废水生物处理废水生物处理 本章将建立单个本章将建立单个CSTRCSTR微生物生长模型，包括：有生物量回流和微生物生长模型，包括：有生物量回流和无生物量回流两种方式，并利用它来了解系统本身的运行情况。无生物量回流两种方式，并利用它来了解系统本身的运行情况。 为了简单起见，模型仅限于好氧异养微生物，有充足无机营养为了简单起见，模型仅限于好氧异养微生物，有充足无机营养物，可生物降解的溶解性有机基质是生长限制性基质（以物，可生物降解的溶解性有机基质是生长限制性基质（以CODCOD为单为单位）。位）。 经过稍加修改，本章的模型就可用于厌氧和缺氧异养微生物，经过稍加修改，本章的模型就可用于厌氧和缺氧异养微生物，以及好氧自养微生物，使其更具有普遍性意义。以及好氧自养微生物，使其更具有普遍性意义。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器 单个的连续搅拌式反应器（单个的连续搅拌式反应器（CSTRCSTR）是生物处理中最简单的反应）是生物处理中最简单的反应器，用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厌氧消化和生物法去除营器，用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厌氧消化和生物法去除营养物等。养物等。 6.1 CSTR基本模型基本模型6.2 基本模型的延伸基本模型的延伸6.3 生物量回流和排出方式生物量回流和排出方式6.4 模型预测模型预测CSTR运行性能运行性能第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASM）简介）简介 6.1 CSTR6.1 CSTR基本模型基本模型第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器图图图图6.1 CSTR6.1 CSTR6.1 CSTR6.1 CSTR反应器示意图反应器示意图反应器示意图反应器示意图进水F0SS0污泥分离器FW 、SS 、XB、H、XDF-FW 、SSV 、SS0 、XB、H、XD 反应器容积为反应器容积为V V，进水流量为，进水流量为F F，其中只含非抑制性和溶，其中只含非抑制性和溶解性的可生物降解有机物，浓度为解性的可生物降解有机物，浓度为S SS0S0（用（用CODCOD表示）。表示）。 进水含有充足的无机营养物，有机基质是微生物生长的限进水含有充足的无机营养物，有机基质是微生物生长的限制因素。制因素。 进水的流量、浓度、进水的流量、浓度、pHpH值、温度以及其他环境条件等都保值、温度以及其他环境条件等都保持恒定。持恒定。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1 CSTR6.1 CSTR基本模型基本模型 在反应器内，异养微生物利用基质进行生长，生物量增在反应器内，异养微生物利用基质进行生长，生物量增加至加至X XB B，H H，基质浓度降低为，基质浓度降低为S SS S。 微生物群在生长同时还伴随着衰亡，微生物群在生长同时还伴随着衰亡，X XD D表示微生物残留表示微生物残留物浓度。物浓度。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1 CSTR6.1 CSTR基本模型基本模型 反应器有两个出流，由于反应器是完全混合式，其出流反应器有两个出流，由于反应器是完全混合式，其出流中含有的任何一种溶解性成分与反应器内相同。中含有的任何一种溶解性成分与反应器内相同。 一个出流的流量为一个出流的流量为F FWW，微生物浓度及残留物浓度都与反，微生物浓度及残留物浓度都与反应器内相同。应器内相同。 另一个出流的流量是另一个出流的流量是F-FF-FWW，通过一个分离器去除悬浮物，通过一个分离器去除悬浮物质，然后排出，所分离出来的悬浮物再返回到反应器中。质，然后排出，所分离出来的悬浮物再返回到反应器中。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1 CSTR6.1 CSTR基本模型基本模型 停留时间定义为：停留时间定义为： 一种组分在系统中滞留的平均时间。一种组分在系统中滞留的平均时间。 CSTRCSTR反应器有两种类型的组分：反应器有两种类型的组分： （1 1）溶解性的，用）溶解性的，用S S表示；表示； （2 2）颗粒性的，用）颗粒性的，用X X表示。表示。 它们的停留时间不一定相同，需要分别定义。它们的停留时间不一定相同，需要分别定义。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.1 6.1.1 停留时间的定义停留时间的定义 （1 1）溶解性组分在反应器中的停留时间等于平均水力停留时间，）溶解性组分在反应器中的停留时间等于平均水力停留时间，即：即：（2 2）颗粒性组分可用物理方法从水流中分离，例如过滤或者沉淀，）颗粒性组分可用物理方法从水流中分离，例如过滤或者沉淀，可以利用这个特点来控制其从反应器中的排出。可以利用这个特点来控制其从反应器中的排出。 分离器使颗粒物质的停留时间大于溶解物质分离器使颗粒物质的停留时间大于溶解物质。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.1 6.1.1 停留时间的定义停留时间的定义 （2 2）颗粒物质在反应器中的平均滞留时间，称为固体停留时间，或颗粒物质在反应器中的平均滞留时间，称为固体停留时间，或细胞平均停留时间，用细胞平均停留时间，用 来表示，简称为来表示，简称为SRTSRT。 SRT SRT定义为反应器中颗粒物质总量与单位时间颗粒物质排出量之比，定义为反应器中颗粒物质总量与单位时间颗粒物质排出量之比，即：即： （6.16.1） 颗粒物质浓度为颗粒物质浓度为X XWW等于反应器中的浓度等于反应器中的浓度X X，方程可简化为：，方程可简化为： （6.26.2） 注意：注意：SRTSRT基本定义采用的是质量流量而不是体积流量。基本定义采用的是质量流量而不是体积流量。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.1 6.1.1 停留时间的定义停留时间的定义 比较比较6.26.2和和 ，可以看出：，可以看出： (6.3) (6.3) F FWW越接近越接近F F，SRTSRT也就越接近也就越接近HRTHRT。所以，若反应器中。所以，若反应器中没有分离器，则没有分离器，则SRTSRT和和HRTHRT相等。相等。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.1 6.1.1 停留时间的定义停留时间的定义 式中，式中，C CA0A0 进水中进水中A A的浓度；的浓度； C C、A A 经过生物分离器的浓度经过生物分离器的浓度 （对溶解性物质来说，（对溶解性物质来说，C CA A和和CSTRCSTR中的中的A A浓度相同；浓度相同； 对颗粒物质来说，对颗粒物质来说， 等于零。）；等于零。）； r rA A 参与的所有反应速率之和。参与的所有反应速率之和。 用用C CA A表表示示CSTRCSTR反反应应器器中中A A组组分分的的质质量量浓浓度度，则则质质量量平平衡方程为：衡方程为：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式（6.46.4） 对对CSTRCSTR，应该至少列出三种组分的质量平衡方程：基质，应该至少列出三种组分的质量平衡方程：基质浓度浓度S SS S、活性异养微生物、活性异养微生物X XB,HB,H和微生物残留物和微生物残留物X XD D。此外，还。此外，还需列出氧平衡方程需列出氧平衡方程 。 这样共有四个质量平衡方程。这样共有四个质量平衡方程。 考考虑虑质质量量平平衡衡方方程程的的数数目目，其其所所反反映映的的不不同同类类型型的的过过程程和和不不同同种种类类的的组组分分，就就可可知知道道一一个个系系统统需需要要哪哪些些信信息息，使使所所有有反反应应物物的去向一目了然。的去向一目了然。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器表表表表6.16.16.16.1好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数 过程组分a过程速率rj生长衰减1（1/YH）（1YH ）/YHHXB，H1fD1fDbHXB，HXB,H XD SS 6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式 表表6.16.1列出了以上质量平衡方程所需要的反应速率列出了以上质量平衡方程所需要的反应速率r ri i项的相关项的相关信息。信息。 表中各项代表了参与反应的每一种组分的化学计量系数，用表中各项代表了参与反应的每一种组分的化学计量系数，用CODCOD单位表示，氧用负的单位表示，氧用负的CODCOD表示。表示。 表右边一栏各项代表了过程反应速率，表右边一栏各项代表了过程反应速率，r ri i是过程是过程j j的反应速的反应速率，下标率，下标H H表示该参数适用于异养微生物。表示该参数适用于异养微生物。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式 质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。 1 1、活性微生物、活性微生物X XB,HB,H受到两个过程影响，总过程速率可以由受到两个过程影响，总过程速率可以由反应速率项与表中反应速率项与表中X XB,HB,H列的相应系数相乘，列的相应系数相乘，再加和在一起，即：再加和在一起，即：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器（6.56.5） 6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式 微生物增长速率，微生物增长速率，mgCODmgCOD(L.h)(L.h) 反应器内活性异养微生物浓度反应器内活性异养微生物浓度 比生长速率系数，比生长速率系数，h h-1-1 微生物衰减系数，微生物衰减系数，h h-1-1 式中，式中， 质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。 2 2、只有微生物衰减产生细胞残留物，因此：、只有微生物衰减产生细胞残留物，因此： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器（6.6） 3 3、溶解性有机物只受微生物生长过程影响：、溶解性有机物只受微生物生长过程影响：（6.7） 6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式式中，式中， 细胞残留物生成速率，细胞残留物生成速率，mgCODmgCOD(L.h)(L.h) 活性生物量中能够形成细胞残留物活性生物量中能够形成细胞残留物X XD D的比例的比例 式中，式中， 溶解性有机物降解速率，溶解性有机物降解速率，mgCODmgCOD(L.h)(L.h) 异养型微生物真正生长比率，以异养型微生物真正生长比率，以CODCOD表示表示 质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各质量平衡方程中所有各组分的速率方程都可以由其产生的各种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。种反应产物与表中相应化学计量系数相乘之后再加起来。 4 4、氧的含量与两种过程都有关，因而其反应速率包含两部、氧的含量与两种过程都有关，因而其反应速率包含两部分，用分，用CODCOD表示：表示：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器（6.86.8） 氧是用需氧量表示的，氧在反应中被消耗。将上式乘以，氧是用需氧量表示的，氧在反应中被消耗。将上式乘以，得到：得到：（6.96.9） 6.1.2 6.1.2 模型形式模型形式式中，式中， 氧的消耗速率，氧的消耗速率，mgCODmgCOD(L.h)(L.h) 在稳态条件下，浓度的导数为零，质量平衡方程简化为：在稳态条件下，浓度的导数为零，质量平衡方程简化为： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器 将微生物生长速率代入此质量平衡方程，并假设进水流和出水流将微生物生长速率代入此质量平衡方程，并假设进水流和出水流不含微生物，即浓度为零（不含微生物，即浓度为零（C CA0A0和和 均为零），得：均为零），得：6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.10） （6.11） 整理简化后得到：整理简化后得到：（6.12） 方程重要性：方程重要性：1 1、稳定状态下的比生长速率是由微生物从反应器的流失速率所、稳定状态下的比生长速率是由微生物从反应器的流失速率所决定的，反映在决定的，反映在SRTSRT项和衰亡系数项。工程师可以通过控制项和衰亡系数项。工程师可以通过控制生物污泥排放量生物污泥排放量F FWW来调节固体停留时间来调节固体停留时间SRTSRT，从而控制微生，从而控制微生物生长速率。物生长速率。2 2、而微生物比生长速率与基质浓度相关。这表明，控制微生物、而微生物比生长速率与基质浓度相关。这表明，控制微生物在反应器中的固体停留时间在反应器中的固体停留时间SRTSRT，就可以使工程师控制出水，就可以使工程师控制出水中有机物浓度。中有机物浓度。3 3、微生物比生长速率和水力停留时间、微生物比生长速率和水力停留时间HRTHRT无关。只有当反应器无关。只有当反应器没有分离器，没有分离器，HRTHRT才对微生物稳态生长产生影响，使得才对微生物稳态生长产生影响，使得SRTSRT等于等于HRTHRT。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 为了计算为了计算CSTRCSTR反应器内及其出流中的基质浓度，必须知道反应器内及其出流中的基质浓度，必须知道 和和S SS S的函数关系。的函数关系。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量把把 代入代入6.126.12，得：，得： （6.136.13） 由上式可看出，基质浓度只与由上式可看出，基质浓度只与SRTSRT有关，而与进水浓度无关。有关，而与进水浓度无关。式中，式中，S SS S 反应器内基质浓度反应器内基质浓度 固体停留时间，或细胞平均停留时间，简称为固体停留时间，或细胞平均停留时间，简称为SRTSRT 微生物最大比生长速率微生物最大比生长速率 从方程从方程6.126.12可以看出，随着可以看出，随着SRTSRT增大（即增大（即 ），活性微），活性微生物的比生长速率趋近于衰减速率。生物的比生长速率趋近于衰减速率。 这意味着在单个这意味着在单个CSTRCSTR中，需要有基质存在以维持微生物生长。中，需要有基质存在以维持微生物生长。 因此，存在着维持微生物生存的最小基质浓度，即当因此，存在着维持微生物生存的最小基质浓度，即当趋于无穷大时，由方程趋于无穷大时，由方程6.136.13得到：得到：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.146.14） 方程表明，方程表明， 能够达到的最小基质浓度由生物降解动力学参数决定，即由能够达到的最小基质浓度由生物降解动力学参数决定，即由被降解的基质的性质和进行降解的微生物的性质所决定。