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1、第八章活性污泥法(-)教学设计1.1本章节内容归纳本章节主要内容包括以下几个方面活性污泥法中的生物动力学参数CSTR型活性污泥法及设计活塞流型活性污泥法及设计硝化动力学参数及污泥氧消化反应器设计活性污泥数学模型L2本章节重点本章节重点：活性污泥法与设计相关的动力学参数、不同废水的动力学参数取值、CSTR型活性污泥法原理及设计、活塞流型活性污泥法原理及设计、硝化动力学参数取值及好氧消化反应器设计、数学模型法在活性污泥设计中的应用-AZ.I-J刖景本章节难点：动力学参数取值、CSTR与活塞流型设计的差异、数学模型法的应用1.3本章节教学内容本章教学内容如下8.活性污泥法8.1 活性污泥法的基本概念
2、8.2 CSTR型活性污泥法8.3 CSTR型活性污泥法的设计8.4 活塞流型活性污泥法8.5 硝化8.6 污泥需氧硝化反应器8.7 活性污泥数学模型1.4本章节教学方法1 .情景导入本章节及以后章节为应用内容，通过完全混合和推流式两类池型运行工况入手，引入介绍两类反应器原理CSTR和活塞流型，对比分析活性污泥工程上的两类池型-推流式与完全混合反应器的设计原理及相关基础理论。2 .双案例关联案列十六：CSTR在基础研究中的应用案列十七：柱塞流反应器的应用(同氧化沟案列)L本章节教学互动与考核在课程本章节教学过程中，引导研究生进行活性污泥设计原理方面相关的教学讨论。研究生在进行教学讨论之前，主动
3、加强与指导老师的沟通，明确以后研究方向所需要的本门课程的相关理论知识，了解这些理论知识在研究过程中的意义、地位、作用及如何应用，了解基础理论在创新工作中的作用。利用本课程建立的教学网站，并将这类问题变成启发问答式用来和学生互动，通过互动了解研究生对各个知识点掌握情况、学习的主动性、创新性等，并将互动情况作为课程成绩考核的一个部分，主要问题有：活性污泥法设计方法讨论、泥龄法设计原理、CSTR和活塞流型两类反应器相似与不同、推流式与完全混合式活性污泥反应器理论分析、数学模型法原理、数学模型法应用前景（二）教学内容1 .活性污泥法的基本概念工艺流程、参数表达、动力学参数及不同废水取值、活性污泥控制参
4、数2 .CSTR型活性污泥法CSTR物料平衡、泥龄与设计、反应器体积设计、反应器氧摄入率、二沉池设计、设计统合3 .活塞流型活性污泥法活塞流型物料平衡、泥龄与设计、CSTR与活塞流型对比、活塞流型反应器设计4 .硝化污泥需氧硝化反应器设计理论二级硝化活性污泥法设计参数、污泥需氧消化物料平衡、需氧及混合能量计算5 .活性污泥数学模型IAWQASMNo.1的动力学参数和化学计量学参数、表现转化速率表达式及应用、IAWQASMNo.2简介第八章活性污泥法8.1 活性污泥法的基本概念1 .基本流程讨论回顾2 .废水处理中的“微生物”术语及其定量表示方式讨论回顾3 .活性污泥法中的生物动力学参数有关上述
5、的各生物动力学参数均可采用如图7-3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,B0D5,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。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。4 .活性污泥系统性能的控制因素(1)底物的代谢速率(2)生物絮体的沉降和浓缩性能(3)传氧的限制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
6、能高的底物代谢速率。8.2 CSTR型活性污泥法X.基本方程式图8-1绘出了反应器为CSTR型的活性污泥法系统。图8-1CSTR型的活性污泥法系统Qpf+RQp+VRo=(1+R)Qp+V农(8-1)dtQXf+RQX+V/?,=(+R)QX+V(8-2)dt在稳定状态下，学及三等于零，因此得，dtdtQQ+RQ+V%=(1+R)Qp(8-3)QX,+RQX”+VRf,=(1+R)QX(8-4)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Q和增殖率Rg由表示稳定状态的方程式(820)可以推导出细菌的增殖率凡与另一个重要概念“细菌的平均
7、停留时间”(MCRT)的关系。MCRTa.的定义为:Q反应器中的活细菌总量,qcc每日从系统中流走的活细菌总量MCRT也称为污泥停留时间(SRT)O固体停留时间(SOIidSretentiontime)或简称污泥龄(sludgeage)0可表示为：VX=-(8-6)QwX+(Q-Qw)Xe-QXiVXQWXJ(Q-。W)Xe-QXi(8-7)当无回流，只=O时得:Tj=0QX Q(8-8)无回流时，。，退化成为反应器的水力停留时间。Q.的简化公式：(8-9)(8-10)简化式为常用的形式。(8-11)Gw-J.V一%(8-12)当由沉淀池底排走Q“时，按照同样的推导过程可得出下列类似关系：QW
