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LOGO四、细菌的生长生物量及其表征污泥沉降比(SV%)污泥沉降比又称30min沉降比,即混合液在量筒内静置30min后形成沉淀污泥的容积占原混合容积的百分数。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物量及其表征污泥体积指数(SVI)污泥体积指数是曝气池出口处混合液经30min静止沉降后,每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积,单位是ml/g。质量混合液中悬浮固体的干形成的污泥容积混合液静沉L1)ml(min301LSVI第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物量及其表征SVI的值与活性污泥性质的关系:SVI100时,活性污泥沉淀性能良好;SVI=100~200时,沉淀性能一般;SVI200时,沉淀性较差,污泥易膨胀。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO细菌的生长微生物的测量方法一、测定微生物的数量1、全数测定法(直接计数法)2、活菌计数法(间接计数法)二、测定细胞物质的质量三、DNA含量的测定法四、ATP测定法第五章废水的好氧生物处理原理LOGO细菌的生长化学计量式用于估算生物量产率和需氧量:1、由化学计量式估算生物产率2、由化学计量式估算需氧量3、不同条件下生物量合成产率系数第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算生物产率能量O14H8CONOH2C2NH8OCH3C22275M326126)180(3)113(2(180g/mol)3)mol/113g(2)OHC()NOHC(Y6126275葡萄糖消耗细胞g/42.0第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算生物产率在工程实际中,COD与VSS分别用来表示有机底物和新细胞物质。为了利用COD来表示生物产量,就必须确定葡萄糖的COD。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算生物产率基于以上计算,按照COD表示的理论生物量产率则为:O6H6CO6OCHC22M26126)180()32(6葡萄糖g/07gO.1mol/180g)mol/32g(6)OHC()O(COD261262消耗细胞葡萄糖葡萄糖消耗细胞gCOD/39.0g/gCOD07.1g/42g.0Y第五章废水的好氧生物处理原理LOGO细菌的生长由化学计量式估算需氧量公式:OH2NHCO5O5NOHC232M2275)113()32(5细胞)(g/gO42.1mol/g113mol/g325)NOHC()O(COD22752第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算需氧量细胞生物量通常由VSS的测定结果表示,生物量的氧当量可以近似为1.42gCOD/gVSS。COD消耗量=细胞合成量(以COD计)+被氧化底物的量考虑到被氧化底物的等耗氧量,O2消耗量=COD消耗量-细胞合成量(以COD计)第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算需氧量)molg180mol3)(g07gO.1(O22葡萄糖葡萄糖消耗量)molg113mol2)(g42gO.1(2细胞细胞2229gO.2569gO.3208gO.577第五章废水的好氧生物处理原理LOGO由化学计量式估算需氧量因此消耗单位质量COD的耗氧量为:耗氧量葡萄糖葡萄糖计以葡萄糖耗氧量gCOD/44gO.0)mol/180)(g/gCOD07.1(mol3gO9.256)COD(22第五章废水的好氧生物处理原理LOGO不同条件下生物量合成产率系数生物合成产率与从电子供体到电子受体间电子传递产生的能量有关。生长条件电子供体电子受体合成产量好氧有机物氧气0.40gVSS/gCOD好氧氨氮氧气0.12gVSS/gNH4+-N缺氧有机物硝酸氮0.30gVSS/gCOD厌氧有机物有机物0.06gVSS/gCOD厌氧乙酸二氧化碳0.05gVSS/gCOD第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学可溶性底物的利用速率:生物处理中可溶性底物的利用速率的模型为:rsu——可溶性底物利用速率,g/(m3•d)rmax——可溶性底物的最大比利用速率,g底物/(g微生物•d)X——微生物浓度,g/m3S——限制微生物生长的可溶性底物浓度,g/m3ks——饱和常数,当r=0.5rmax时的底物浓度,也称为半速度常数,g/m3SKXSrrSmaxsu第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学同样,微生物生长也遵循饱和型方程,即Monod方程。μ——微生物生长速率,g/(m3•d)μmax——微生物最大比生长速率,g新细胞/(g新细胞•d)SKXSSmax第五章废水的好氧生物处理原理法国科学家诺贝尔奖得主雅克·莫诺LOGO微生物生长动力学两条重要的曲线:第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学微生物生长速率μmax与底物的最大利用速率rmax之间的关系:公式:μmax=YrmaxY——微生物真实产率,g/g第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学可溶性底物的生物增长速率:rg——微生物净产率,gVSS/(m3•d)Y——微生物合成产率系数,gVSS/(g生物消耗COD)kd——内源呼吸衰减系数,gVSS/(gVSS•d)XkSKXSrYXkYrrdSmaxdsug第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学将上式两边同时除以污泥浓度X,则比增长速率为:μ——微生物生长速率,gVSS/(gVSS•d)dSmaxgkSKSYrXr第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学总挥发性悬浮固体和活性生物量反应器内的挥发性悬浮固体量(VSS)不仅包括了活性物生物量,而且还包括了内源呼吸产生的细胞残余物、进出水中的不可生物降解的VSS(记作nbVSS),活性物生物量所占的比例取决于废水特性和操作运行条件。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学细胞残余物的生成速率与内源呼吸衰减系数有关:rxd——细胞残余物生成速率,gVSS/(m3•d)fd——生物量中细胞残余物所占的比例,通常为0.10~0.15gVSS/gVSS。