被降解的基质的性质和进行降解的微生物的性质所决定。 如果要用单个如果要用单个CSTRCSTR反应器来处理一定浓度的废水，则需要与反应器来处理一定浓度的废水，则需要与S SSminSmin值比较。如果废水浓度低于值比较。如果废水浓度低于S SSminSmin值，则单个值，则单个CSTRCSTR反应器不能反应器不能满足要求，需要采用其他形式的反应器。满足要求，需要采用其他形式的反应器。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.146.14） 当反应器内基质浓度与入水流浓度相等时，微生物的生长当反应器内基质浓度与入水流浓度相等时，微生物的生长速率达到最大：速率达到最大：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.156.15） 因此，当方程因此，当方程6.126.12中的中的 等于方程等于方程6.156.15中的中的 时，时，可可以得到最小固体停留时间以得到最小固体停留时间SRTSRT，即，即 ： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.166.16） 最小最小SRTSRT也被称为生物量流失点，因为当实际也被称为生物量流失点，因为当实际SRTSRT小于小于该值时，微生物进入反应器后就被排出了，无法在反应器中该值时，微生物进入反应器后就被排出了，无法在反应器中停留和生长。停留和生长。 在流失点，没有生物生长，也就没有基质被利用，反应在流失点，没有生物生长，也就没有基质被利用，反应器内及其出水浓度都与进水浓度相等，也就是说过程失效。器内及其出水浓度都与进水浓度相等，也就是说过程失效。 理论上，理论上，CSTRCSTR反应器不存在最小反应器不存在最小HRTHRT，因为只要微生物，因为只要微生物从出水流被分流出来而返回反应器，保持从出水流被分流出来而返回反应器，保持SRTSRT大于大于 ，那么，那么微生物就能维持生长。微生物就能维持生长。 但在实际中，但在实际中，HRTHRT小于小于 时是非常危险的。如果时是非常危险的。如果HRTHRT小小于于 而微生物分离器一旦出现一些问题，出水流微生物浓而微生物分离器一旦出现一些问题，出水流微生物浓度就会等于反应器内的微生物浓度，度就会等于反应器内的微生物浓度，SRTSRT等于等于HRTHRT，则过程失，则过程失效。而且，反应器一旦失效，就很难重新启动，除非再投加生效。而且，反应器一旦失效，就很难重新启动，除非再投加生物量。物量。 所以，为了安全起见，应该保持所以，为了安全起见，应该保持HRTHRT大于大于 。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 例例 6.1.3.1 6.1.3.1 一个一个CSTRCSTR，体积，体积8L8L，内有微生物，无机营养物充分，内有微生物，无机营养物充分，m-m-甲甲基苯酚是唯一碳源，其浓度用基苯酚是唯一碳源，其浓度用CODCOD表示为表示为200mg/L200mg/L，相关动力学，相关动力学参数值见表参数值见表E6.1E6.1。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量参数单位数值h-10.20KSmg COD/L3.5YHmg细胞COD/（mg基质CODh）0.34bHh-10.01fDmg细胞残留物COD/mg细胞COD0.20 表表表表E6.1 E6.1 E6.1 E6.1 生长动力学参数和化学计量系数（进水生长动力学参数和化学计量系数（进水生长动力学参数和化学计量系数（进水生长动力学参数和化学计量系数（进水S S S SS0S0S0S0=200mg/L=200mg/L=200mg/L=200mg/L，以，以，以，以CODCODCODCOD计）计）计）计） 例例 6.1.3.1 6.1.3.1a a、反应器最大允许流速是多少？、反应器最大允许流速是多少？ 当流速最大时，当流速最大时，HRTHRT达到最小值，但达到最小值，但 不能小于不能小于 ，由方，由方程方程程方程6.166.16可以求得可以求得 ：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量因此，因此，最大允许流量为，最大允许流量为，F=8.0L/5.36h1.49L/h 例例 6.1.3.1 6.1.3.1b b、如果反应器流量为、如果反应器流量为1.0L/h1.0L/h，剩余污泥排放量为，剩余污泥排放量为0.05L/h0.05L/h，那么出，那么出水中水中mm甲基苯酚浓度是多少（用甲基苯酚浓度是多少（用CODCOD表示）？表示）？ 首先，用方程首先，用方程6.26.2计算计算SRTSRT： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量再用方程再用方程6.136.13求求mm甲基苯酚浓度：甲基苯酚浓度： （以（以CODCOD计）计） 例例 6.1.3.1 6.1.3.1 c c、经过、经过CSTRCSTR处理后可使处理后可使mm甲基苯酚达到的最低浓度为多少？甲基苯酚达到的最低浓度为多少？可利用方程可利用方程6.146.14计算得出：计算得出：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（以（以CODCOD计）计） 若要达到更低的出水浓度，则需要采用其他类型反应器。若要达到更低的出水浓度，则需要采用其他类型反应器。 当溶解性物质作为基质时，反应器中的悬浮固体只包括活性当溶解性物质作为基质时，反应器中的悬浮固体只包括活性微生物微生物X XB B，H H和微生物残留物和微生物残留物X XD D两种。分别计算他们的浓度。两种。分别计算他们的浓度。 微生物的生长始自对基质的利用，生物量可以通过基质的质微生物的生长始自对基质的利用，生物量可以通过基质的质量平衡方程进行计算。由量平衡方程进行计算。由6.106.10可以得到：可以得到：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.176.17） 调整后得：调整后得：（6.186.18） 将方程将方程6.126.12代人上式的代人上式的 ，得：，得：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.196.19） （6.206.20） 这个方程表明：活性生物量与这个方程表明：活性生物量与SRTSRT及及HRTHRT都有关系。而且，都有关系。而且，整理方程可以看出，当整理方程可以看出，当SRTSRT值固定时（由此确定值固定时（由此确定S SS S值），值），X XB B，H H和和之乘积为常数：之乘积为常数： 也就是：也就是： 由于当由于当SRTSRT和流量固定不变时，单位时间所去除的基质量不和流量固定不变时，单位时间所去除的基质量不变，从而产生固定数量的微生物。变，从而产生固定数量的微生物。 如果反应器体积固定不变，如果反应器体积固定不变，SRTSRT也恒定，则随着流量的增也恒定，则随着流量的增大，必须提高反应器内的微生物量，才能保证相应的基质得到去大，必须提高反应器内的微生物量，才能保证相应的基质得到去除。因此，生物量需要成比例的增加。除。因此，生物量需要成比例的增加。 方程表明：方程表明：有微生物回流的稳态有微生物回流的稳态CSTRCSTR运行性能与运行性能与HRTHRT无关。如无关。如果果HRTHRT发生变化，反应器内微生物浓度也会相应改变，维持发生变化，反应器内微生物浓度也会相应改变，维持足够数量的微生物，从而排出与足够数量的微生物，从而排出与SRTSRT相对应的出水浓度。相对应的出水浓度。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 微生物量的单位形式取决于生长比率系数微生物量的单位形式取决于生长比率系数Y YH H的单位。的单位。 若若Y YH H采用单位基质（采用单位基质（CODCOD表示）生成的微生物量（表示）生成的微生物量（CODCOD表表示）来表示生长比率系数示）来表示生长比率系数 ，那么微生物量用，那么微生物量用CODCOD表示。表示。 微生物量也可以换算为固体含量，除以微生物量也可以换算为固体含量，除以1.20gCOD/g SS1.20gCOD/g SS即可。即可。 或者换算为挥发性固体含量，除以或者换算为挥发性固体含量，除以1.42g COD/g VSS1.42g COD/g VSS即可。即可。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 反应器中微生物残留物的浓度反应器中微生物残留物的浓度 通过质量平衡方程求出。通过质量平衡方程求出。 已知其进水流及分离器出水流中的浓度为零：已知其进水流及分离器出水流中的浓度为零：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.226.22） 整理后得：整理后得：（6.236.23） X XD D单位和单位和X XB B，H H相同。相同。 微生物残留物计入反应器悬浮固体浓度中，但由于它不具有微生物残留物计入反应器悬浮固体浓度中，但由于它不具有生物活性，所以不计入降解能力中。生物活性，所以不计入降解能力中。 反应器总生物量反应器总生物量 X XT T等于活性生物量与微生物残留物之和。等于活性生物量与微生物残留物之和。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.246.24） 如果如果SRTSRT固定，则固定，则 也跟着固定。也跟着固定。 从理论上说，一旦选定从理论上说，一旦选定SRTSRT以便达到所要求的出水浓度，只以便达到所要求的出水浓度，只要要 乘积不变，则反应器的尺寸与生物量可以组合。乘积不变，则反应器的尺寸与生物量可以组合。 由于基质部分能量必须用以满足微生物维持能量的需求，由于基质部分能量必须用以满足微生物维持能量的需求，造成实际生长速率小于真正生长速率。造成实际生长速率小于真正生长速率。 反应器的实际生长比率等于单位基质转化产生的实际微生反应器的实际生长比率等于单位基质转化产生的实际微生物数量，其中考虑微生物衰亡因素。物数量，其中考虑微生物衰亡因素。 工程师在测定生物量时难以区分活性微生物与微生物残工程师在测定生物量时难以区分活性微生物与微生物残留物。通常还是用总生物量来定义生长比率。留物。通常还是用总生物量来定义生长比率。 在稳定状态下，反应器中产生的微生物与排出的相等，实在稳定状态下，反应器中产生的微生物与排出的相等，实际生长比率际生长比率Y YHobsHobs为：为：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.276.27） 将方程（将方程（6.246.24）代入）代入X XT T，简化后得到：，简化后得到：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量（6.286.28） SRT SRT越大，生长比率越小。因为，固体停留时间越大，生长比率越小。因为，固体停留时间SRTSRT越越长，微生物衰亡越多，用于维持的能量越大，用于合成的能长，微生物衰亡越多，用于维持的能量越大，用于合成的能量就会变少。量就会变少。 例例 6.1.3.2 6.1.3.2已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1a a、当进水流量为、当进水流量为1.0L/h1.0L/h，污泥排放量为，污泥排放量为0.05 L/h0.05 L/h时，反应器中活性时，反应器中活性生物量是多少？生物量是多少？ 从例从例6.1.3.16.1.3.1可知，可知，SRTSRT为为160h160h，SSSS为为0.31mg/L0.31mg/L，HRTHRT等于等于8h8h，用方程用方程6.196.19计算：计算： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 X X B B，H H =523mg/L =523mg/L（以（以CODCOD计）计）=436 mg/L=436 mg/L（以悬浮固体计）（以悬浮固体计） 例例 6.1.3.2 6.1.3.2已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1b b、在同样的条件下，微生物的浓度是多少？、在同样的条件下，微生物的浓度是多少？用方程用方程6.246.24计算：计算：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量 X X T T =690 mg/L =690 mg/L（以（以CODCOD计）计）=575 mg/L=575 mg/L（以悬浮固体计）（以悬浮固体计） 例例 6.1.3.2 6.1.3.2已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1c c、活性微生物所占比例是多少？、活性微生物所占比例是多少？ 可以通过其定义或方程可以通过其定义或方程6.266.26求算。求算。 用定义求得：用定义求得： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量用方程用方程6.266.26求得：求得：f fA A=523/690=0.76=523/690=0.76 例例 6.1.3.2 6.1.3.2已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1d d、实际生长比率是多少？、实际生长比率是多少？ 用方程用方程6.286.28可得：可得：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.3 6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量溶解性有机物浓度和生物量Y YHobsHobs=0.17mg=0.17mg微生物微生物COD/mgCOD/mg基质基质CODCOD仅有仅有50%50%的生长比率，说明了微生物衰减及维持能消耗等的影响。的生长比率，说明了微生物衰减及维持能消耗等的影响。 在废水好氧生物处理在废水好氧生物处理CSTRCSTR中，成本主要来自剩余生物污泥量中，成本主要来自剩余生物污泥量的处置和氧的充足供应。确定剩余生物产生量的数量及需要供应的处置和氧的充足供应。确定剩余生物产生量的数量及需要供应的氧的数量是非常重要的。的氧的数量是非常重要的。 此外，由于营养缺乏所产生的负面影响，确定营养需要量也此外，由于营养缺乏所产生的负面影响，确定营养需要量也非常重要。非常重要。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求 剩余生物量通过废液流排出反应器，单位时间需要处置的生剩余生物量通过废液流排出反应器，单位时间需要处置的生物量就是废液微生物浓度与流量的乘积。物量就是废液微生物浓度与流量的乘积。 在稳态条件下，这个数量就是微生物净产生量。以在稳态条件下，这个数量就是微生物净产生量。