活性污泥过程模型.pptVIP

但是这些模型只考虑了污水中含碳有机物的去除，不能解释和描述废水生物处理中常见的有机物“快速去除”和出水中有机物浓度随进水浓度变化的现象，也不能很好地预测实际观察中存在的有机物浓度增加时，微生物增长速率变化的滞后效应。 因此，传统的活性污泥模型虽然参数求解和计算过程相对简单，但无法精确地模拟废水处理中氧利用的动态变化，不能很好地描述活性污泥系统的动态特性。 2.1莫诺（monod）方程式 Monod(莫诺)于1942年采用纯菌种在培养基稀溶液中进行了微生物生长的实验研究, 在取得大量实验数据的基础上于1949年提出了微生物生长过程中微生物生长速率和底物浓度之间的关系式 : 图1 Monod方程式与其μ-S关系曲线 莫诺方程的一些分析 （1）在高底物浓度下，微生物的生长不受限制，处于对数生长期微生物比增长速率达到最大值。S?Ks，所以方程式简化为：μ=μmax，此时呈零级反应，反应速率和底物浓度无关，增加底物浓度亦不可能提高微生物增长速率。在这种情况下，如要再提高微生物增长速率，则应增加微生物的浓度。 （2）当底物浓度较小时，微生物的生长受到营养物质的限制，处于静止生长期，微生物的增长速率和底物浓度成正比例关系。即：S?Ks时，式中S与Ks的比值可以忽略不计，所以公式简化为：μ=μmaxS/Ks，此时呈一级反应，反应速率与底物浓度呈正比。 Monod方程式在环境微生物领域被广泛用来措述微生物的生长特性，但这是一个对微生物生长过程过分简化的模型。需要满足以下三个条件：1)微生物以单一污染物质作为底物；2)微生物处于平衡生长状态；3)微生物降解和生长过程中力毒性存在 。 显然，大多数实际活性污泥处理系统的微生物过程并不符合这些条件。尤其在微生物快速生长过程中，细胞内的各种组分并不是以平衡的形式协调生长的，这种不平衡会导致monod模型的失败。 2.2劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）方程式 劳伦斯-麦卡蒂以微生物增值对有机底物的利用为基础，于1970年建立了活性污泥反应动力学方程式。他在自己的动力学方程式中纳入了莫诺方程式。 对污泥龄提出了新的概念，即：单位重量的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间。 对单位底物利用率提出了新的概念。即：单位微生物量的底物利用率为一常数，以q表示。 劳-麦第一基本方程式如下： 1/θc=Yq-Kd 劳-麦第一基本方程式所表示的是生物固体平均停留时间，与产率、底物利用率以及微生物的衰减系数之间的关系。 劳-麦第二基本方程式是在莫诺方程式上建立的，其概念是有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度，即： (dS/dt)u=KXaS/Ks+S 劳-麦第二基本方程式所表示的是：有机底物利用率与反应器内微生物浓度及微生物周围有机底物浓度之间的关系。 3.活性污泥动态模型 3.1活性污泥过程模型No.1（ASM1） 1983国际水质协会IAWQ组织专家在前人活性污泥模型化工作的基础上进行了长达4年的收集、分析、比较、归纳的研究工作，于1986年发表了活性污泥过程的IAWQNo.1模型(ASMl)。 该模型将曝气池内的过程分解成8个子过程，将曝气池内的物质分解成13个组分，利用质量守恒、反应动力学、经验公式及参数建立了描述整个系统动态性质的微分方程组，并利用数值积分对该微分方程组在不同条件下求解，以分析活性污泥过程包括除碳、脱氮在内的动态性质。该模型自发表以来受到环境工程界的广泛关注，目前已成为活性污泥过程仿真和控制的重要基础。 3.1.1合理假定 该模型在建模时引入了一个重要的基本假定，就是被模拟的活性污泥过程当前运行正常。该假定的具体内容包括： (1)曝气池内处于正常pH值及温度下； (2)池内微生物的种群和浓度处于正常状态； (3)池内污染物浓度可变，但成分及组成不变； (4)微生物营养充分； (5)二沉池内无生化反应，仅为一个固液分离装置 3.1.2系统分割 8个子过程是： (1)异养菌好氧生长；(2)异养菌缺氧生长；(3)自养菌好氧生长；(4)异养菌衰减；(5)自养菌衰减；(6)可溶有机氮的氨化；(7)被吸着缓慢降解有机碳的“水解”(8)被吸着缓慢降解有机氮的“水解” 13个组分是： (1)易降解有机碳S5；(2)缓慢降解有机碳X5；(3)可溶性可降解有机氮Snd；(4)颗粒状可降解有机氮Xnd；(5)溶解氧S0；(6)氨态氮Snh；(7)硝态氮Sno；(8)碱度Salk；(9)异养菌Xbh； (10)自养菌Xba；(11)可溶惰性有机碳Si；(12)颗粒惰性有机碳Xi；(13)微生物衰减产物Xp 3.1.3基本速率方程 相对于参与某一子过程反应的某一组分，可以写出一个反应动力学