8、XQwXXRLF-fx一瓦(8-13)(8-14)QwX=1VXc=815)34和有机物的去除速率R。Ro=WM+Rp-(1+R)p=p,RPti-dRR(8-16)VQy(8-17)3-急Si)(8-18)4 .和产率因数Y=(8-19)式(8-32)提供了试验求和b的方法，先将式(8-32)写成:1=-LyYg Yc(8-20)这样就可以根据式子绘成一条直线，从而求出七和b的值。5 .反应器中有机物浓度P和微生物浓度XP=YGk07(8-22)反应器中细菌质量浓度X的表达式:p.pX=均储方%23)6.讨论当活性污泥法的b、K、Yc、Ko四个生化动力学参数以及反应器的进水有机物浓度自己知后
9、，即可计算出反应器在个同污泥龄值及水力停留时间。位时的有机物浓度夕、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、K、K。四个动力学参数，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。当反应器的有机物浓度趋近于无穷大，相应的，极小值为：8.3CSTR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%、K、及b；(4)污泥沉降速度数据。设
10、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P代入式(834a)即可解出最短的污泥龄为：OCmin=Ycko-b(K+ p)(8-25)得出Jmin后，即可按min的条件，选用几个设计的值，进行下列一系列计算。2.计算反应器容积以=V / Q代人式(835)可解出反应器容积V为:v_YgcQ3- p) _ YoCQ(Pi- P) V -X(l+他)(8-26)式中:K(l+ W)Yckoc-(+ bc) Ykoc-(8-27)接选定的。，值可计算出相应的反应器内的有机物浓度4，P即用这一计算值。在P已知后(即4选定后)，对不同的微生物质量浓度X,相应地存在
11、一反应器容积V。因此，对于一个选定的处值，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Vo3.计算反应器内氧的摄入率%氧的摄入率可表示为：R0=Ro(-4Y)式子中RO取下式的绝对值:(8-28)(8-29)式子(8-41)可用于计算R。从式子(8-41)可看出对于不同的X值有一个相应的Ror也就是说，对一个选定的处值所算出的一组反应器容积V,也相应地存在一组R%值。4 .二次沉淀池的设计沉淀池的面积AC可由下列物料衡算关系略去X,项得出(1R)-jx=Ac+(-Qw)XeACw)。一如邑(8.30)由上式可看出,在犷固定的条件下,对选定的每一
12、个X可算出一个面积AC来。因此，对每一个求得的犷值，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A,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:(1+R)Q-QwlX=RQX”QX-QwQXLQX(8-31)(+ R)QX(P(8-32)(8-34)当由沉淀池底流排出Qw时，相应的4.及R的表达式为:AJ(1+R)QXAC一(P(8-35)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匕来。5 .设计统合(designintegration)(1)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+二沉池容积匕)计算出来.这种
13、过程称为设计统合。(2)二次沉淀池的设计例题分析(3)设计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。8.4活塞流型活性污泥法L基本方程式(1+R)QpAxR0=(l+R)Qp(p+-x)+-Ax(8-36)xt化简得出：-Q+R)氾+R0二迦(8-37)0t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:-(l+R)g+4=容(8-38)t式子中，Rg为细菌的增值率。在稳定状态分别化简成(8-39)(8-40)-Q+R)也+Ro=00-(1?)+Rp=08记=哨50)k/XK+ p(1+R嗡(8-
14、41)2.细菌的平均停留时间Q与增殖率40C=VXQWXO(5-42)当从沉淀池底流中废弃污泥时VXQ(5-43)假定X*X,得出与CSTR系统同样的公式:(5-44)同样把反应器沿池长分n段，得出以下式子：，旦(X1X2.+AXzt)=用(8-45)式中以V代替n(AAx)。X*可表示为：(8-46)(8-47).QX+RQX,Xj+RXfJQ+RQ1+/?当忽略原废水的MLSS浓度Xi时得：.RXHX=匕1+R因此得：*RX11X1X2+.+X=X-X*=X-(8-48)1+R(1+ R) Q %、一 F(8-49)当忽略二沉池所流出的MLSS量(Q-QW)X,则得出二次沉淀的物料衡算关系为:(l+R)Q-QJX=RQXzz由此式得:RX11(lR)QX-RQX=(l+/?)Q(Xs-T)=QwXo(8-50)1AQWXG)V=RgYR.=(8-51) 1 【瓦 (8-52)