以WWT T表示剩表示剩余微生物产生速率，即：余微生物产生速率，即：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求（6.296.29） 将将SRTSRT和和F FWW相关的方程相关的方程6.26.2与与X XT T的方程的方程6.246.24相结合，得到：相结合，得到：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求（6.306.30） 由于由于S SS S只与只与SRTSRT有关，所以有关，所以WWT T只由只由SRTSRT、废水流量和基质、废水流量和基质浓度等所决定。浓度等所决定。 当当SRTSRT增加，越来越多的活性生物量被氧化，转化为细胞增加，越来越多的活性生物量被氧化，转化为细胞残留物，剩余生物量产生速率下降，需要处置的剩余生物量减残留物，剩余生物量产生速率下降，需要处置的剩余生物量减少，这是一种稳定化过程。少，这是一种稳定化过程。 比较方程比较方程6.306.30和方程和方程6.286.28，将后者代入前者，发现，剩余生物，将后者代入前者，发现，剩余生物量的产生速率等于实际产率系数与基质去除量的乘积：量的产生速率等于实际产率系数与基质去除量的乘积：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求（6.316.31） W WT T的单位是单位时间产生的以的单位是单位时间产生的以CODCOD计的总生物量。计的总生物量。 然而，实际中通常要知道需处置的干固体总量。干固体总量然而，实际中通常要知道需处置的干固体总量。干固体总量可用可用WWT T除以除以1.20gCOD1.20gCODgSSgSS而获得，类似于将微生物的而获得，类似于将微生物的CODCOD浓度浓度单位换算为固体质量单位。单位换算为固体质量单位。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求 微生物利用氧的速率等于表微生物利用氧的速率等于表6.16.1所列出的总速率，可用方程所列出的总速率，可用方程6.96.9表示。表示。 用此速率与反应器体积相乘，就可得到单位时间所需供氧量用此速率与反应器体积相乘，就可得到单位时间所需供氧量(RO),(RO),即：即：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求(6.32)(6.32) 用用方方程程6.126.12代代替替 ，方方程程6.196.19代代替替 ，方方程程 代代替替HRTHRT，简化后得：，简化后得：(6.33)(6.33) 方程表明，随着方程表明，随着CSTRCSTR反应器的反应器的SRTSRT增加，发生在反应器内的稳增加，发生在反应器内的稳定化程度提高了，减少了剩余生物量，但是消耗了更多的氧。定化程度提高了，减少了剩余生物量，但是消耗了更多的氧。 由于表由于表6.16.1中化学计量系数源自采用中化学计量系数源自采用CODCOD为单位的质量平衡为单位的质量平衡方程，所以方程方程，所以方程6.336.33表示的也是反应器中表示的也是反应器中CODCOD平衡。平衡。 反应器的需氧量应等于进入反应器的反应器的需氧量应等于进入反应器的CODCOD总量减去流出的总量减去流出的CODCOD总量，包括微生物的总量，包括微生物的CODCOD及其残留物的及其残留物的CODCOD：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求(6.34)(6.34) 将方程将方程6.316.31代入上式代入上式WWT T，得：，得： (6.35)(6.35) 如果产率系数已知，就可求得需氧量。如果产率系数已知，就可求得需氧量。 微生物生长所需的氮可由微生物经验分子式微生物生长所需的氮可由微生物经验分子式C C5 5H H7 7O O2 2N N求求得，即得，即0.087mgN0.087mgNmgmg微生物微生物CODCOD。去除单位基质。去除单位基质CODCOD所需氮的所需氮的量（量（NRNR）就是用）就是用0.0870.087乘以实际产率系数：乘以实际产率系数：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求（6.366.36） 磷的需求量约为氮的磷的需求量约为氮的1/51/5，所以用，所以用0.0170.017代替方程代替方程6.366.36中的中的0.0870.087即可。即可。 微量元素的需求量可用类似方法参照表中的因子求出。微量元素的需求量可用类似方法参照表中的因子求出。 实际中，营养投加量应该比理论值略大一些，以保证有机实际中，营养投加量应该比理论值略大一些，以保证有机基质是速率限制因素。基质是速率限制因素。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求细菌生长微量营养物需要量表细菌生长微量营养物需要量表细菌生长微量营养物需要量表细菌生长微量营养物需要量表大概需要量大概需要量微量营养元素/（g/mg细胞COD）微量营养元素/（g/mg细胞COD）钾10钙10镁7硫6钠3氯3铁2锌0.2锰0.1铜0.02钼0.004钴0.0004 例例6.1.4.1 6.1.4.1 已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1a a、当进水流量为、当进水流量为1.0L/h1.0L/h和废液流量为和废液流量为0.05L/h0.05L/h时，所需要处置的时，所需要处置的干固体量是多少干固体量是多少mg/Lmg/L？ 用方程用方程6.306.30计算：计算：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求WWT T=34.5mg/h( =34.5mg/h( 以以CODCOD计计) )将它换算为干固体，除以将它换算为干固体，除以1.20gCOD/g1.20gCOD/g干固体，得到：干固体，得到：WWT T=28.7mg/h( =28.7mg/h( 以干固体计以干固体计) ) 例例6.1.4.1 6.1.4.1 已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1b b、需要向反应器供应的氧的量为多少、需要向反应器供应的氧的量为多少mg/hmg/h？ 用方程用方程6.346.34求：求：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求RO=1.0RO=1.0（2000.312000.31）34.5=165.2 mg/h34.5=165.2 mg/h 也可用方程也可用方程6.336.33及相应系统参数求得：及相应系统参数求得：RO=165.2mg/LRO=165.2mg/L 例例6.1.4.1 6.1.4.1 已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1b b、需要向反应器供应的氧的量为多少、需要向反应器供应的氧的量为多少mg/hmg/h？第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求 还可用方程还可用方程6.356.35直接通过产率系数得出：直接通过产率系数得出： RO=165.2mg/L RO=165.2mg/L 与进水流中的基质相对应的需氧量为与进水流中的基质相对应的需氧量为200mg/L200mg/L，以上计算满，以上计算满足了基质足了基质83%83%的需氧量要求，其余的则与剩余生物量相关，或者的需氧量要求，其余的则与剩余生物量相关，或者在系统中被浪费了。在系统中被浪费了。 例例6.1.4.1 6.1.4.1 已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1c c、进水流中应该含有多少、进水流中应该含有多少mg/Lmg/L的氮和磷？的氮和磷？ 用方程用方程6.366.36可求出氮的浓度可求出氮的浓度第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求 NR=0.015mgN/mgCOD NR=0.015mgN/mgCOD 因为基质因为基质CODCOD去除量为去除量为2000.31=199.69mg/L2000.31=199.69mg/L，所以微生物将，所以微生物将需要需要2.95mg/L2.95mg/L的氮，如果再加上过量的的氮，如果再加上过量的0.5mg/L0.5mg/L，以保证足够数量，以保证足够数量，进水流中氮的浓度应该为进水流中氮的浓度应该为3.5mgN/L3.5mgN/L。 例例6.1.4.1 6.1.4.1 已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1c c、进水流中应该含有多少、进水流中应该含有多少mg/Lmg/L的氮和磷？的氮和磷？第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.1.4 6.1.4 剩余生物量、供氧和营养要求剩余生物量、供氧和营养要求 磷的需要量大约是氮的五分之一，需要量约为磷的需要量大约是氮的五分之一，需要量约为0.59mg/L0.59mg/L，再加，再加上上0.25mg/L0.25mg/L过量考虑，进水流中磷的浓度应该为过量考虑，进水流中磷的浓度应该为0.85mgP/L0.85mgP/L。 6.1 6.1节建立了适用于只含溶解性基质系统的简单基本模型。节建立了适用于只含溶解性基质系统的简单基本模型。但是，大多数废水都含有溶解性的生物难降解有机物。而且，但是，大多数废水都含有溶解性的生物难降解有机物。而且，所有生活污水和许多工业废水都含有沉淀处理所没有去除的悬所有生活污水和许多工业废水都含有沉淀处理所没有去除的悬浮物质。任何完整描述浮物质。任何完整描述CSTRCSTR反应器的模型都应该考虑这些悬浮反应器的模型都应该考虑这些悬浮物质的影响。物质的影响。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2 6.2 基本模型的延伸基本模型的延伸 惰性有机固体在生物处理反应器中不参与反应，因此，稳态惰性有机固体在生物处理反应器中不参与反应，因此，稳态条件下，其进入反应器的浓度与离开时是相同的。条件下，其进入反应器的浓度与离开时是相同的。 然而，惰性有机固体在反应器中的浓度取决于然而，惰性有机固体在反应器中的浓度取决于SRTSRT与与HRTHRT之之间的相对关系，这类固体物质只能通过废液流排出反应器。间的相对关系，这类固体物质只能通过废液流排出反应器。 参照图参照图6.16.1，建立质量平衡方程，建立质量平衡方程， 表示惰性有机物浓度：表示惰性有机物浓度： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.2 6.2.2 进水惰性有机固体进水惰性有机固体（6.436.43） 或或（6.446.44） 用用V V分别除以分别除以F F和和F FWW，可得到，可得到HRTHRT和和SRTSRT： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.2 6.2.2 进水惰性有机固体进水惰性有机固体（6.456.45） 由于有由于有 ，惰性有机固体在反应器内的浓度高于进水浓，惰性有机固体在反应器内的浓度高于进水浓度。度。 如果出水不经过分离器，则如果出水不经过分离器，则SRTSRT和和HRTHRT相等，那么惰性有机相等，那么惰性有机固体在反应器中的浓度与进水浓度相等。固体在反应器中的浓度与进水浓度相等。 如果处理系统含有惰性固体，反应器中的悬浮固体除了活性如果处理系统含有惰性固体，反应器中的悬浮固体除了活性生物量和生物残留物之外还包括这一部分。其总和称为混合悬生物量和生物残留物之外还包括这一部分。其总和称为混合悬浮固体浮固体(MLSS),(MLSS),用符号用符号X XMM表示。表示。MLSSMLSS的浓度等于方程的浓度等于方程6.456.45中的中的 与方程与方程6.246.24中的中的 之加和：之加和：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.2 6.2.2 进水惰性有机固体进水惰性有机固体（6.466.46） 从方程可见，微生物在固体总量中所占比例随着从方程可见，微生物在固体总量中所占比例随着SRTSRT的增加的增加而下降，活性生物量及其残留物在而下降，活性生物量及其残留物在MLSSMLSS中所占比例随着中所占比例随着SRTSRT的的增加而减少。增加而减少。 MLSSMLSS的活性比例等于活性微生物浓度与的活性比例等于活性微生物浓度与MLSSMLSS浓度之比。浓度之比。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.2 6.2.2 进水惰性有机固体进水惰性有机固体（6.476.47） 由由此此可可见见，当当 比比较较大大时时，活活性性微微生生物物相相对对于于S SS0S0的的比比例例就就比比较小。活性比例系数不受较小。活性比例系数不受SRTSRT与与HRTHRT之比的影响，尽管之比的影响，尽管MLSSMLSS不不是这样。因此，在生物处理反应器中要维持比较高比例的活性是这样。因此，在生物处理反应器中要维持比较高比例的活性生物量就必须尽量减少惰性悬浮固体进入反应器。生物量就必须尽量减少惰性悬浮固体进入反应器。 如如6.1.36.1.3节所述，实际产率系数定义为去除单位质量的基质所节所述，实际产率系数定义为去除单位质量的基质所产生的微生物量。所以，惰性物质存在对它没有影响。产生的微生物量。所以，惰性物质存在对它没有影响。 惰性物质的存在会增加需要处置的固体物质的流量。用惰性物质的存在会增加需要处置的固体物质的流量。用WWMM表表示示MLSSMLSS的排放流量，称为固体排放量：的排放流量，称为固体排放量：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.2 6.2.2 进水惰性有机固体进水惰性有机固体（6.486.48） 惰性固体在生物处理反应器中不影响氧需求量。惰性固体在生物处理反应器中不影响氧需求量。（6.496.49） 进水中存在的微生物所引起的影响可用方程进水中存在的微生物所引起的影响可用方程6.106.10列出相应的质列出相应的质量平衡方程来确定，进水微生物浓度为量平衡方程来确定，进水微生物浓度为 。第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 方程方程6.506.50表明，进水微生物的存在会降低反应器内微生物与表明，进水微生物的存在会降低反应器内微生物与SRTSRT相匹配的比增长速率，而且进水微生物浓度越高，比增长速率越相匹配的比增长速率，而且进水微生物浓度越高，比增长速率越小。小。 这意味着，当两个生物处理反应器的这意味着，当两个生物处理反应器的SRTSRT和和HRTHRT相同时，进水流相同时，进水流含有活性微生物的那个反应器出水基质浓度会低一些。含有活性微生物的那个反应器出水基质浓度会低一些。（6.506.50） 关于出水基质浓度，基质的质量平衡方程没有改变，方程关于出水基质浓度，基质的质量平衡方程没有改变，方程6.186.18有有效，将方程效，将方程6.506.50代入代入 得：得： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物比较方程比较方程6.516.51和方程和方程6.206.20可以发现，进水不含微生物的反应器其可以发现，进水不含微生物的反应器其活性微生物浓度反而比较高。活性微生物浓度反而比较高。括号内分为两个部分。右边一项属于新生长微生物的贡献，左括号内分为两个部分。右边一项属于新生长微生物的贡献，左边属于进水微生物的贡献。