q，XiQ wRQQ w废弃污泥，XQ-Q w，X uQ w, X u图82 CSTR型的活性污泥法系统进入反应器的原废水流量为Q，其中有机物浓度为、细菌质量浓度为Xi 。回流比为R，流量Q与沉淀池回流流量RQ汇合后进入反应器。回流中的有机物浓度为，细菌质量浓度为X u反应器中由空气或纯氧进行曝气，其容积为V有机物及细菌浓度分别为和X。废弃污泥流量为，由反应器的出水中排出，其中
19、所含有机物及细菌浓度也和反应器内的浓度一样，分别为和X。由反应器出水中废弃污泥也和由反应器中直接废弃污泥的效果完全一样，如图中虚线所示。另外，图中还用另一虚线提示出由沉淀池底流中废弃污泥的位置。本书采用从反应器出水废弃污泥的方法，因为这样容易控制污泥的浓度。由于扣去流量，进入二次沉淀他的流量变成-，二沉池出水的有机物及细菌浓度分别为，。按8l符号，以及分别表示反应器容积内以BODL，表示的有机物去除速率从以MLSS表示的细菌增殖率，根据公式写出容积V内的有机物及细菌的物料衡算方程式，得出下列两个基本关系：Q+RQ+V=(1+R)Q+V （8-17）Q+ RQ+ V=(1+R)QX+V (8-1
20、8)在稳定状态下，及等于零，因此得，Q+RQ+V=(1+R)Q （8-19）Q+ RQ+ V=(1+R)QX （8-20）稳定状态这一假定很重要，因为下面的许多公式和有关的参数都是在这一假定上建立起来的。2细菌的平均停留时间和增殖率R g由表示稳定状态的方程式(820)可以推导出细菌的增殖率与另一个重要概念“细菌的平均停留时间”(MCRT)的关系。MCRT的定义为：= （8-21）MCRT也称为污泥停留时间(SRT)。固体停留时间(solids retention time)或简称污泥龄( sludge age)。按图82的废弃污泥位置，可表示为：= （8-22a）式中，X表示每天废弃的污泥量
21、；(-)X e表示每天由二沉池流走污泥量；Xi 则表示由进人反应器的原废水所补充的污泥量；当由沉淀他底流中排走时(见图81)则得 ：= (8-23a)当无回流，只0时得：= = (8-24)无回流时，退化成为反应器的水力停留时间。从的物理概念可知，代表一个活细菌在反应器中的平均停留时间，也就是它能够充分增殖的时间。由于这个增殖需要。一个较长的时间，所以要把细菌的培养物絮体从沉淀池中沉淀出来。再问流到反应器中，这样反复循环的结果，就足以把细菌在反应器中的停留时间不断增加。由式(822a)及式（823a)可看出，分母中的及值比起或来，大小相差很多，可以忽略,分母的值分别约为X及。因此，通过废弃污泥
22、流的减小或增加就可以加长或缩短MCRT的时间，把MCRT值控制在适宜于细菌增殖的时间范围内。MCRT值般在314d内。这就是活性污泥法需要沉淀池和进行回流的理论根据。在无回流，也不需要沉淀池时，由于与水力停留时间相等，这时的长短必须满足细菌增殖的要求。当忽略式(822a)及式(823a)中的(-) 项时，则分别得下列的简化公式：= = (8-22b)= (8-23b)简化式为常用的形式。利用的表达式，就可从稳定状态的式(820)推导出细菌的增殖率与的关系来。由于式(820)中，可以忽略项。这就得出下列关系：= (8-25)为了消去上式中的R项，先写出沉淀池的细菌物料衡算关系：(1+R)Q-QX
23、=RQX+(Q-Q)X 解R得：R=(1+R)-X-(1-)X （8-26）以式(826)代入式(825)得：=比较上式的右边方括号内的部分与式(822a)及式(822b)即可得出下列重要关系：= (8-27a)仿照式(88)得比增殖率公式为： (8-28a)当由沉淀池底排走时，按照同样的推导过程可得出下列类似关系：= (8-27b) (8-28b)式(827)及式(828)的涵义是：细菌的增殖率等于反应器内的污泥浓度除以污泥龄所得的结果，而比增殖率则等于污泥龄的倒数。式(827)也可以解释为：在污泥龄期间，反应器中每升混合液中的细菌的增殖量即每升混合液中所含的全部细茵质量。这就得出在这两个重
