1、- 1 -活性污泥实验、实验目的1、观察完全混合活性污泥处理系统的运行，掌握活性污泥处理法中控制参数（如污泥负荷、泥龄、溶解氧浓度）对系统的影响；2、加深对活性污泥生化反应动力学基本概念的理解；3、掌握生化反应动力学系数 K、Ks、Vmax、Y、Kd、a、b 等的测定。、实验原理活性污泥好氧生物处理是指在有氧参与的条件下，微生物降解污水中的有机物。整个过程包括微生物的生长、有机底物降解和氧的消耗，整个 过程变化规律如何正是活性污泥生化反应动力学研究的内容，活性污泥生化反应动力学内容包括：（1）底物的降解速度与有机底物浓度、活性污泥微生物量之间的关系；（2）活性污泥微生物的增殖速度与有机底物浓度
2、、活性污泥微生物量之间的关系；（3）有机底物降解与氧需。1、底物降解动力学方程Monod 方程：（1）SKsVdtSmaxVmax-有机底物最大比降解速度，Ks-饱和常数，在稳定条件下，对完全混合活性污泥系统中的有机底物进行物料平衡：（2） 0)(dtSVeQRSeQo整理后，得（3）dtV)(于是有（4）SKsVXtSeoSmax)(- 2 -而 ，F/M 为污泥负荷。MFXtSeoVSQ/)(完全混合曝气池中 S=Se，所以（4）式整理后可得（5）max1aSeKseSotX（5）式为一条直线方程，以 为横坐标， （污泥负荷）为纵坐标，直 线的斜1XtSeo率为 ，截距为 ，可分 别求得
3、、Ks。maxVKsaxaxV又因为在低底物浓度条件下，SeKs，所以有（6）SeKsSeKsVdtSmaxa即 （7）Xto以 Se 为横坐标， （污泥负荷）为纵坐标，可求得直线斜率 K。Xteo2、活性污泥微生物增殖动力学方程活性污泥微生物增殖的基本方程式：（8）XvKdtSYdtY-活性污 泥微生物产率系数Kd-活性污 泥微生物的自身氧化率-混合液挥发性悬浮固体浓度，MLVSSXv活性污泥微生物每日在曝气池内的净增殖量为：（9）XvVKdQSeaYX)(将上式各项除以 XvV，得（10） dVXveov)(而 MrFXvVSeoQ/)(F/Mr - 污泥去除负荷- 3 -以 为纵轴，以
4、（污泥去除负荷）为横轴，直线斜率为 Y 值，Kd 为VXvXvVSeoQ)(纵轴截距。3、有机底物降解与氧需方程在曝气池内，活性污泥微生物对有机物氧化分解过程的需氧率和其本身在内源代谢的自身氧化过程都是耗氧过程。这两部分氧化过程所需要的氧量，由下式求定：（11）bVXvSeoaQO)(2O2-混合液需氧量a-活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率b-活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率（12）bVXvSeoQavO)(2以 （污泥去除负荷）为横坐标、 为纵坐标，可求得 a,b 值。VXvSeoQ)(O2、实验设备1、带有挡板的完全混合式曝气沉淀池2、空气压缩机3、原水箱4、
5、泵5、空气扩散管、实验步骤1、进入实验后，会出现“ 登录” 对话框， 请认真填写班 级、姓名、学号三项内容，它们将被记录到实验报告文件当中。同时还可以选择实验内容，选“不测定耗氧速度”，则实验过程中溶解氧浓度稳定在 2.0mg/l，且不需要调节压缩 机调节阀来适应活性污泥微生物变化引起的需氧量的变化，减少实验操作，简化实验内容。2、打开原水进水阀,弹出进水阀调节面板， 调节阀的开度，向曝气沉淀池中注入- 4 -原水。3、点污泥接种图向曝气池中接入培养好的污泥。4、点击压缩空气调节阀，并调整阀门开度，向曝气池中输入氧气。5、点击回流挡板高度调节的上下按钮， 调节挡板高度，使沉淀池中的污泥回流到曝
6、气池，以保持实验过程中曝气池中活性污泥微生物浓度（MLSS）稳定(1300-3000mg/l)。6、点击剩余污泥排放阀，调节阀门开度，以 调整泥 龄保持在一定的范围（5-15 天）。7、观察右边的数据，并不断调整溶解氧浓度（Do）、活性污泥微生物浓度（MLSS）、泥龄（SRT）、污泥负荷（F/M），待其稳定后，开始 记录 数据。8、点击原水 BOD 调节的上下按钮来调整进水水质或者点击原水进水阀门来调节水量，以改变不同的污泥负荷(0.2-1.2)。9、调整溶解氧浓度（Do）、活性污泥微生物浓度（MLSS），使其稳定在上一次测定值，改变泥龄（SRT ）、污泥负荷（F/M），待其 稳定后，记录数据