需注意，由于微生物衰减，后者的数边属于进水微生物的贡献。需注意，由于微生物衰减，后者的数值低于进水带入的微生物浓度。值低于进水带入的微生物浓度。（6.516.51） 将方程将方程6.516.51代入方程代入方程6.506.50，再将所得到的方程代入，再将所得到的方程代入 ，可得到关于基质浓度的二次方程：可得到关于基质浓度的二次方程： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物利用这个公式可以先计算基质浓度，再求微生物浓度。利用这个公式可以先计算基质浓度，再求微生物浓度。（6.526.52） 进水中任何微生物残留物都属于惰性固体，此外，进水微生物和进水中任何微生物残留物都属于惰性固体，此外，进水微生物和反应器中微生物还会通过衰减产生残留物。所以总的微生物残留物反应器中微生物还会通过衰减产生残留物。所以总的微生物残留物浓度为：浓度为： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物式中，式中， 进水中微生物残留物的浓度。进水中微生物残留物的浓度。 括号中第一项是进水微生物残留物浓度，第二项是进水微生物括号中第一项是进水微生物残留物浓度，第二项是进水微生物衰亡所产生的残留物，最后一项是反应器中的微生物在生长和衰衰亡所产生的残留物，最后一项是反应器中的微生物在生长和衰亡过程所产生的残留物。亡过程所产生的残留物。（6.536.53） MLSSMLSS的浓度等于活性微生物与残留物之和：的浓度等于活性微生物与残留物之和：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 括号中第一项是进水微生物残留物，第二项是进水微生物的贡括号中第一项是进水微生物残留物，第二项是进水微生物的贡献，第三项是微生物利用基质生长的贡献。献，第三项是微生物利用基质生长的贡献。（6.546.54） CSTR CSTR反应器进水含有微生物的一个最大作用是可以降低反应器进水含有微生物的一个最大作用是可以降低S SSminSmin，即处理能够达到的最小基质浓度。即处理能够达到的最小基质浓度。 在在6.1.36.1.3节，通过使节，通过使SRTSRT无限增加，而使无限增加，而使 接近零，从而计算出接近零，从而计算出S SSminSmin。如果假设。如果假设S SSminSmin与与S SS0S0相比可以忽略，那么：相比可以忽略，那么：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 比较方程比较方程6.556.55和方程和方程6.146.14可以明显地看出，当进水有微生物时，可以明显地看出，当进水有微生物时，S SSminSmin将变小。将变小。（6.556.55） 如果用如果用 代表进水含有微生物时代表进水含有微生物时S SSminSmin与没有微生物时的与没有微生物时的S SSminSmin之之比，即：比，即：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物由于由于 通常远远小于，可以从方程中去掉，即：通常远远小于，可以从方程中去掉，即： （6.566.56） （6.576.57） 从方程从方程6.566.56和方程和方程6.576.57可以看出，可以看出，S SSminSmin减少的程度取决于进水微减少的程度取决于进水微生物浓度与基质浓度的相对比值。这表明，当生物浓度与基质浓度的相对比值。这表明，当CSTRCSTR反应器无法达反应器无法达到要求的到要求的S SSminSmin时，可通过向进水流投加活性微生物来实现。时，可通过向进水流投加活性微生物来实现。 进水含有微生物的另一个作用是可以防止进水含有微生物的另一个作用是可以防止CSTRCSTR反应器中微生物反应器中微生物流失。在这种情况下，最小固体停留时间就与反应器进水中没有微流失。在这种情况下，最小固体停留时间就与反应器进水中没有微生物时的定义不同。但是，基质在非常短的生物时的定义不同。但是，基质在非常短的SRTSRT下的去除程度取决下的去除程度取决于进水中的微生物浓度，具体见方程于进水中的微生物浓度，具体见方程6.526.52。 如果确定了如果确定了SRTSRT，即：，即：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物（6.586.58） 因此，进水流中微生物浓度越高，基质去除率越大，即使因此，进水流中微生物浓度越高，基质去除率越大，即使SRTSRT非非常小。方程常小。方程6.526.52和方程和方程6.576.57可用来衡量有目的投加微生物对处理效可用来衡量有目的投加微生物对处理效果可能产生的影响。果可能产生的影响。 在这种情况下，在这种情况下，6.526.52式写为：式写为：（6.596.59） 或或（6.606.60） 进水流中微生物会影响进水流中微生物会影响CSTRCSTR中悬浮固体的活性比例。根据活性中悬浮固体的活性比例。根据活性比例的定义得：比例的定义得：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物比较方程比较方程6.266.26和方程和方程6.476.47，可以发现：，可以发现：1 1、如果进水微生物都是活性的，即、如果进水微生物都是活性的，即 为零，那么活性比例系数与反为零，那么活性比例系数与反应器没有接受任何固体进入时的相同，即方程应器没有接受任何固体进入时的相同，即方程6.616.61还原为方程还原为方程6.266.26； 2 2、如果进水微生物都是残留物而没活性，方程、如果进水微生物都是残留物而没活性，方程6.616.61还原为方程还原为方程6.476.47。3 3、如果进水中既有活性微生物又有残留物，即最接近实际的情况，、如果进水中既有活性微生物又有残留物，即最接近实际的情况，反应器中活性比例取决于进水流中微生物活性比例，但数值不同。反应器中活性比例取决于进水流中微生物活性比例，但数值不同。 进水微生物对活性比例的影响是采用工艺负荷因子作为反应器设进水微生物对活性比例的影响是采用工艺负荷因子作为反应器设计参数的一个缺点。当存在惰性固体时，计参数的一个缺点。当存在惰性固体时，SRTSRT更容易与微生物比增长更容易与微生物比增长速率相关联，因而与处理性能相关联。速率相关联，因而与处理性能相关联。（6.616.61） 进水含有微生物会导致反应器中需要处置的固体的增加。进水含有微生物会导致反应器中需要处置的固体的增加。MLSSMLSS排放量的基本定义是废液排放流量排放量的基本定义是废液排放流量F FWW与与MLSSMLSS浓度的乘积。用方程浓度的乘积。用方程6.546.54表示表示X XMM，并结合，并结合SRTSRT和和HRTHRT的定义，得：的定义，得：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 微生物活性不影响进入反应器的细胞残留物，所以它的排放量等于微生物活性不影响进入反应器的细胞残留物，所以它的排放量等于进入流量。活性微生物在进入反应器发生衰减，所以其排出量小于进进入流量。活性微生物在进入反应器发生衰减，所以其排出量小于进入量，其含量可用方程入量，其含量可用方程6.626.62括号中第二项表示。新的微生物是利用基括号中第二项表示。新的微生物是利用基质进行生长而产生的，它也必须排出生物反应器，这一项可用括号中质进行生长而产生的，它也必须排出生物反应器，这一项可用括号中的最后一项表示。的最后一项表示。 从方程从方程6.626.62中的最后一项可看出，反应器进水含有微生物时生成的中的最后一项可看出，反应器进水含有微生物时生成的新的微生物量表达式与进水不含微生物时相同。所以进水中的微生物新的微生物量表达式与进水不含微生物时相同。所以进水中的微生物对实际产率没有影响。对实际产率没有影响。（6.626.62） 对于进水中既有溶解性基质又有微生物的对于进水中既有溶解性基质又有微生物的CSTRCSTR，其需氧量方程，其需氧量方程与方程与方程6.326.32相同，因为该方程是从反应总速率方程相同，因为该方程是从反应总速率方程6.96.9推导得来，推导得来，与进水性质无关。进水性质可以采用合适的方程代入与进水性质无关。进水性质可以采用合适的方程代入 和和而包括进来。用方程而包括进来。用方程6.506.50和方程和方程6.516.51分别代入这两个参数项，得到：分别代入这两个参数项，得到：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 括号中第一项是与进水微生物相关的氧需要量，第二项是与括号中第一项是与进水微生物相关的氧需要量，第二项是与溶解性基质去除相关的氧需要量。溶解性基质去除相关的氧需要量。（6.636.63） 通常，反应器排出的固体废物会进入一个通常，反应器排出的固体废物会进入一个CSTRCSTR反应器，使剩余反应器，使剩余生物量达到稳定化再进行最终处置。此时，生物量达到稳定化再进行最终处置。此时，CSTRCSTR反应器进水中的反应器进水中的MLSSMLSS浓度非常高，而溶解性基质浓度非常低。在这种情况下，不浓度非常高，而溶解性基质浓度非常低。在这种情况下，不再考虑出水溶解性基质的浓度。方程再考虑出水溶解性基质的浓度。方程6.516.51、方程、方程6.536.53、方程、方程6.546.54、方、方程程6.626.62和方程和方程6.636.63等可简化为：等可简化为：第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物（6.646.64） （6.656.65） 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.3 6.2.3 进水微生物进水微生物 关于活性微生物的方程关于活性微生物的方程6.616.61没有变。没有变。 式中，式中，FF进入反应器的流量。进入反应器的流量。 注意：在这种条件下的流量通常来自于另一个反应器，例如注意：在这种条件下的流量通常来自于另一个反应器，例如固体废液流。而且，进流中只含有微生物的反应器一般没有分固体废液流。而且，进流中只含有微生物的反应器一般没有分离器，全部出流都进入固体脱水装置。在这种情况下，离器，全部出流都进入固体脱水装置。在这种情况下，SRTSRT和和HRTHRT相等，可使方程相等，可使方程6.646.64方程方程6.686.68得到进一步简化。得到进一步简化。（6.666.66） （6.676.67） （6.686.68） 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.2.4 6.2.4 进水颗粒态可生物降解有机物质进水颗粒态可生物降解有机物质 除了一些工业废水，大多数废水都含有有机颗粒物质，其中除了一些工业废水，大多数废水都含有有机颗粒物质，其中许多是可生物降解的。即使经过沉淀池后，水流中仍然存在许许多是可生物降解的。即使经过沉淀池后，水流中仍然存在许多有机颗粒物质。因此，需要在建立模型过程中考虑这些可生多有机颗粒物质。因此，需要在建立模型过程中考虑这些可生物降解的颗粒有机物质，以便准确地反映废水生物处理过程。物降解的颗粒有机物质，以便准确地反映废水生物处理过程。有机颗粒物质需要通过水解反应才能被微生物吸收利用。模有机颗粒物质需要通过水解反应才能被微生物吸收利用。模型中应该包含专门的一个反应项代表颗粒状基质转化为溶解性型中应该包含专门的一个反应项代表颗粒状基质转化为溶解性基质的过程。但是，加入水解反应这一项会使模型复杂化，可基质的过程。但是，加入水解反应这一项会使模型复杂化，可能难以获得显性方程。因此，能难以获得显性方程。因此，6.16.1节的基本模型没有这一项，不节的基本模型没有这一项，不能用于含有颗粒状的可生物降解有机物的反应过程。能用于含有颗粒状的可生物降解有机物的反应过程。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 生物量回流和排出方式生物量回流和排出方式 关于分离器的特性：关于分离器的特性： 在实验室小型规模研究中，与图在实验室小型规模研究中，与图6.16.1非常类似的反应器得到应用。非常类似的反应器得到应用。 一种设计方案是，生物量所在的反应容器中有多孔墙，能够排出一种设计方案是，生物量所在的反应容器中有多孔墙，能够排出清水流而将微生物截流在里面，废液流直接从反应器中排出。清水流而将微生物截流在里面，废液流直接从反应器中排出。 另一种设计方案是采用切线方向流的膜过滤器作为分离器，大量另一种设计方案是采用切线方向流的膜过滤器作为分离器，大量的循环水流从反应器中流出，经过滤膜，返回反应器，少量通过过的循环水流从反应器中流出，经过滤膜，返回反应器，少量通过过滤后被分离出来作为出水。同样，剩余生物废液也是直接从反应器滤后被分离出来作为出水。同样，剩余生物废液也是直接从反应器排出。排出。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 生物量回流和排出方式生物量回流和排出方式 几乎所有生产规模的生物反应器系统都采用沉淀来分离剩余生物几乎所有生产规模的生物反应器系统都采用沉淀来分离剩余生物量，因此许多实验规模生物处理反应器也采用这种方法。内置式上量，因此许多实验规模生物处理反应器也采用这种方法。内置式上向流澄清池，利用反应器中一个静止的区域使水流从底部进入，通向流澄清池，利用反应器中一个静止的区域使水流从底部进入，通过设计，可以使上向流速度小于生物絮凝的沉淀速度，排除得到澄过设计，可以使上向流速度小于生物絮凝的沉淀速度，排除得到澄清的出水，而生物仍然留在反应器内，废液直接从生物处理反应器清的出水，而生物仍然留在反应器内，废液直接从生物处理反应器中排出。中排出。 实际中最经常采用的是外置式澄清池，一部分得到浓缩的固体回实际中最经常采用的是外置式澄清池，一部分得到浓缩的固体回流进入反应器，称为固体（或生物量）循环。两个类似系统：流进入反应器，称为固体（或生物量）循环。两个类似系统： GarrettGarrett工艺工艺，该系统显著的特点是废液直接从生物处理反应器中，该系统显著的特点是废液直接从生物处理反应器中排出。排出。 传统工艺传统工艺，在实际中应用得比较多，其明显特点在于剩余生物量，在实际中应用得比较多，其明显特点在于剩余生物量从浓缩过的固体循环流中排出。从浓缩过的固体循环流中排出。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 Garrett6.3 Garrett工艺工艺 Garrett Garrett工艺的主要特点是适用于体积被固定的工艺的主要特点是适用于体积被固定的CSTRCSTR反应器，反应器，其其SRTSRT只能由固体废物排出速率只能由固体废物排出速率F FWW控制，生物处理反应器的运行控制，生物处理反应器的运行性能与固体循环流量性能与固体循环流量FrFr无关。这意味着循环回流的流量可用来优无关。这意味着循环回流的流量可用来优化控制沉淀过程的运行，从而保证所有的生物量都能返回生物处化控制沉淀过程的运行，从而保证所有的生物量都能返回生物处理反应器。理反应器。图图图图2 2（a a） 有生物量沉淀回流的有生物量沉淀回流的有生物量沉淀回流的有生物量沉淀回流的CSTRCSTR示意图示意图示意图示意图 Garrett Garrett系统，剩余系统，剩余系统，剩余系统，剩余生物量直接从反应器排出生物量直接从反应器排出生物量直接从反应器排出生物量直接从反应器排出 F FWW、S SS S、X XB B，H H、X XD DF F、S SS0S0F-FF-FWW、S SS SF-F-F FWW+F +F V V、S SS S 、X XB B，HH、X XDDFr=F Fr=F 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 Garrett6.3 Garrett工艺工艺 生物处理反应器是完全混合式的，所以反应器出流组分浓度与生物处理反应器是完全混合式的，所以反应器出流组分浓度与进入沉淀池水流浓度相同。