24、要的生物动力学参数间所存在的一个很简单的关系。由于污泥龄的概念具有上述这样深刻的生物动力学涵义，所以已成为一个活性污泥法设计和运行的重要参数。它起了代替另一个习用的参数食料与微生物量比FM，或称食料与生物量比的作用。FM定义为每天对单位挥发性悬浮固体质量所施加的有机物量，用下式计算： (8-29) FM虽然也称为单位质量的负荷率(unit mass loading rate)但它的单位实际是d-1，恰好是污泥龄量纲的倒数。另外，FM参数不像MCRT那样，没有在稳定条件下才能使用的限制，用起来似乎简单一些，这就是一些使用者所强调之处。但它的涵义较肤浅，不像那样，能够与生物化学过程的许多参数联系起
25、来。这部分内容的进一步阐述请见参考文献5。3和有机物的去除速率由式(819)解R，得：= (8-30)式中代表VQ，可称反应器的名义水力停留时间。，及均按有机物的BODL计。约等于，说明如下：进入反应器的有机物，绝大部分都已转化为细菌细胞，反应器的出水有机构浓度基本上也就是二沉池进水和出水的有机物浓度。在二沉池中，由于生物絮体沉淀浓缩的结果，使二沉池底流的细菌浓度超过进水的细菌浓度X(即MLSS的浓度)数倍。但是，在二沉淀池中，对于溶解性的有机物(也包括胶体物质)，则不存在沉淀的问题，也不会有浓缩的现象。因此，底流中有机物浓度应该基本上和近水的有机物浓度相等；这样，式(830)中R与R相消掉，
26、因此得：= (8-31a)由式(831)可以直接算出反应器的有机物去除速率来。如果还同时测定反应器的相应X值(MLSS或MLVSS值)，通过式(813)即可求出反应器的两个生化动力学常数及来。因此，式(831)提供了活性污泥法试验求设计参数的依据。利用式(822b)，可由式(831a)得到和有机物去除速率的关系式：= (8-31b)4和产率因数Y产率因数Y与污泥龄间也存在一个简单的关系。由式(87)得=即：1=-b由式（8-6）的=,由式（8-7）得=，代入上式整理得Y= (8-32)式(8-32)提供了试验求和b的方法，先将式(8-32)写成： (8-33)这样就可以根据式子绘成一条直线，从
27、而求出和b的值。5反应器中有机物浓度和微生物浓度X以式(813)代入式(87)得：=由上式可解出有机物浓度的表达式： (8-34a)以除以式子右边的分子和分母，并以Y的表达式(8-32)代人得： (8-34b)下面推导细菌浓度Y的表达式：=以式(8-31)的关系代人上式得：=由上式得出反应器中细菌质量浓度X的表达式：X= (8-35)6讨论由式(834)及式(835)可知,当活性污泥法的b、四个生化动力学参数以及反应器的进水有机物浓度已知后，即可计算出反应器在个同污泥龄值及水力停留时间位时的有机物浓度、细菌质量浓度X以及产率因数Y来。因此，活性污泥法的试验就是求出有关废水处理的b、四个动力学参
28、数，并对之进行评价。活性污泥法的反应器也就是根据试验得出的或者根据经验选用的这四个参数的值来进行设计。从式(834)看出，当分母趋近于零时，反应器的有机物浓度趋近于无穷大，相应的，极小值为： (8-36)实际上不可能超过变成无穷大，因此应解释为：在污泥龄时，保持为进水的值，即实际上未来得及发生生化过程。在这值时，相此地出现了最小的X值，由式(835)可看出，当时X0，说明细菌尚未增殖，这是X的极小值。从这些分析可以看出，必须大于 ，否则反应器不能起到去除有机物和增殖细菌的作用。式(832)虽然 小于时也可以算出Y值来，但由于小于 的 值实际上不对能存在，所以相应的Y值也是不存在的。图83、84
