废水生物处理》第六章单级连续搅拌式生物处理反应器.ppt

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1、废水生物处理废水生物处理东南大学研究生课程东南大学研究生课程 主讲：李先宁主讲：李先宁 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

2、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

3、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

4、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，

5、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

6、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

7、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

8、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。SRTSRT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

9、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

10、 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

11、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

12、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 r

13、i 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

14、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.hL.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

15、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

16、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.hL.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.hL.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

17、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.hL.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

18、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

19、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，

20、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

21、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

22、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 SSmi

23、nSmin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

24、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，可时，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

25、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

26、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 6.1.3.16.1.3.1 一个一个CSTRCSTR

27、，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.

28、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 6.1.3.16.1.3.1a 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

29、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 6.1.3.16.1.3.1b 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

30、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 6.1.3.16.1.3.1 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

31、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

32、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

33、，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

34、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。

35、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

36、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

37、.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

38、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（6.246.2

39、4）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）SRTSRT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 6.1.3.26.1.3.2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

40、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

41、计）例例 6.1.3.26.1.3.2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 6.1.3.26.1.3.2已知条件见例已知条件见例6.1.3.16.1.3.1c c、活性

42、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 6.1.3.26.1.3.2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

43、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

44、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

45、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

46、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

47、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）WWT 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

48、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)用方程用方程6.126.12代替代替 ，方程，方程6.196.19代替代替 ，方程，方程 代代替替HRTHRT，简化后得：，简化后得：(6.33)(6.33)方

49、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COD

50、COD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C