如果沉淀池运行得合理，其固体悬浮进入沉淀池水流浓度相同。如果沉淀池运行得合理，其固体悬浮层可以比较小，则沉淀池中停留的生物量小于生物处理反应器中层可以比较小，则沉淀池中停留的生物量小于生物处理反应器中的生物量。作用：的生物量。作用： 1 1、沉淀池中发生的反应非常少，因此回流水流中溶解性物质、沉淀池中发生的反应非常少，因此回流水流中溶解性物质浓度与生物反应器中相同，回流水流中的溶解性组分对系统运行浓度与生物反应器中相同，回流水流中的溶解性组分对系统运行没有影响。而且，由于沉淀池是理想式的，那么所有生物量都回没有影响。而且，由于沉淀池是理想式的，那么所有生物量都回流进入反应器，回流系统也不会影响反应器生物量。流进入反应器，回流系统也不会影响反应器生物量。 2 2、SRTSRT仍然由方程仍然由方程6.16.1表示，而且废液流中微生物的浓度与生表示，而且废液流中微生物的浓度与生物处理反应器中的浓度相同，所以方程物处理反应器中的浓度相同，所以方程6.26.2仍然适用。这就意味仍然适用。这就意味着，着，GarrettGarrett工艺符合工艺符合6.16.1节和节和6.26.2节中的理想情形，其中的方程可节中的理想情形，其中的方程可以直接使用。因为回流的流量并不出现在方程中，以直接使用。因为回流的流量并不出现在方程中，SRTSRT不受回流不受回流流量的影响，所以不会影响生物处理反应器的运行性能。流量的影响，所以不会影响生物处理反应器的运行性能。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 传统工艺传统工艺 由于循环水流中（包括污泥出流）的固体浓度高于生物处理反由于循环水流中（包括污泥出流）的固体浓度高于生物处理反应器中的浓度，所以方程应器中的浓度，所以方程6.26.2不再适用，但方程不再适用，但方程6.16.1仍然有效。而仍然有效。而且，方程且，方程6.16.1中固体浓度是回流流量的函数。因此，了解传统工中固体浓度是回流流量的函数。因此，了解传统工艺中回流对生物处理反应器影响的关键在于理解回流流量对回流艺中回流对生物处理反应器影响的关键在于理解回流流量对回流固体浓度的影响。固体浓度的影响。图图2（b） 有生物量沉淀回流的有生物量沉淀回流的CSTR示意图示意图传统工艺，剩余生物量直接从回流中排出传统工艺，剩余生物量直接从回流中排出F FWW、S SS S、X XB B，H H、X XD DF F、S SS0S0F-FF-FWW、S SS SF+F F+F V V、S SS S 、X XB B，HH、X XDDFr=F Fr=F 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 传统工艺传统工艺 废液中任何一种组分的浓度与固体回流水流中的浓度相等。回废液中任何一种组分的浓度与固体回流水流中的浓度相等。回流水流中活性微生物与流水流中活性微生物与MLSSMLSS浓度的比例与反应器中的比值相同。浓度的比例与反应器中的比值相同。因此，可列出因此，可列出MLSSMLSS经过沉淀池系统的质量平衡方程，确定经过沉淀池系统的质量平衡方程，确定X/XX/XWW，代入方程，代入方程6.16.1，从而可以根据回流流量确定，从而可以根据回流流量确定SRTSRT。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 传统工艺传统工艺 假设沉淀池是理想式的，其中不发生反应，稳态条件下的质量假设沉淀池是理想式的，其中不发生反应，稳态条件下的质量平衡方程表明，进入沉淀池的平衡方程表明，进入沉淀池的MLSSMLSS等于离开时的含量，即：等于离开时的含量，即：（6.696.69） 式中，式中，回流回流MLSSMLSS的的浓浓度度 剩余生物污泥浓度剩余生物污泥浓度X XMWMW等于等于 ，将方程，将方程6.696.69代入方程代入方程6.16.1，得到：，得到：（6.706.70） 这说明，传统工艺系统的这说明，传统工艺系统的SRTSRT除了与剩余污泥流量和反应器体除了与剩余污泥流量和反应器体积有关外，还取决于进水流量和回流流量。积有关外，还取决于进水流量和回流流量。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.3 6.3 传统工艺传统工艺 （6.716.71） 这个方程表明，这个方程表明，1 1、一旦回流流量发生变化，剩余污泥流量需要做相应调整以维、一旦回流流量发生变化，剩余污泥流量需要做相应调整以维持持SRTSRT恒定。相反，如果采用恒定。相反，如果采用GarrettGarrett工艺，则不需要调整剩余污工艺，则不需要调整剩余污泥流量。泥流量。2 2、一旦进水发生变化，则传统工艺的剩余污泥流量必须随之进、一旦进水发生变化，则传统工艺的剩余污泥流量必须随之进行调整。而行调整。而GarrettGarrett工艺则不需要这样做。工艺则不需要这样做。 一旦认识到回流流量对一旦认识到回流流量对SRTSRT的影响，那么从的影响，那么从6.16.1节到节到6.26.2节所有节所有根据根据SRTSRT参数推导的系统方程均可使用，因为回流流量在参数推导的系统方程均可使用，因为回流流量在SRTSRT固固定时对方程没有直接影响。它通过影响定时对方程没有直接影响。它通过影响SRTSRT而发挥间接影响。而发挥间接影响。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4 6.4 模型预测模型预测CSTRCSTR运行性能运行性能 本章模型的主要作用本章模型的主要作用: : 帮助我们理解帮助我们理解CSTRCSTR在不同条件下的运行状况在不同条件下的运行状况, ,即即: : SRTSRT、进水中投加惰性固体和微生物、高温和低温两种、进水中投加惰性固体和微生物、高温和低温两种条件下的动力学参数和化学计量系数对生物处理反应器运条件下的动力学参数和化学计量系数对生物处理反应器运行性能的影响。行性能的影响。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响符号单位数值h-10.50KSmgCOD/L50YHmg微生物COD/ mg去除COD0.60bHh-10.0075fDmg 残留物COD/ mg微生物COD0.20FL/h1.00SS0mgCOD/L500XI0mgCOD/L0aXB,H0mgCOD/L0a注：a.除非特别规定。表表表表6.2 6.2 6.2 6.2 动力学参数、化学计量系数和系统变量动力学参数、化学计量系数和系统变量动力学参数、化学计量系数和系统变量动力学参数、化学计量系数和系统变量 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响图图图图6.3 SRT6.3 SRT6.3 SRT6.3 SRT对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质CSTRCSTRCSTRCSTR内基质浓度的影响内基质浓度的影响内基质浓度的影响内基质浓度的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.26.26.2） SRT/hSRT/h基质浓度基质浓度基质浓度基质浓度/(mg/L)/(mg/L) 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 图图6.36.3表明表明SRTSRT对溶解性基质浓度的影响。对溶解性基质浓度的影响。 对表对表6.26.2中的参数值来说，中的参数值来说，SRTSRT最小值为最小值为2.24h2.24h，此时出水基质浓，此时出水基质浓度等于进水基质浓度。这个数值称为生物处理反应器的流失点。度等于进水基质浓度。这个数值称为生物处理反应器的流失点。 随着随着SRTSRT增加，即使增加，即使SRTSRT比较低，微生物开始生长，基质得到比较低，微生物开始生长，基质得到相应的去除。例如，当相应的去除。例如，当SRTSRT稍大于稍大于4h4h，就能够使基质浓度从，就能够使基质浓度从500mg/L500mg/L降至降至50mg/L50mg/L（以（以CODCOD计）。这说明生物处理反应器的一计）。这说明生物处理反应器的一个重要特点：能够在非常短的个重要特点：能够在非常短的SRTSRT内去除大量的溶解性基质。内去除大量的溶解性基质。 但是，随着但是，随着SRTSRT逐渐增加，基质去除率的增加却急剧下降，虽逐渐增加，基质去除率的增加却急剧下降，虽然这时反应器的稳定性增加了。从图然这时反应器的稳定性增加了。从图6.36.3中可以发现，趋向最小基中可以发现，趋向最小基质浓度（质浓度（S SSminSmin）0.76mgCOD/L0.76mgCOD/L是一个非常缓慢的过程。当用是一个非常缓慢的过程。当用CODCOD或或BODBOD表示实际处理出水基质浓度时，表示实际处理出水基质浓度时，SRTSRT在超过一定数值时所在超过一定数值时所产生的影响就非常小了。产生的影响就非常小了。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响图图图图6.46.4SRTSRT对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质对进水只含溶解性基质CSTRCSTR实际产率和总生物量的影响实际产率和总生物量的影响实际产率和总生物量的影响实际产率和总生物量的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.2） 实际产率实际产率实际产率实际产率SRT/hSRT/h实际实际实际实际产率产率产率产率生物量生物量生物量生物量生物量生物量生物量生物量/g/g 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 图图6.4 6.4 虚线代表了虚线代表了SRTSRT对对CSTRCSTR总生物量的影响。它表示出了总生物量的影响。它表示出了SRTSRT增加时微生物量或浓度在容积为增加时微生物量或浓度在容积为V V反应器中增加的过程。正是这些反应器中增加的过程。正是这些随随SRTSRT增加而增加的微生物使得更多的基质得到去除，即使增加而增加的微生物使得更多的基质得到去除，即使HRTHRT保保持不变；在同样的反应时间内，微生物越多，去除率越高。去除一持不变；在同样的反应时间内，微生物越多，去除率越高。去除一定量的基质所需要的微生物量也是一定的，只是其浓度随反应器容定量的基质所需要的微生物量也是一定的，只是其浓度随反应器容积不同而不同。积不同而不同。 图图6.46.4中实线表示，当中实线表示，当SRTSRT增加时，实际产率下降。因为：增加时，实际产率下降。因为：SRTSRT增增加时，微生物的衰减会变得越来越重要。只要当加时，微生物的衰减会变得越来越重要。只要当SRTSRT非常短和微生非常短和微生物生长非常迅速时，绝大部分基质才可能被微生物用以生长，使得物生长非常迅速时，绝大部分基质才可能被微生物用以生长，使得实际产率接近于真实产率。其他情况下，相当大一部分能量被用于实际产率接近于真实产率。其他情况下，相当大一部分能量被用于生物维持反应和衰减相关的过程，从而导致实际产率降低。生物维持反应和衰减相关的过程，从而导致实际产率降低。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响图图图图6.56.5SRTSRT对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质CSTRCSTR中活性微生物所占比例的影响中活性微生物所占比例的影响中活性微生物所占比例的影响中活性微生物所占比例的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.2）SRT/hSRT/h活性比例活性比例活性比例活性比例 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 图图6.56.5表表明明当当SRTSRT增增加加时时，微微生生物物衰衰减减会会使使残残留留物物累累积积，从从而而使微生物活性比例降低。使微生物活性比例降低。 在在SRTSRT比比较较小小时时，比比增增长长速速率率比比较较高高，微微生生物物衰衰减减影影响响相相对对比比较较小小，活活性性比比例例非非常常大大。随随着着SRTSRT增增加加，反反应应器器中中细细胞胞残残留留物物数数量量开开始始增增多多，微微生生物物活活性性比比例例降降低低。当当SRTSRT变变得得非非常常大大时时，可可能能只只有有非非常常小小一一部部分分微微生生物物呈呈活活性性用用来来去去除除基基质质。尽尽管管如如此此，随随着着SRTSRT增增加加，活活性性微微生生物物的的总总数数量量也也在在增增加加。因因此此，增增加加SRTSRT一一般般来来说说还还是是值值得得的的，虽虽然然最最终终会会达达到到一一个个抵抵消消点点。另另外外，当当SRTSRT增加时，逐渐累积的细胞残留物可能有助于提高污泥沉淀性能。增加时，逐渐累积的细胞残留物可能有助于提高污泥沉淀性能。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响图图图图6.66.66.66.6SRTSRTSRTSRT对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质对进水含溶解性基质CSTRCSTRCSTRCSTR中微生物排出速率需氧量的影响中微生物排出速率需氧量的影响中微生物排出速率需氧量的影响中微生物排出速率需氧量的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.26.26.2） SRT/hSRT/hRORO或或或或WWT T/(mg/h)/(mg/h)剩余污泥剩余污泥（WWT T）需氧量需氧量RORO 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 图图6.66.6表明，提高表明，提高SRTSRT的一个优点是，需要处置的剩余生物量的一个优点是，需要处置的剩余生物量减少。减少。 当当SRTSRT较小时，虽然较小时，虽然Y Yobsobs值非常大，但基质的去除并不完全，值非常大，但基质的去除并不完全，几乎没有剩余生物量生成。随着几乎没有剩余生物量生成。随着SRTSRT不断增加，并超过最小值不断增加，并超过最小值时，由于微生物迅速生长和基质去除增加，剩余生物量越来越时，由于微生物迅速生长和基质去除增加，剩余生物量越来越多，这时多，这时Y Yobsobs值仍然比较大。当值仍然比较大。当SRTSRT再进一步增加，出水基质浓再进一步增加，出水基质浓度与进水相比变得非常小，（度与进水相比变得非常小，（S SS0S0SSS S）项基本上可以视作常数。）项基本上可以视作常数。对于本图表对应的参数，这种参数出现在对于本图表对应的参数，这种参数出现在SRTSRT达到达到10h10h。当。当SRTSRT超过这一数值并继续增加时，微生物的衰减开始占主导作用，超过这一数值并继续增加时，微生物的衰减开始占主导作用，从而引起从而引起Y Yobsobs值下降，微生物的净产率降低，图中剩余生物量值下降，微生物的净产率降低，图中剩余生物量曲线下降。