7、。10、记录四组数据，实验完毕。、实验数据记录与处理1、实验数据：- 5 -2、计算结果：3、底物降解与底物浓度曲线：4、活性污泥增长曲线：- 6 -5、底物降解曲线：6、耗氧速度曲线：- 7 -、注意事项1、实验过程中，要终保持溶解氧浓度(Do) 保持在 2.0mg/l 左右；2、在保持活性污泥微生物浓度(MLSS)(1300-3000mg/l)稳定的情况下，测定不同的污泥负荷(F/M)时的各项参数。 MLSS 的稳定靠溶解氧、回流比和泥龄的调节来实现。注意排泥流量，保持泥龄(SRT)在 5-15 天, 污 泥负荷越高，增 长的污泥越多，排泥量越大，泥龄也越短。 - 8 -实验七 活性污泥法
8、污水处理 活性污泥法在我国，以至在全世界仍然是污水处理的主体工艺之一。近几十年来在活性污泥法的反应理论、净化功能、运行方式、工 艺系统方面均取得了迅速发展，在工艺设计时需要 进行方案的选择和优化。如果缺乏同类设计参考，随着原水水质、控制目标、运行方式的变化，需要通过可行性实验获得设计参数。这种实验工作除了通水流程和实验装置的建设外, 还有物理、化学和生物指标的分析工作。活性污泥法处理工 艺的工艺参数和环境参数多，每个子环节相互影响，达到稳定的响应时间长，给实验 教学活动造成极大的困难。通过本虚拟实验的实施，可以通过计算机仿真，掌握活性污泥和其它生化 处理方法可行性实验的实验方法。其中的相应模块
9、也可以在 设计简化计算和比较方案。活性污泥法虚拟仪器操作流程 图 5.2 为一般活性污泥法处理污水的工艺流程简图。图 5.3 为仿真运行的操作流程框图。活性污泥法污 水处理虚拟仪器面板如图 5.4 所示。图中以粉红底色显示的数值为控制量，以绿 色为底色显示的数值为读出量。- 9 -图 5.3 活性污泥仿真实验的操作流程框图 首先设定进水流量和进水 BOD 浓度 mg/L；设计曝气池池体尺寸：池 长、池宽和池深；设计二沉池的容积， 设 定 SVI 和运行水温。开 风机，控制 阀门开启程度，供气量由仪表读出。控制回流比，对应曝气池中生化反应的运行状态随上述控制量的变化而改变。虚拟仪器 显 示出回流
10、污泥浓度，曝气池中活性污泥浓度，溶解氧浓度等。与此同时，在设计和运行管理中最关心的曝气池运行参数，也在 仪表上读出，它 们是：停留时间 、容积负荷、污泥负荷、 污泥 龄和去除率等。虚拟仪器还以动态图形描绘了出水 BOD 浓度的时间曲线。为了提高效率，运行的速度较快；操作者可以按下纪录仪上的 暂停键来赢得读数和改变控制量的时间。需要指出的是这里显示的污泥龄是全池微生物 总量与该瞬时反应时微生物净增量的比值，如果微生物净增为负值 ，污泥龄也显示负值，预 示着泥量的减少，需要通过调整其他参数，才能正常地 连续 运行。 污泥龄就有了参考意义。图 5.4 活性污泥法处理污水的虚拟仪器面板图- 10 -活
11、性污泥法处理污水的监测台帐 污水处理厂的监测台帐是指按照时间顺序对监测结果建立的日常工作纪录表。根据不同的运行条件和处理情况， 纪录的项目会有所不同。例如焦化废水要测定进出水的酚和氰，深度 处理的污水厂要测定氨氮等。使用虚拟实验完成活性污泥法处理污水的监测台帐。例 5.1 用仿真实验建立活性污泥法污水处理的监测台帐设某活性污泥法污水处理厂的水处理设施为池长=80m、 宽=6m, 深=3.4m；开启1#风机，控制阀门开启程度 为 0.45, 读出供气量45 M3/min；回流比=0.36，二沉池的容积=220 M3，SVI=120，运行水温=22，将进水 BOD 浓度仪表量程设置为 600 mg