29、及85分别用具体数据表示了上面所分析的各种情况，从中可得到更具体的形象概念。图8-3 CSTR的出水BODL-曲线1图8-4 CSTR的MLSS-曲线1图8-5 Y-曲线18.3 CSTR型活性污泥法的设计本节讨论CSRT型活性污泥系统的设计，其中包括反应器及二次沉淀池的有关计算。设计资料有：(1)废水的性质，如BODL、氮及磷浓度、PH及水温等；(2)出水水质要求；(3)由试验或其它来源得到的生化动力学常数、及b；(4)污泥沉降速度数据。设计所用公式及步骤如下： 1确定最短的污泥龄并选用设计值 以出水的最大允许BODL值为代入式(834a)即可解出最短的污泥龄为： (8-37)得出后，即可按
30、的条件，选用几个设计的值，进行下列一系列计算。根据计算结果，最后进行比较选择，具体过程见例题81。 2.计算反应器容积以VQ代人式(835)可解出反应器容积V为：V= (8-38)式中： (8-39) 接选定的值代人式(839)即可计算出相应的反应器内的有机物浓度式(838)中的即用这一计算值。从式(838)看出，在已知后(即选定后)，对不同的微生物质量浓度X，相应地存在反应器容积V。因此，对于个选定的值，还要同时选择几个X值构成一组，这样就计算出对应的一组反应器容积V来。选择几个值就得出几组容积V。3.计算反应器内氧的摄入率本书中以BODL代表有机物的浓度，它的去除速率R0成为负值，所以-R
31、0代表去除速率的绝对值应为正值。由73知道，-R0中包括了有机物转化为细菌细胞物质后所摄人的那部分需氧量，这部分需氧量的摄人速率为1.41，从-中扣除1.41后就代表了反应器氧的摄入率。这就得出摄入氧的速率R为-1.41= -R0+1.41 Y=-(-1.41 Y)。如果不考虑负号，氧的摄入率可表示为：R= (8-40)式子中取下式的绝对值：= (8-41)式子(8-41)可用于计算。从式子(8-41)可看出对于不同的X值有一个相应的R。也就是说，对一个选定的值所算出的一组反应器容积V，也相应地存在一组R值。4二次沉淀池的设计二次沉淀池的设计利用第五章的固体通量法。先根据沉淀试验所得的固体下沉
32、速率及固体浓度的数据计算固体通量，然后再假定几个不同的底流速度u，作总固体通量曲线，得出几个不同的底流固体通量构成一组。沉淀池的面积可由下列物料衡算关系略去项得出(参照图82)：(1+R) -X=A+( -)X A= (8-42a)由上式可看出，在固定的条件下，对选定的每一个X可算出一个面积来。因此，对每一个求得的值，再按照设计反应器时所选择的那一组X值计算，就可算出一组对应的值来。回流比R可利用二沉池的下列近似的物料衡算关系得出： R= (8-43a)当由沉淀池底流排出时，相应的及R的表达式为：A= (8-42b)R= (8-43b)在大多数情况下， ,式(8-42a)，式(8-43a)，式
33、(8-43b)分别化简成：A= (8-42b)R= (8-43C)二次沉淀池的面积已知后，根据经验选用沉淀池深度后可以得出它的容积来。 5设计统合(design integration)为了对活性污泥法进行整体的评价比较，应将各种条件下的总池容(反应器容积V+二沉池容积)计算出来这种过程称为设计统合。见下面例题：例题81 工业废水的分析及处理试验资料如下。流量为106L/d出水的最大允许B0D为10mg/L。确定活性污泥法处理的MLSS、及氧摄入率1。a废水特性：总BOD 400mgL(溶解性)；有机N 60 mgL；PO4-3 30mgL；PH 7.0；温度 20 b动力学参数：2.0d-1