曲线下降。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 所有这些过程决定了耗氧曲线的形状。所有这些过程决定了耗氧曲线的形状。 在在SRTSRT非常短时，基质的去除不完全，微生物的衰减可以忽略，非常短时，基质的去除不完全，微生物的衰减可以忽略，所以进水基质中的大部分可迁移电子不是与出水基质相关就是与微所以进水基质中的大部分可迁移电子不是与出水基质相关就是与微生物的产生相关。因此，氧的需要量相对比较低。随着生物的产生相关。因此，氧的需要量相对比较低。随着SRTSRT逐渐增逐渐增至基质几乎完全去除（至基质几乎完全去除（SRT10hSRT10h），而微生物衰减还没有起主导作），而微生物衰减还没有起主导作用，所有的氧都用于基质去除和微生物生长，也就是说，能量用于用，所有的氧都用于基质去除和微生物生长，也就是说，能量用于合成。当合成。当SRTSRT继续延长，微生物衰减开始增多，继续延长，微生物衰减开始增多，SRTSRT超过超过10h10h所增加所增加的几乎所有需氧量都是和衰减相关的。即，在的几乎所有需氧量都是和衰减相关的。即，在SRTSRT比较长时，剩余比较长时，剩余生物量的减少是以耗氧量的增加为代价的。生物量的减少是以耗氧量的增加为代价的。 这意味着这意味着SRTSRT的选择由供氧和剩余污泥处置的相对成本所决定。的选择由供氧和剩余污泥处置的相对成本所决定。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.1 SRT6.4.1 SRT的影响的影响 虽虽然然图图6.36.3图图6.66.6是是按按照照典典型型的的异异养养菌菌好好氧氧生生长长参参数数绘绘制制的的，但但是是，这这些些曲曲线线的的形形状状对对于于微微生生物物生生长长具具有有普普遍遍性性，包包括括自自养养菌菌好好氧氧生生长长及及异异养养菌菌厌厌氧氧生生长长，只只是是需需要要改改变变其其中中的的电电子子受受体体和和供供体体，并并调调整整相应的参数值。相应的参数值。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图图图6.76.76.76.7只含溶解性基质只含溶解性基质只含溶解性基质只含溶解性基质CSTRCSTRCSTRCSTR的进水中投加的进水中投加的进水中投加的进水中投加100mg/L100mg/L100mg/L100mg/L惰性有机固体对活性比例的影响惰性有机固体对活性比例的影响惰性有机固体对活性比例的影响惰性有机固体对活性比例的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.26.26.2）SRT/hSRT/h活性比例活性比例活性比例活性比例X XI0I0=0=0X XI0I0=100mg/L=100mg/L 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图6.76.7表明，表明，CSTRCSTR进水流中的惰性固体会降低进水流中的惰性固体会降低MLSSMLSS活性比例。活性比例。 该该图图中中的的实实线线与与图图6.56.5相相同同，而而虚虚线线表表示示在在进进水水流流中中加加入入了了100mg/L100mg/L惰性固体后的情况。比较这两条曲线可以发现，惰性固体后的情况。比较这两条曲线可以发现， 只只有有在在进进水水流流中中加加入入惰惰性性固固体体才才能能使使活活性性比比例例降降低低至至小小于于50%50%，尤尤其其是是当当SRTSRT比比较较长长时时。因因此此，必必须须采采用用比比较较大大的的沉沉淀淀池池和和泵泵来来回回流流这这些些丝丝毫毫不不起起作作用用的的固固体体。所所以以，比比较较经经济济的的方方法法通通常常是是在在生生物处理反应器之前就设法降低这些惰性固体的浓度。物处理反应器之前就设法降低这些惰性固体的浓度。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图图图6.86.86.86.8只含溶解性基质只含溶解性基质只含溶解性基质只含溶解性基质CSTRCSTRCSTRCSTR进水中投加进水中投加进水中投加进水中投加50mg/L50mg/L50mg/L50mg/L微生物的影响微生物的影响微生物的影响微生物的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.26.26.26.2）基质浓度基质浓度基质浓度基质浓度/(mg/L)/(mg/L)SRT/hSRT/hX XB,H0B,H0=0=0X XB,H0B,H0=50mg/L=50mg/L 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 正如正如6.2.36.2.3节所述，进水中投加微生物可以防止流失，使基质在节所述，进水中投加微生物可以防止流失，使基质在一定的一定的SRTSRT下，可以降低至所能够达到的最小值以下。下，可以降低至所能够达到的最小值以下。 图图6.86.8表示，进水含有表示，进水含有50mgCOD/L50mgCOD/L微生物对溶解性基质所产生微生物对溶解性基质所产生的影响。最显著的影响是在的影响。最显著的影响是在SRTSRT接近其最小值，此时并不像反应接近其最小值，此时并不像反应器进水没有微生物时那样在流失点存在不连续性，进水含有微生器进水没有微生物时那样在流失点存在不连续性，进水含有微生物的反应器中的浓度随着物的反应器中的浓度随着SRTSRT越来越小而慢慢接近其进水流中的越来越小而慢慢接近其进水流中的浓度。进水中微生物浓度越高，在比较短的浓度。进水中微生物浓度越高，在比较短的SRTSRT内就可以去除更内就可以去除更多的基质。多的基质。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图6.86.8表明的表明的“ “该发生流失时而没有发生流失现象该发生流失时而没有发生流失现象” ”这一点在这一点在实验室研究尤其重要，因为研究人员需要在流失点实验室研究尤其重要，因为研究人员需要在流失点SRTSRT测定测定 。如果进水管被污染，使进水流中掺进微生物，就可能影响反应器如果进水管被污染，使进水流中掺进微生物，就可能影响反应器的预期响应并使测定产生误差。的预期响应并使测定产生误差。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图图图6.9 6.9 6.9 6.9 进水微生物与基质的相对比例对进水微生物与基质的相对比例对进水微生物与基质的相对比例对进水微生物与基质的相对比例对CSTRCSTRCSTRCSTR最小基质浓度的影响最小基质浓度的影响最小基质浓度的影响最小基质浓度的影响（S S S SSminSminSminSmin是相对于进水没有微生物时的最小基质浓度的比例）是相对于进水没有微生物时的最小基质浓度的比例）是相对于进水没有微生物时的最小基质浓度的比例）是相对于进水没有微生物时的最小基质浓度的比例）进水没有生物量时进水没有生物量时进水没有生物量时进水没有生物量时S SSminSmin比例比例比例比例X X B B，H0H0/ /（Y YHHS SS0S0） 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 进水微生物的另一个作用是降低进水微生物的另一个作用是降低S SSminSmin，基质浓度降低的程度取，基质浓度降低的程度取决于进水微生物浓度与进水基质浓度的相对比例，如图决于进水微生物浓度与进水基质浓度的相对比例，如图6.96.9所示。所示。对于表对于表6.26.2所列出的参数值，当进水中没有微生物时，所列出的参数值，当进水中没有微生物时，S SSminSmin为为0.76mgCOD /L0.76mgCOD /L；而当进水有微生物时，该数值会得到明显地降低。；而当进水有微生物时，该数值会得到明显地降低。这一事实对于工程师设法使某种污染物出水浓度降低至非常低的这一事实对于工程师设法使某种污染物出水浓度降低至非常低的水平时是非常有用的。例如：水平时是非常有用的。例如： 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 虽然工业废水处理系统通常接受来自几种生产区域的废水，但虽然工业废水处理系统通常接受来自几种生产区域的废水，但是其中一种可能是含有目标污染物的主要废水。如果这种废水能是其中一种可能是含有目标污染物的主要废水。如果这种废水能够在进入主要反应器之前，先进入一个比较小的无生物回流的反够在进入主要反应器之前，先进入一个比较小的无生物回流的反应器进行预处理，那么会产生两个作用：应器进行预处理，那么会产生两个作用： 1 1、提供可降解目标污染物的微生物来源；、提供可降解目标污染物的微生物来源； 2 2、降低主要反应器进水中目标污染物的浓度。、降低主要反应器进水中目标污染物的浓度。 这两个作用相结合可以使进水微生物与目标污染物的相对比例这两个作用相结合可以使进水微生物与目标污染物的相对比例增大，使得主要生物处理反应器达到其它条件所达不到的更低的增大，使得主要生物处理反应器达到其它条件所达不到的更低的出水基质浓度。出水基质浓度。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 图图图图6.10 SRT6.10 SRT6.10 SRT6.10 SRT对对对对CSTRCSTRCSTRCSTR的影响的影响的影响的影响 （反应器进水为（反应器进水为（反应器进水为（反应器进水为1.0L/h1.0L/h1.0L/h1.0L/h，微生物浓度为，微生物浓度为，微生物浓度为，微生物浓度为3100mgCOD/L3100mgCOD/L3100mgCOD/L3100mgCOD/L，活性比例为，活性比例为，活性比例为，活性比例为0.760.760.760.76， , , , ,动力学参数和化学计量系数见表动力学参数和化学计量系数见表动力学参数和化学计量系数见表动力学参数和化学计量系数见表6.26.26.26.2）SRT/hSRT/h氧需要量氧需要量氧需要量氧需要量/(mg/L)/(mg/L)生物量生物量生物量生物量/(mg/L)/(mg/L)总生物量总生物量残留物残留物活性生物量活性生物量（a a）（b b） 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 对于表对于表6.26.2所列出的那种特征的废水，一个所列出的那种特征的废水，一个CSTRCSTR在在SRTSRT为为200h200h和和HRTHRT为为10h10h时，总微生物浓度为时，总微生物浓度为3100mg/L3100mg/L，活性比例为，活性比例为0.760.76，如，如果这些微生物被输送至另一个果这些微生物被输送至另一个SRTSRT与与HRTHRT之比固定为之比固定为1010的的CSTRCSTR中处中处理废水，那么剩余微生物的命运将是什么样的？理废水，那么剩余微生物的命运将是什么样的？ SRT SRT随着随着HRTHRT成比例地增长，由于溶解性基质的浓度在剩余生成比例地增长，由于溶解性基质的浓度在剩余生物量排放流中可以被忽略，方程物量排放流中可以被忽略，方程6.64-6.64-方程方程6.686.68就可以用来描就可以用来描述述CSTRCSTR处理剩余生物量的运行过程，具体结果见图处理剩余生物量的运行过程，具体结果见图6.106.10。从图中。从图中可以看出，可以看出， 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.2 6.4.2 进水颗粒态物质的影响进水颗粒态物质的影响 由于残留物在反应器中累积，所以当由于残留物在反应器中累积，所以当SRTSRT增加时，总微生物增加时，总微生物浓度并不会变为零，但会趋向一个最低限，这时微生物数量就非浓度并不会变为零，但会趋向一个最低限，这时微生物数量就非常小。当常小。当SRTSRT进一步增加时，会出现一个抵消点，因为起初活性进一步增加时，会出现一个抵消点，因为起初活性微生物量下降速度特别快，而随着微生物量下降速度特别快，而随着SRTSRT增加，它下降的速度就减增加，它下降的速度就减缓了。缓了。 应该记住，被采用的模型都假定细胞残留物完全是惰性的，应该记住，被采用的模型都假定细胞残留物完全是惰性的，而当时间足够长时，它也会发生一些分解。所以，稳定化了的微而当时间足够长时，它也会发生一些分解。所以，稳定化了的微生物残留物浓度将会小于模型所预测的。生物残留物浓度将会小于模型所预测的。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 SRT SRT是设计和运行是设计和运行CSTRCSTR的主要控制参数，但是，它并不是影的主要控制参数，但是，它并不是影响生物处理反应器性能的唯一因素。响生物处理反应器性能的唯一因素。 从从CSTRCSTR性能相关的方程来看，每一个动力学和化学计量系数性能相关的方程来看，每一个动力学和化学计量系数都会有影响。都会有影响。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 和和K KS S主要影响基质浓度。在给定的基质浓度下，主要影响基质浓度。在给定的基质浓度下， 比较比较大和大和K KS S比较小时，微生物生长比较迅速，从而对任何一个比较小时，微生物生长比较迅速，从而对任何一个SRTSRT都都可以使反应器内基质浓度比较低。可以使反应器内基质浓度比较低。 Monod Monod参数也会强烈地影响参数也会强烈地影响SRTSRT最小值，最小值， 比较大和比较大和K KS S比较比较小的微生物能够在比较短的小的微生物能够在比较短的SRTSRT期间于反应器内生长。在期间于反应器内生长。在SRTSRT比较比较短时，短时，MonodMonod参数对基质浓度影响最大，同样对微生物浓度影响参数对基质浓度影响最大，同样对微生物浓度影响也最大；但是，当也最大；但是，当SRTSRT变长时，它几乎不再产生影响。变长时，它几乎不再产生影响。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 与与MonodMonod参数相反，衰减系数在参数相反，衰减系数在SRTSRT比较长时对微生物浓度和比较长时对微生物浓度和需氧量影响比较大。比较大的衰减系数表示生物处理反应器能够需氧量影响比较大。比较大的衰减系数表示生物处理反应器能够有效地将基质氧化为二氧化碳；因此，微生物浓度会比较低，氧有效地将基质氧化为二氧化碳；因此，微生物浓度会比较低，氧需要量比较大。这种作用在需要量比较大。这种作用在SRTSRT比较长时更为明显。比较长时更为明显。 产率系数的变化也是影响微生物浓度和需氧量的一个主要因产率系数的变化也是影响微生物浓度和需氧量的一个主要因子。产率系数比较高时，微生物比较多，但是氧需要量比较少，子。产率系数比较高时，微生物比较多，但是氧需要量比较少，因为基质中的电子停留在合成细胞质中。因为基质中的电子停留在合成细胞质中。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 图图图图6.116.11SRTSRT在在在在3 3种不同温度下种不同温度下种不同温度下种不同温度下 对对对对CSTRCSTR反应器的影响反应器的影响反应器的影响反应器的影响（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表（动力学参数和化学计量系数见表6.36.3） SRT/hSRT/h氧需要量氧需要量氧需要量氧需要量/(mg/L)/(mg/L)剩余生物量剩余生物量剩余生物量剩余生物量/(mg/L)/(mg/L)基质浓度基质浓度基质浓度基质浓度/(mg/L)/(mg/L)高温高温基线基线低温低温高高温温基基线线低低温温低温低温基线基线高温高温 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 温度会影响所有参数，系统的响应取决于这些变化之间的相温度会影响所有参数，系统的响应取决于这些变化之间的相互作用。