12、/L。设建立监测 台帐 的工作从 2003 年 7 月 1 日至 15 日，每天早 9：00进行测定；仿真实验开始后，系统即处于连续运行状态，按下暂停（Pause）键，在仪表盘上设置进水 BOD 浓度和进水流量，释放暂停键，直至水处理设施运行 24小时以后，按下暂停键，在在仪 表盘读出出水情况和 监测台帐中的相应项目，重- 11 -新设置进水 BOD 浓度和进水流量，然后释放暂停键运行。获得如表 5.1 所示的监测台帐。根据监测台帐绘制时间序列图，并 观察水处理设施的运行状况是运行管理的经常性工作，图 5.5 和图 5.6 分别是进出水情况和处理效果的时间序列图。表 5.1 活性污泥法处理污水
13、的监测台帐序号 日期进水流量 M3/h进水BOD mg/L出水BOD mg/L活性污泥 g/L回流污泥 g/L溶解氧 mg/L1 2003-7-1 97 512 47.46 3.26 11.58 2.722 2003-7-2 105 556 57.32 3.09 10.75 2.443 2003-7-3 112 533 57.62 2.76 9.45 2.814 2003-7-4 110 425 43.79 2.52 8.83 3.875 2003-7-5 110 296 31.90 2.13 7.66 5.246 2003-7-6 125 450 53.01 2.05 6.80 3.977
14、2003-7-7 110 467 48.59 2.56 8.85 3.558 2003-7-8 125 525 63.33 2.29 7.56 3.119 2003-7-9 109 512 53.38 2.76 9.50 3.0310 2003-7-10 85 550 45.88 3.86 14.03 2.1011 2003-7-11 110 487 50.32 2.78 9.69 3.1312 2003-7-12 120 487 55.40 2.32 7.79 3.4713 2003-7-13 125 446 52.44 2.05 6.84 3.9914 2003-7-14 125 460
15、54.28 2.07 6.87 3.8615 2003-7-15 110 441 45.61 2.53 8.80 3.76- 12 -图 5.5 进水情况时间序列图图 5.6 出水情况和去除率的时间序列图 活性污泥可控工艺参数的影响实验 活性污泥污水处理具有许多可控工艺参数，例如：曝气池的池体尺寸、二沉池的容积、 SVI、运行水温、回流比、进水 BOD 浓度、风机和控制阀门等每个控制参数都会影响水处理的结果。在此仅举 2 例说明。例 5.2 用仿真实验考察进水流量对活性污泥法的影响保持污水处理厂的水处理设施，池长=80m、宽=6m, 深=3.4m；供气量 45 M3/min；回流比=0.36
16、，二沉池的容 积=220 M3，SVI=120，运行水温=22 不变，设进水BOD 浓 度保持为 400 mg/L，考察进水流量从 80 改 变至 240 M3/h 时对活性污泥法污水处理的影响。在相应对话框内输入上述值，用类似例 5.1 的方法获得仿真实验记录表如表 5.2。绘制 进水流量对应活性污泥浓度、回流污泥浓度和池中溶解氧浓度的影响如图 5.7 所示。 表 5.2 进水流量对活性污泥法污水处理的影响实验记录- 13 -序号 进水流量 M3/h出水 BOD mg/L活性污泥 g/L回流污泥g/L溶解氧 mg/L 去除率1 80 29.91 3.80 14.30 3.07 92.52 1
17、00 37.20 2.93 10.61 3.73 90.73 120 45.04 2.11 7.21 4.36 88.74 140 52.77 1.52 4.85 4.71 86.85 160 59.99 1.19 3.54 4.74 85.06 180 67.03 1.00 2.78 4.61 83.27 200 73.98 0.95 2.61 4.32 81.58 220 81.16 0.91 2.47 4.04 79.79 240 88.61 0.88 2.35 3.77 77.8图 5.7 水量对活性污泥、溶解氧和回流污泥浓度的影响 例 5.3 用仿真实验考察运行水温对活性污泥法污水处