34、；K5mgL；YG0.4;b=0.06d-1c污泥沉降速度v2.7-0.00026X cmmin解 (1)确定400mgLBODL，折合C为400(1232)150mgL。按表51得出C：H：P50：14：3的比例得N及P分别为42mgL及9mgL。废水中N为60mgL，超过了42mgL。废水中PO4-330mgL，以P 计为32(32+416) 3010 mgL，也超过了9mgL。故碳150mgL为限制生长元素的浓度。由式(837)得最短污泥龄为=2.1b故设计的，应大于2.1d，取3d、6d、9d及15d进行比较计算(2)计算反应器容积V以3d代人式(839)得反应器浓度=4.8mg/L浓
35、度X选用2000、4000、6000、8000及10000mg/L。X=2000mg/L的容积计算如下V= =201m (3)计算氧的摄入率R先计算3d时的Y值Y=0.34由式(841)得X=2000时的R0值为=1961由式（8-40）得出R为：R=1021 (4)二次沉淀池的设计由污泥沉降速度=(2.7-0.0026X)cmmin关系X最大值可取10000 mg/L。由式(5105)，取底流速度u为0.2、0.4、O.8及1.6cmmin, X仍用2000、4000、6000、8000及10000作X曲线，得图86。由图看出，X曲线与uX线外延为X105000处才相交，相交点X10500m
36、g/L,即底流浓度。(10500mg/L相当于图537的，又闻86的X曲线不是图527的典型形式，所以不能用Yoskioka法求)10500mg/L与uX线的交点即值。为了计算二次沉淀池面积，先按公式(843c)计算R0，当X=2000mg/L，X010500mg/L时，由式（8-42b）计算沉淀池的面积得：图 8-6 -X曲线由A=82m图86得：2.1mg/cm2.min折合为(2.11046024)mg/cm2.d其余计算结果见表86。表中沉淀池容积是按一般池深2.5m计算的。为了选择合理的停留时间，对表86的二次沉淀池容积进行停留时间计算： (8-44) 图 8-7 -X曲线(5)设计
37、统合由上面的计算得出了各种在理论条件下的反应器及沉淀池容积，它们又可以进一步组合起来得出许多个反应器与沉淀池的总容积理论值。例如表81中=3d，X从2000到10000mgL的五个反应器容积，可以和表83中u=0.2cm/min，X从2000到10000mgL的五个沉淀他容积，组合成五个(+)解。同样，3d的五个反应器容积V分别与u=0.4 0.8 1.6cm/min的沉淀池容积也能组合起来，分别得到五个(+)解。这一共为20个解。当=6d，10d及15d时，同样也可分别得出20个解。总计为80个解。但是，这些解中，大部分是理论上存在，而实际上是不可能采用的。如由图87可看出，由于一般二次沉淀
38、池的停留时间都在1.5h左右。所以在u=0.8cm/min以下的沉淀池容积大都不能采用。另外，总传质系数a。值一般都在0.0020.003s-1范围内，如果推动力(-)为6mg/L(水中溶解氧浓度P按2mg/L,饱和浓度按8mg/L估计)，由公式(458)得到单位池容的氧气传递量分别为MO20.002*6*864001037mg/Ld及Mo2：0.003*3*864001555 mg/Ld。因此表82中所算得的值必须在这一范围内，才具有实际意义。这样，又把+的解进一步加以限制，图88表示出这一情况。由图中可看出，为了满足a的要求，X值必须小于6000mgL。根据上面分析，可以采用的设计+。值应