互作用。 图图6.116.11列举了一个例子，包括基质浓度、剩余微生物量和氧列举了一个例子，包括基质浓度、剩余微生物量和氧需要量的变化过程，相关条件列于表需要量的变化过程，相关条件列于表6.36.3。 虚线代表低温情况，而点划线代表高温情况。实线与以前所虚线代表低温情况，而点划线代表高温情况。实线与以前所代表的相同，作为参照。代表的相同，作为参照。 低温和高温都是在基准条件下变化低温和高温都是在基准条件下变化1010，用温度系数来代表，用温度系数来代表相应的参数。相应的参数。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 假定产率系数和残留物所占比例这两个参数不受温度影响，假定产率系数和残留物所占比例这两个参数不受温度影响，在在SRTSRT一定的条件下，温度越高，基质去除率越高，而温度越低，一定的条件下，温度越高，基质去除率越高，而温度越低，去除率越低。温度升高，氧需要量增加，反之，低温导致比较低去除率越低。温度升高，氧需要量增加，反之，低温导致比较低的氧需要量。一般，剩余生物量的排放与之相反。尽管基质去除的氧需要量。一般，剩余生物量的排放与之相反。尽管基质去除率比较高，但是微生物在较高温度时的净产生量比较少。率比较高，但是微生物在较高温度时的净产生量比较少。 图图6.116.11强调：必须学会用一组参数来认识某种特定的基质和强调：必须学会用一组参数来认识某种特定的基质和微生物的特性。微生物的特性。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.4.3 6.4.3 动力学参数的影响动力学参数的影响 表表表表6.36.36.36.3绘制图绘制图绘制图绘制图6.116.116.116.11相关的动力学参数和化学计量系数相关的动力学参数和化学计量系数相关的动力学参数和化学计量系数相关的动力学参数和化学计量系数 符号数值a符号数值a低温高温低温高温0.201.25bHc0.00280.020KS10025fD0.200.20YH0.60.6注：、基准数据，单位同表6.2、=1.094、=1.104 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 以上研究了好氧型异养微生物在单级连续搅拌反应器以上研究了好氧型异养微生物在单级连续搅拌反应器(CSTR) (CSTR) 中的生长，反应器进水中只含有溶解性基质，并建立了简单的模中的生长，反应器进水中只含有溶解性基质，并建立了简单的模型。但此模型有两个特征限制了其在许多废水处理中的应用。型。但此模型有两个特征限制了其在许多废水处理中的应用。 1 1、它只限于溶解性可生物降解基质，而大多数废水含有颗粒、它只限于溶解性可生物降解基质，而大多数废水含有颗粒物质和大分子溶解性物质。物质和大分子溶解性物质。 2 2、微生物假定是在恒定生化反应环境中，电子受体不是限制、微生物假定是在恒定生化反应环境中，电子受体不是限制性因素。但是在许多系统中，电子受体的浓度是限制性因素。性因素。但是在许多系统中，电子受体的浓度是限制性因素。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器 1986 1986年，国际水质协会（年，国际水质协会（IAWQIAWQ）综合悬浮生长式生物处理模）综合悬浮生长式生物处理模型，建立了一套能够描述既含有溶解性基质又有颗粒物质的废水型，建立了一套能够描述既含有溶解性基质又有颗粒物质的废水处理系统的模型，其中包括有机基质的去除、硝化、脱氮等过程，处理系统的模型，其中包括有机基质的去除、硝化、脱氮等过程，即活性污泥模型（即活性污泥模型（ASMASM）1 1号。号。 1995 1995年，他们又建立了一套能够模拟包括有机基质去除、硝年，他们又建立了一套能够模拟包括有机基质去除、硝化、脱氮和除磷等过程的系统模型，即化、脱氮和除磷等过程的系统模型，即ASM2ASM2号模型。号模型。6.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器 IAWQ ASM1 IAWQ ASM1号模型以矩阵格式列于表号模型以矩阵格式列于表5.45.4，其中包括了，其中包括了8 8种反种反应过程和应过程和1313种组分。利用矩阵格式可以立即识别每一种组分的去种组分。利用矩阵格式可以立即识别每一种组分的去向，构建其中任何一个反应的总反应速率项。向，构建其中任何一个反应的总反应速率项。6.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器表表表表6.46.46.46.4IAWQIAWQIAWQIAWQ任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学 组分a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12过程 XI XS XB，H XB，A XD SI SS SN0 SNH SNS XNS 1 异养微生物 好氧生长 1 2 异养微生物 缺氧生长 13 自养微生物 好氧生长 14 异养微生物 死亡和溶解 -15 自养微生物 死亡和溶解 -16.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器表表表表6.46.46.46.4IAWQIAWQIAWQIAWQ任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学任务小组建立的悬浮生长处理系统数学模型过程动力学和化学计量学 组分a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12过程 XI XS XB，H XB，A XD SI SS SN0 SNH SNS XNS 6 有机氮 氨化 1 -17 颗粒有 机物水解 -1 18 颗粒有 机氮水解 表观转 化速率 ML-3T-1 1注：、所有有机物注：、所有有机物(1-7)(1-7)和氧和氧(8)(8)以以CODCOD表示，所有含氮组分表示，所有含氮组分(9-12)(9-12)以氮表示，以氮表示， 碱度用摩尔单位。碱度用摩尔单位。、有关氧的系数需要乘以、有关氧的系数需要乘以-1-1。6.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器表表表表6.56.56.56.5表表表表6.46.46.46.4中的各项符号定义中的各项符号定义中的各项符号定义中的各项符号定义 序号组分符号定义序号组分符号定义1XI惰性颗粒有机物mgCOD/L8氧量mgCOD/L2XS难生物降解基质mgCOD/L9SN0硝态氮mgN/L3XB，H活性异养微生物mgCOD/L10SNH氨氮mgN/L4XB，A活性自养微生物mgCOD/L11SNS溶解性生物降解的有机氮，mgN/L5XD微生物死亡和分解后的残留物，mgCOD/L12XNS颗粒态可生物降解的有机氮，mgN/L6SI惰性溶解性有机物mgCOD/L13SALK碱度摩尔单位7SS易生物降解基质mgCOD/L6.5 6.5 活性污泥模型（活性污泥模型（ASMASM）简介）简介 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成 组分组分1-51-5和组分和组分1212都是颗粒态。都是颗粒态。 X XI I是惰性有机颗粒物质，表是惰性有机颗粒物质，表6.46.4中该项下面无任何内容，说明中该项下面无任何内容，说明它在生物处理反应器中既没有生成也没有分解。但是，如果进水它在生物处理反应器中既没有生成也没有分解。但是，如果进水中含有这种物质，它将会在反应器中累积，累积程度取决于中含有这种物质，它将会在反应器中累积，累积程度取决于SRTSRT和和HRTHRT的比值。的比值。 X XS S是降解比较慢的基质，它主要在微生物衰减过程中产生，通是降解比较慢的基质，它主要在微生物衰减过程中产生，通过水解被分解，可以根据溶胞过水解被分解，可以根据溶胞/ /再生长的概念来建立模型。再生长的概念来建立模型。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成 组分组分1-51-5和组分和组分1212都是颗粒态。都是颗粒态。X XB,HB,H表示活性异养微生物，表示活性异养微生物，X XB,AB,A表示活性自养微生物（硝化细菌）表示活性自养微生物（硝化细菌）。这两种微生物都是依赖各自的基质生长，通过衰减而减少，生。这两种微生物都是依赖各自的基质生长，通过衰减而减少，生成降解比较慢的基质或微生物残留物成降解比较慢的基质或微生物残留物X XD D，后者为惰性物质，与，后者为惰性物质，与X XI I性质类似。性质类似。 第第1212项组分项组分X XNSNS是颗粒状可生物降解有机氮。它在微生物衰减是颗粒状可生物降解有机氮。它在微生物衰减中产生，因为微生物衰减产生的降解比较缓慢的基质中含有蛋白中产生，因为微生物衰减产生的降解比较缓慢的基质中含有蛋白质和其他含氮高分子有机化合物，这些物质可以水解。质和其他含氮高分子有机化合物，这些物质可以水解。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成 组分组分611611是可溶性物质。是可溶性物质。 S SI I是微生物无法分解的惰性组分。废水中含有生物不能降解的是微生物无法分解的惰性组分。废水中含有生物不能降解的可溶性可溶性CODCOD，它通过反应器但不受微生物作用影响。，它通过反应器但不受微生物作用影响。 S SS S是容易生物降解的基质，它由异养微生物在好氧或缺氧条件是容易生物降解的基质，它由异养微生物在好氧或缺氧条件下分解去除，部分由降解缓慢的有机物质水解而产生。下分解去除，部分由降解缓慢的有机物质水解而产生。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成第第8 8项组分是氧，被自养和异养微生物在好氧生长中所消耗。项组分是氧，被自养和异养微生物在好氧生长中所消耗。 在异养微生物生长中氧的化学计量式与表在异养微生物生长中氧的化学计量式与表6.1 6.1 相同，但是自养微生相同，但是自养微生物生长中氧消耗的化学计量式需要乘以换算因子物生长中氧消耗的化学计量式需要乘以换算因子4.574.57。因为，。因为， 氨是自养硝化细菌的基质，其浓度在矩阵表中（氨是自养硝化细菌的基质，其浓度在矩阵表中（S SNHNH，第，第1010项）以项）以硝态氮表示，而氧是以硝态氮表示，而氧是以CODCOD表示。而且，表示。而且，Y YA A的单位是的单位是mgmg微生物微生物COD/COD/mgNmgN。由于过程。由于过程3 3中（自养微生物生长）氧的化学计量式是以中（自养微生物生长）氧的化学计量式是以CODCOD为单位，为了使单位保持一致，氨氮换算为为单位，为了使单位保持一致，氨氮换算为CODCOD当量需要乘一当量需要乘一个换算因子。当硝化细菌将氨转化为硝酸根时，氮的氧化状态由个换算因子。当硝化细菌将氨转化为硝酸根时，氮的氧化状态由-3-3价变为价变为+5+5价。在这个氧化过程中需要接受电子的氧的数量为价。在这个氧化过程中需要接受电子的氧的数量为4.57gO4.57gO2 2gNgN。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成 与表与表6.16.1中的传统衰减模式不同，在表中的传统衰减模式不同，在表6.46.4中微生物衰减与氧的消耗中微生物衰减与氧的消耗并不是直接相关，而是采用了溶胞再生长模式。并不是直接相关，而是采用了溶胞再生长模式。 所以，氧的消耗仍然与微生物的衰减有关，因为细胞本身死亡和所以，氧的消耗仍然与微生物的衰减有关，因为细胞本身死亡和溶解所产生的缓慢降解性基质被水解，形成了容易生物降解的基质。溶解所产生的缓慢降解性基质被水解，形成了容易生物降解的基质。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成S SNONO是硝态氮。它是在自养细菌好氧生长中产生，在异养细菌缺氧是硝态氮。它是在自养细菌好氧生长中产生，在异养细菌缺氧生长中作为电子受体而被消耗。在后一个过程，硝态氮由生长中作为电子受体而被消耗。在后一个过程，硝态氮由+5+5价变为价变为0 0价，所以有一个因子价，所以有一个因子2.862.86作为这个转化过程的氧当量换算系数，单位作为这个转化过程的氧当量换算系数，单位为为gCODgCODgNgN。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成由第由第1010列可发现，氨氮参与了数个不同的反应过程。由于氨态氮是列可发现，氨氮参与了数个不同的反应过程。由于氨态氮是微生物生长中比较容易被利用的一种形式，所以微生物生长中比较容易被利用的一种形式，所以1-31-3行都包括行都包括- -i iN N/XB/XB项，项，代表新合成的微生物中氮的数量。模型并没有包括当氨氮不足时硝代表新合成的微生物中氮的数量。模型并没有包括当氨氮不足时硝态氮还原为氨氮的转化过程。态氮还原为氨氮的转化过程。 第第1010列中的第列中的第2 2个化学计量系数表示自养细菌在好氧生长中利用氨个化学计量系数表示自养细菌在好氧生长中利用氨作基质，类似于第作基质，类似于第1 1行和第行和第2 2行中异养细菌去除容易生物降解的基质行中异养细菌去除容易生物降解的基质（第（第7 7列）的系数。列）的系数。 部分氨由可溶性有机氮部分氨由可溶性有机氮S SNSNS的氨化过程产生，它是最后一个含氮的的氨化过程产生，它是最后一个含氮的溶解性组分，由颗粒状有机氮通过水解产生。溶解性组分，由颗粒状有机氮通过水解产生。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.16.5.1ASM1ASM1号模型组成号模型组成碱度在微生物生长中被消耗。如果废水中的碱度不足，则自养微生碱度在微生物生长中被消耗。如果废水中的碱度不足，则自养微生物的生长将停止，因为其需要的营养（碳源）会流失而物的生长将停止，因为其需要的营养（碳源）会流失而pHpH值会下降，值会下降，从而抑制了微生物的活性。另外，反硝化会产生碱度，可以在一定从而抑制了微生物的活性。另外，反硝化会产生碱度，可以在一定程度上抵消其消耗。程度上抵消其消耗。 第第1313列中的系数代表了氮的转化过程中相关碱度的变化列中的系数代表了氮的转化过程中相关碱度的变化S SALKALK。 虽然虽然IAWQIAWQ小组没有建立有关反应对小组没有建立有关反应对pHpH值影响的模型，但是他们指值影响的模型，但是他们指出当碱度降低至出当碱度降低至50mg/L50mg/L（以（以CaCOCaCO3 3表示），表示），pHpH值就变得不稳定，可值就变得不稳定，可能会降至能会降至6 6以下，从而妨碍硝化反应。以下，从而妨碍硝化反应。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 表表6.46.4中过程中过程1 1和过程和过程2 2代表了异养细菌利用相关基质和电子受体代表了异养细菌利用相关基质和电子受体进行的生长，氨作为新细胞合成的氮源。