Xkfrddxd第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学针对曝气池内总挥发性固体的生成速率:rx,vss——总VSS产率,gVSS/(m3•d)Q——废水流量,m3/d。X0,i——进水中的nbVSS浓度,g/m3V——曝气池容积,m3V/QXX)k(fXkYrri,0dddsuvss,x第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学由上式可知,在曝气池混合液挥发性悬浮固体MLVSS中,活性生物量所占的比例就是微生物生长与总MLVSS之比,即:FX,act——曝气池MLVSS中活性生物量的比例,g/gvss,xdsuvss,xgact,Xr/)XkYr(r/rF第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学摄氧速率摄氧速率与底物利用速率及微生物的增长速率相关。r0——摄氧速率,gO2/(m3·d)rg——微生物比增长速率,gVSS/(m3·d)1.42——微生物细胞折算成COD的数值,gbsCOD/(m3·d)gsu042r.1rr第五章废水的好氧生物处理原理LOGO微生物生长动力学温度对微生物生长的影响kT——水温为T℃时的反应速率常数k20——水温为20℃时的反应速率常数θ——温度活性系数,生物处理系统中一般为1.02~1.25T——水温,℃)20T(20Tkk第五章废水的好氧生物处理原理LOGO有机物的好氧生物氧化有机物(COHNS)的生物转化:细菌内源性呼吸的化学计量式为:其他产物27532M2NOHCNHCOP&NOCOHNS能量O2HNH5CO5ONOHC232M2275第五章废水的好氧生物处理原理LOGO有机物的好氧生物氧化微生物生长的基本营养元素需求配比:BOD5:N:P=100:5:1第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化与反硝化生物硝化生物硝化指的是氨氮()被氧化成亚硝酸盐()、亚硝酸盐最终被氧化成硝酸盐()的两步生物处理工艺过程。NNH4NNO2NNO3第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化生物硝化的微生物类群:亚硝化菌和硝化菌两大类。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化生物硝化的过程化学计量式:氨化过程3222NHCORCOOHOCOOHRCHNH氨化菌第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化硝化反应H2OHNOO23NH2224亚硝化菌322NOO21NO硝化菌第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化生长动力学溶解氧充足情况下:μn—硝化细菌比生长速率,g新细胞/(g新细胞·d)μnm—硝化细菌最大比增长速率,g新细胞/(g新细胞·d)N—氨浓度,g/m3Kn—半饱和常数,g/m3kdn—硝化细菌内源呼吸系数,gVSS/(gVSS·d)dnnnmnk)NKN(第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化生长动力学考虑到溶解氧浓度影响的情况:DO—溶解氧浓度,g/m3KO—溶解氧半饱和常数,g/m3dnOnnmnk)DOKDO)(NKN(第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物硝化微生物的停留时间为了使硝化菌群能够在连续流系统中存活,微生物在反应器中的停留时间SRTN必须大于自养型硝化菌最小的世代时间SRTNmin。一般地,SRTN2SRTNmin第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化生物反硝化生物反硝化是指通过生物作用将硝酸氮还原成NO2、N2O并最终成为氮气的废水生物处理工艺过程。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化生物反硝化的两种途径:3NO)(OHNHNO22同化反硝化有机体(异化反硝化)222NONNO第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化同化反硝化:硝酸氮还原为氨并为细胞合成所利用,此途径不存在,也与DO无关。异化反硝化:硝酸氮分解,最终产物是气态氮。4NH第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化生物反硝化的微生物类群:假单胞菌属是最常见和分布最广的异养反硝化菌。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化硝酸氮还原反应的步骤:2223NONNONONO第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化生长动力学不考虑溶解氧的情况下:η——活性污泥中的反硝化菌比例,gVSS/(gVSS·d)SKXSrrSmaxsu第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物反硝化生长动力学考虑溶解氧的情况:—DO对硝化还原的抑制系数,mg/L—硝酸盐为限制性因子时的半饱和系数,mg/L)(DOKK)NOKNO)(SKXSr(r'O'O3NOS,3Smaxsu-3'OK3NO,SK第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物除磷生物除磷生物除磷是指利用微生物将废水中的磷去除的工艺。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物除磷生物除磷的微生物类群:生物除磷的微生物主要是聚磷菌。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物除磷乙酸的摄取量对聚磷菌的产量以及由此去除的磷含量起决定性作用。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO生物除磷好氧条件下磷酸盐的吸收速率方程:μmax,P—聚磷菌的最大比生长速率,g/(g·d)Ymax,P—最大比增长速率,mg/mgSPO4—磷酸盐磷浓度,mg/LKS,PO4—聚磷盐磷的饱和常数,mg/L4444PO,SPOPAO,BPOPmax,Pmax,POV,KSXSYr第五章废水的好氧生物处理原理LOGO氧的传递理论请大家阅读课本第131页至135页相关章节。第五章废水的好氧生物处理原理LOGO请同学们提出宝贵意见!
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