39、是u=1.6cm/min和X6000mg/L。图89绘出了这一情况。容积计算见表85。图 8-8 -X曲线图 8-9 （+）-X曲线表8-5 （+）计算（=1.6cm/min） =3d=6d=10d=15d 2000 28202 230346 374498 526629 6574000 70101 171173 243249 319314 3846000 15067 217115 265166 316210 3608000 36350 41387 450125 488157 52010000 226540 230569 2334100 2365126 23918.4 活塞流型活性污泥法1基本方
40、程式活塞流模型活性污泥法见图810。废弃污泥仍然表示为从反应器出水排走及从沉淀池回流排走两种情况。反应器为长条形池子，横断面积为A，长度为L。反应器的水平流速U=QA。整个池子的(水力)停留时间为=L(QA)，在池子长x处的(水力)停留时间为x(QA)。因此，用、分别表示池长x处的BODL及MLSS浓度、表示反应器出水的BODL及MLSS浓度，其余符号同图82。写出容积Ax的有机物物料衡算方程式得图810 活塞流活性污泥法系统(1+R) +AxR=(1+R) (8-45)化简得出： (8-46)同样，由容积Ax的细菌物料方程式可得出MLSS浓度X的下列关系： (8-47)式子中，为细菌的增值率
41、。在稳定状态下式（8-46）及式（8-47）分别化简成 (8-48) (8-49)以式（8-13）和（8-14）的、关系分别代入得出=(8-50)=(8-51) 2细菌的平均停留时间与增殖率活寒流反应器的MLSS浓度X值是沿池长变化的，因此，应该按这个特点来定义。假定把反应器的容积沿池长分成n段相等的微容积Vn，以、分别表示每段微体积中的MLSS浓度，则得MCRT，的定义为：=以代替X的平均值得：= (5-52a)当从沉淀池底流中废弃污泥时= （5-53）假定，得出与CSTR系统同样的公式：= (5-52b)由式（8-49）同样把反应器沿池长分n段，得出以下式子： (8-54)式中以V代替n(
42、Ax)。X* 可表示为：= (8-55a)当忽略原废水的MLSS浓度Xi 时得：= (8-55b)因此得：- (8-56) (8-57)当忽略二次沉淀池所流出的MLSS量（Q- Q）,则得出二次沉淀的物料衡算关系为：(1+R)Q-QX=RQX由此式得： (1+R)QX-RQX= (8-58)比较式（8-57）（8-58）的左边，可以得出下列关系： 由前面的假定及式（8-52b）得： (8-59) (8-60)式中，为平均比值增值率。3. 和产率系数Y仿照CSTR模型式（8-32）的推导可得下列关系：=化简最后得出：Y=4和有机物去除率以式（8-59）和（8-32）代入，得： (8-61)5.微
43、生物浓度X和反应器中有机物浓度先求反应器进口处的有机物浓度得：(8-62)假定可以忽略得：(8-63)由此得出MLSS的浓度X的表达式为：X=-Y()=X-X(8-64)X是停留时间为处的MLSS浓度，当=，且忽略时得：=X+Y (8-65)式子中，V/=；V/Q=水力停留时间，因此可表示为： X= (8-66) (8-67a)当=，即在反应器出口处的浓度的表达式为： (8-67b)由式(867a)可看出，当给定-值时，可以直接算出停留时间来，再由式(864)可算出X值来。但是，如果反过来由给定的值求值，出于式(867a)的隐函数关系，必须通过选代法计算。反应器的停留时间与出口浓度间互相计算关系也是一样。6.CSTR型与活塞流型的比较由式(867b)看出，活塞流反应器出水的有机物浓度去除与、R、K、Y等参数有关系外，还和的值有关系。由式(866)及式(863)可知，与和有关系，也就是和及也有关系。但是，从CSTR反应器的公式(834