进行的生长，氨作为新细胞合成的氮源。 过程过程1 1是好氧生长过程，其速率为方程是好氧生长过程，其速率为方程5.35 5.35 ，并可用方，并可用方程程5.46 5.46 取代其中的比生长速率取代其中的比生长速率 。在这种。在这种情况下，反应物情况下，反应物1 1代表容易生物降解的基质，反应物代表容易生物降解的基质，反应物2 2代表溶解氧。代表溶解氧。 溶解氧项的主要作用是当溶解氧浓度变得非常低时，能够停止溶解氧项的主要作用是当溶解氧浓度变得非常低时，能够停止好氧生长，这时如果存在硝酸盐，那么将转而进行缺氧式生长。好氧生长，这时如果存在硝酸盐，那么将转而进行缺氧式生长。 过程过程2 2的比生长速率与方程的比生长速率与方程5.48 5.48 相同，只是用相同，只是用K KO O，H H代替了抑制系数代替了抑制系数K KIOIO。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 根据根据K KO,HO,H值，过程值，过程1 1和过程和过程2 2的速率表达式中氧这一项是互补的，的速率表达式中氧这一项是互补的，当一个为当一个为0 0时，另一个就是时，另一个就是1 1（它们的加和总是（它们的加和总是1 1）。）。 这两种异养反应的速率在完全厌氧条件下，即当氧和硝酸盐都这两种异养反应的速率在完全厌氧条件下，即当氧和硝酸盐都不存在时，均为零。如果经过一段比较长时间适应过程，发酵会使不存在时，均为零。如果经过一段比较长时间适应过程，发酵会使得一些专性厌氧菌生长繁殖，但是这里所讨论的模型不能用于模拟得一些专性厌氧菌生长繁殖，但是这里所讨论的模型不能用于模拟完全厌氧生物处理反应器。完全厌氧生物处理反应器。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 与方程与方程5.485.48相比，过程相比，过程2 2的速率项增加了参数的速率项增加了参数 。它是用来校。它是用来校正缺氧条件下微生物的生长。正缺氧条件下微生物的生长。 微生物利用相同基质在好氧和缺氧条件下生长时的微生物利用相同基质在好氧和缺氧条件下生长时的 和和K KS S值是值是类似的，但在缺氧条件下，产率系数比较低。这就意味着，模拟这类似的，但在缺氧条件下，产率系数比较低。这就意味着，模拟这两种不同的微生物在不同环境中的生长，可以采用相同的动力学参两种不同的微生物在不同环境中的生长，可以采用相同的动力学参数值，但是不同的产率系数。数值，但是不同的产率系数。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 然而，表然而，表6.46.4中模型的主要目的是模拟微生物在有氧和缺氧条件中模型的主要目的是模拟微生物在有氧和缺氧条件之间转换时的变化。在这种情况下，虽然全部微生物都可以在好氧之间转换时的变化。在这种情况下，虽然全部微生物都可以在好氧条件下生长，但是可能只有一部分微生物能够在缺氧条件下生长。条件下生长，但是可能只有一部分微生物能够在缺氧条件下生长。采用采用 的目的就是为了校正这种情况。由于只有一部分微生物参与的目的就是为了校正这种情况。由于只有一部分微生物参与反硝化，所以反硝化，所以 小于小于1 1，其数值大小取决于系统的形式。，其数值大小取决于系统的形式。 由于由于 的经验性，它还可以校正两种条件下产率系数的不同，的经验性，它还可以校正两种条件下产率系数的不同，因此因此ASM1ASM1号模型对于好氧和缺氧条件采用相同的产率系数。号模型对于好氧和缺氧条件采用相同的产率系数。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 表表6.46.4中的过程中的过程3 3是自养细菌的好氧生长，用方程是自养细菌的好氧生长，用方程5.465.46表示表示 , ,其中反应物其中反应物1 1是氨氮，反应物是氨氮，反应物2 2是溶解是溶解氧。这个模型方程中有两点需要注意：氧。这个模型方程中有两点需要注意： 1 1、 硝化反应被看作是一步完成的，硝态氮直接由氨氮转化而硝化反应被看作是一步完成的，硝态氮直接由氨氮转化而来。因此，模型只能适用于亚硝酸盐不易发生积累的情况下，如稳来。因此，模型只能适用于亚硝酸盐不易发生积累的情况下，如稳态情况下的生物处理反应器，或者昼夜流量和浓度动态负荷变化不态情况下的生物处理反应器，或者昼夜流量和浓度动态负荷变化不大的正常生活污水处理系统。大的正常生活污水处理系统。 2 2、硝化速率表达式没有考虑基质和产物的抑制。氮的浓度比较、硝化速率表达式没有考虑基质和产物的抑制。氮的浓度比较高时会发生抑制作用，因此，高时会发生抑制作用，因此，ASM1ASM1号模型不能用于模拟含氮浓度超号模型不能用于模拟含氮浓度超过一般水平的污水处理系统。过一般水平的污水处理系统。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 过程过程4 4是异养微生物的损失，采用是异养微生物的损失，采用5.2.25.2.2节的溶胞再生长模式。主节的溶胞再生长模式。主要因为：要因为： 在这个反应中没有电子受体直接参与，从而使得表达多种电子受体在这个反应中没有电子受体直接参与，从而使得表达多种电子受体在总模型中的作用就更容易。异养微生物的损失速率被认为是不变在总模型中的作用就更容易。异养微生物的损失速率被认为是不变的，无论是否有电子受体，见方程的，无论是否有电子受体，见方程5.63 5.63 。类似地，细胞。类似地，细胞残留物、难降解基质和颗粒状可降解有机氮等可以分别用相应的方程残留物、难降解基质和颗粒状可降解有机氮等可以分别用相应的方程5.645.665.645.66表示。但是，电子受体的性质将会影响细胞残留物、难降表示。但是，电子受体的性质将会影响细胞残留物、难降解基质和颗粒状可降解有机氮等的利用速率。解基质和颗粒状可降解有机氮等的利用速率。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 过程过程5 5是自养微生物的损失，也采用溶胞再生长模式，虽然自是自养微生物的损失，也采用溶胞再生长模式，虽然自养微生物的再生长数量并不是很明显。而且，异养微生物会利用自养养微生物的再生长数量并不是很明显。而且，异养微生物会利用自养微生物细胞死亡和溶解所产生的有机基质进行生长。因此，自养微生微生物细胞死亡和溶解所产生的有机基质进行生长。因此，自养微生物的衰减系数与传统模式的衰减系数相同。物的衰减系数与传统模式的衰减系数相同。 在含氮有机物生物降解过程中，其中的氮以氨形式释放出来，如在含氮有机物生物降解过程中，其中的氮以氨形式释放出来，如5.65.6节所述，可用方程节所述，可用方程5.79r5.79rSNSSNS = - ka S = - ka SNSNS X XB B，H H 和方程和方程5.80 r5.80 rSNHSNH = - = - r rSNSSNS表示。这些表达式都是近似性的，但是，只要在模型限定条件之内，表示。这些表达式都是近似性的，但是，只要在模型限定条件之内，这些表达式还能够满足应用。这些表达式还能够满足应用。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 ASM1 ASM1号模型非常重要的一个特点就是考虑了颗粒物质和其他难号模型非常重要的一个特点就是考虑了颗粒物质和其他难生物降解基质的归宿，如过程生物降解基质的归宿，如过程7 7所示，即水解过程。所示，即水解过程。 ASM1 ASM1号模型采用方程号模型采用方程5.775.77作为基本速率表达式作为基本速率表达式 。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 然而，将该方程是与表然而，将该方程是与表6.46.4中的表达式进行比较，该模型包括了电中的表达式进行比较，该模型包括了电子受体的影响。子受体的影响。 首先，需要注意它还包括了一个校正系数首先，需要注意它还包括了一个校正系数 ，反映了缺氧条件，反映了缺氧条件下水解反应的延滞程度。下水解反应的延滞程度。 其次，在完全缺氧或缺硝酸根条件下，水解速率被假定为零。虽其次，在完全缺氧或缺硝酸根条件下，水解速率被假定为零。虽然我们知道在厌氧生物反应器中会发生水解反应，但是，当好氧和缺然我们知道在厌氧生物反应器中会发生水解反应，但是，当好氧和缺氧系统只是短时间处于厌氧状态时，由于专性厌氧细菌需要一定适应氧系统只是短时间处于厌氧状态时，由于专性厌氧细菌需要一定适应期，显然不会发生水解，因为这时水解过程已经停止了。由于微生物期，显然不会发生水解，因为这时水解过程已经停止了。由于微生物死亡和溶胞过程的速率被认为是不变的，无论电子受体的性质如何，死亡和溶胞过程的速率被认为是不变的，无论电子受体的性质如何，所以当悬浮生长式系统短期缺氧或者缺硝酸根情况下，会有难降所以当悬浮生长式系统短期缺氧或者缺硝酸根情况下，会有难降解基质累积现象。解基质累积现象。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 虽然过程虽然过程7 7的速率表达式仍然有不确定性，但是通过的速率表达式仍然有不确定性，但是通过ASM1ASM1号模型号模型预测的氧和硝态氮的消耗曲线能够比较好地模拟许多种悬浮生长式系预测的氧和硝态氮的消耗曲线能够比较好地模拟许多种悬浮生长式系统的中试和生产规模运行性能。统的中试和生产规模运行性能。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 模型最后一个过程是颗粒状可生物降解有机氮模型最后一个过程是颗粒状可生物降解有机氮X XNSNS转化为溶解性转化为溶解性可生物降解的有机氮可生物降解的有机氮S SNSNS。这个过程的速率假定与难降解有机物的水。这个过程的速率假定与难降解有机物的水解速率成正比，同方程解速率成正比，同方程5.78 5.78 。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.26.5.2ASM1ASM1号模型反应速率表达式号模型反应速率表达式 表表6.46.4没有包括：没有包括：（1 1）溶解性微生物产物的生成；）溶解性微生物产物的生成；（2 2）磷的吸收和释放。）磷的吸收和释放。 溶解性微生物产物的影响非常小，主要是会引起生物处理反应溶解性微生物产物的影响非常小，主要是会引起生物处理反应器出水溶解性有机物浓度升高。器出水溶解性有机物浓度升高。 磷的吸收和释放只有在系统中存在厌氧区域时才会发生，此时磷的吸收和释放只有在系统中存在厌氧区域时才会发生，此时吸收和累积磷的细菌（吸收和累积磷的细菌（PAOsPAOs）被选择性地保留下来。表）被选择性地保留下来。表6.46.4中一些中一些速率表达式在厌氧条件下的有效性还值得怀疑，所以，表速率表达式在厌氧条件下的有效性还值得怀疑，所以，表6.46.4没有没有包括除磷。包括除磷。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.3 ASM26.5.3 ASM2号模型号模型 ASM2 ASM2号模型包含了号模型包含了ASM1ASM1号模型的所有内容，另外又增加了号模型的所有内容，另外又增加了除磷的内容。除磷的内容。 ASM2 ASM2号模型对号模型对ASM1ASM1号模型中的一些过程进行了简化。例号模型中的一些过程进行了简化。例如，表如，表6.46.4中过程中过程6 6和过程和过程8 8，即溶解性有机氮的氨化和颗粒状有机氮，即溶解性有机氮的氨化和颗粒状有机氮的水解过程被删除了，其作用隐含在溶解性基质去除和难降解有机的水解过程被删除了，其作用隐含在溶解性基质去除和难降解有机物水解过程的化学计量学参数中。有机磷转化为溶解磷的过程以同物水解过程的化学计量学参数中。有机磷转化为溶解磷的过程以同样的方式处理。样的方式处理。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.3 ASM26.5.3 ASM2号模型号模型两个模型对于厌氧条件下发生的过程的处理完全不同。两个模型对于厌氧条件下发生的过程的处理完全不同。 ASM1 ASM1号假定微生物生长和水解过程在厌氧条件下停止，其死号假定微生物生长和水解过程在厌氧条件下停止，其死亡和分解过程仍然继续进行。这种方式不适用于生物除磷过程。亡和分解过程仍然继续进行。这种方式不适用于生物除磷过程。 ASM2 ASM2号模型包括发酵、吸收乙酸而产生号模型包括发酵、吸收乙酸而产生PHBPHB和其他和其他PHAsPHAs、多、多聚磷水解释放出溶解磷等过程。发酵过程有两种易生物降解的基质聚磷水解释放出溶解磷等过程。发酵过程有两种易生物降解的基质组分参与其中，即容易发酵的基质和发酵产物，用乙酸代表。乙酸组分参与其中，即容易发酵的基质和发酵产物，用乙酸代表。乙酸是容易发酵的基质在厌氧条件下发酵生成的，然后被是容易发酵的基质在厌氧条件下发酵生成的，然后被PAOsPAOs吸收，吸收，见方程见方程5.82 5.82 ，并形成，并形成PHBPHB，见，见方程方程5.83r5.83rXPHBXPHB = - r = - rSASA 。在缺氧条件下，发酵反应速率下降，常见的。在缺氧条件下，发酵反应速率下降，常见的异养微生物与异养微生物与PAOsPAOs相互竞争乙酸基质。相互竞争乙酸基质。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.3 ASM26.5.3 ASM2号模型号模型 普通的异养微生物的活动范围扩大了。在厌氧条件下，这些微普通的异养微生物的活动范围扩大了。在厌氧条件下，这些微生物能够使容易发酵的基质进行发酵反应，生成乙酸，但是微生物生物能够使容易发酵的基质进行发酵反应，生成乙酸，但是微生物并不生长。它们只能在好氧或者缺氧条件下生长，可以将容易发酵并不生长。它们只能在好氧或者缺氧条件下生长，可以将容易发酵的基质和乙酸作为生长所需。因为异养微生物在厌氧条件下不能生的基质和乙酸作为生长所需。因为异养微生物在厌氧条件下不能生长，长，ASM2ASM2号模型不能够模拟完整的厌氧系统。它只能模拟包括号模型不能够模拟完整的厌氧系统。它只能模拟包括好氧和缺氧区在内的系统的厌氧区的运行性能。好氧和缺氧区在内的系统的厌氧区的运行性能。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.3 ASM26.5.3 ASM2号模型号模型 对对PAOsPAOs的了解仍在发展，因此，的了解仍在发展，因此，ASM2ASM2号模型对其生长过程做号模型对其生长过程做了几个简化性的假定。例如，了几个简化性的假定。例如， 假定假定PAOsPAOs只能在好氧条件下生长，而其只能利用储存的只能在好氧条件下生长，而其只能利用储存的PHBPHB作为生长基质，如方程作为生长基质，如方程5.855.85所示；所示； 假定它们不能利用硝态氮作为电子受体也不能利用其他电子受假定它们不能利用硝态氮作为电子受体也不能利用其他电子受体，不管是储存在细胞中还是在介质中。体，不管是储存在细胞中还是在介质中。 这些都是合理化的假定，但是例外也确实存在。这些都是合理化的假定，但是例外也确实存在。 第六章第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器单级连续搅拌式生物处理反应器6.5.3 ASM26.5.3 ASM2号模型号模型 随着更多的相关知识的获得，随着更多的相关知识的获得，ASM2ASM2号模型很可能进行修正。号模型很可能进行修正。尽管如此，即使是最初的形式，它仍然是一个非常有用的工具。尽管如此，即使是最初的形式，它仍然是一个非常有用的工具。