18、理的影响使用例 5.2 数据，设定进水流量 120 M3/h，进水 BOD 浓度分别为 400 和 200 mg/L 考察运行水温从 10改变至 30时对活性污泥法污水处理的影响。解：输入相应值，用类似例 5.2 方法获得仿真实验记录表如表 5.3。绘制水温改变对活性污泥处理效果的影响如图 5.8 所示。水温的改变会从微生物的反应速- 14 -度和充氧能力两方面影响活性污泥处理效果，最后表现的是综合结果。由实验数据看出，水温的升高有利于提高活性污泥的处理效果，且这种影响在程度上与BOD 进水浓度有关。表 5.3 水温改变对活性污泥法影响实验记录表序号水温进水 BOD mg/L出水 BOD mg
19、/L 活性污泥 g/L回流污泥 g/L溶解氧 mg/L去除率%1 10 400 53.46 2.02 6.89 5.34 86.642 18 400 47.07 2.04 6.96 4.69 88.233 26 400 44.72 2.05 6.98 4.27 88.824 30 400 44.32 2.05 6.99 4.06 88.925 10 200 33.72 1.27 4.52 8.54 83.146 18 200 28.55 1.3 4.59 7.35 85.737 30 200 25.97 1.31 4.64 6.06 87.02图 5.8 水温改变对活性污泥处理效果的影响 水处
20、理动力学参数测定实验 - 15 -在一定的运行条件下，活性污泥法污水处理的动力学参数 k2,vmax,Ks，是一个常数。一般根据污水厂的运行数据或 实验室连续流实验数据经统计分析获得。使用获得实验结果监测台帐表 5.1。考察：根据监测台帐的原始数据，加以进一步运算获得表 5.4，将1/Se 看作自变量 x；将XT/(S0-Se) 看作因 变量 y；对所获得的 15 组样 本值进行线性回归的统计分析，回归结果为bi 并可进一步求得vmax = 0.073 (1/h) = 1.75 (1/d)k2 = 0.00546 1/(d.mg/L)Ks=38550.073 = 282 mg/L而相关系数 R
21、 = 0.606；根据相关系数检验表，对于 =0.05 的显著性水平有R0.05 = 0.514，说明回归结果在 5%置信度下可信。 表 5.4 水处理动力学参数计算表序号进水流量 M3/h进水 BOD mg/L(S0)出水 BOD mg/L（Se）污泥 mg/L停留时间 T(h)1/Se (XT)/ (S0-Se) k21/(d.mg/L)1 97 512 47 3260 16.8 0.02107 118.07 0.004282 105 556 57 3090 15.5 0.01745 96.309 0.00435- 16 -3 112 533 58 2760 14.6 0.01736 84
22、.6 0.004924 110 425 44 2520 14.8 0.02284 98.076 0.005595 110 296 32 2130 14.8 0.03135 119.66 0.006296 125 450 53 2050 13.1 0.01886 67.419 0.006727 110 467 49 2560 14.8 0.02058 90.775 0.005448 125 525 63 2290 13.1 0.01579 64.761 0.005859 109 512 53 2760 15.0 0.01873 90.105 0.0049910 85 550 46 3860 19.2 0.0218 147.01 0.0035611 110 487 50 2780 14.8 0.01987 94.452 0.0050512 120 487 55 2320 13.6 0.01805 73.105 0.0059313 125 446 52 2050 13.1 0.01907 68.007 0.0067314 125 460 54 2070 13.1 0.01842 66.612 0.0066415 110 441 46 2530 14.8 0.02193 94.934 0.00554平均 112 477 51 2602 14.7 0.0202 91.593 0.00546
