活性污泥法实验

1、实验目的活性污泥实验-1 -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、丫、Kd、a、b等的测定。二、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

2、物浓度、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：dSS/八Vmax（ 1）dtKs 十 SVmax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：整理后，得于是有dSSoQ RQSe-(Q RQ)Se V 0 dtQ(So _Se) dSV - dtQ(So - Se) So - SeSVmax 一XVXtKs S(2)(3)(4)-# -# -而 Q（So - Se） = S° - Se =卩 / m，F/M 为污泥负荷。 XVXt完全混合曝气池中S=Se,所以（4）式整理后可

3、得Ks(5)So-Se Vmax Se VmaxXt（5）式为一条直线方程，以 为横坐标，So_ Se （污泥负荷）为纵坐标，直SeXt线的斜率为，截距为,可分别求得Vmax、Ks。VmaxVmax又因为在低底物浓度条件下，SevvKs，所以有(6)dSSeSe-一 =VmaxV max 一 = K SedtKs SeKs即So_Se = k se（7）Xt以Se为横坐标，So 一"（污泥负荷）为纵坐标，可求得直线斜率 K。Xt2、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：=Y d-Kd Xv（8）dt dtY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X

4、v -混合液挥发性悬浮固体浓度，MLVSS活性污泥微生物每日在曝气池内的净增殖量为：X 二 Y （Sa - Se） Q - Kd V Xv（9）将上式各项除以XvV，得*YQe）_Kd（ 10Xv VXv V而 Q（So _Se） = F / MrXvVF/Mr污泥去除负荷以 X为纵轴，以Q（So 一Se）（污泥去除负荷）为横轴，直线斜率为 丫值，Kd Xv VXvV为纵轴截距。由下式求定:（11）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，02 =aQ（So - Se） bVX

5、v02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（02 Q（So Se）丄，abVXvVXv以Q（So -Se）（污泥去除负荷）为横坐标、-02为纵坐标，可求得a,b值。VXvVXv三、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、泵5、空气扩散管四、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

6、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 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/

7、M），待其稳定后，开始记录数据。&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。10、记录四组数据，实验完毕。五、实验数据记录与处理1、实验数据：Qr(l/d)Qv(l/d)So Ug/1)X(mg/1)Xv(mg/1)02Do (in/1)F/jBSVIV(l)SRI (d)2、计算结果:t (td)CSo-Se)/tt3!<So-Se)Z15?VdK/XvV1/

8、SeKt/(So-Se)02Av73、底物降解与底物浓度曲线:1.213&.4.20 C、11111J0204060801001204、活性污泥增长曲线:di/CXv+v).6 -.5-.4-.3 -.2 IIQ 侣 D-血)/XvV.8 1 1.2.1 -0 <|13,2.45、底物降解曲线:X*T/(So-Se)2.52 -L5 -1 -.& -01111111低0. 02.04.06.081.126、耗氧速度曲线：丽4.2LLLIII .2.4.6.811.2Q3-災）隔六、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

9、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。实验七活性污泥法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

10、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。回涼污泥图5.3活性污泥仿真实验的操作流程框图首先设

11、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

12、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活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

13、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=22C，将进水BOD&度仪表量程设 置为600 mg/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&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

14、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的监测台帐宀0 r*-404喇腿圣甥o o O0 5 0 02 1 1 s O6期日图5.5进水情况时间序列图骨口， 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/L12003-7-19751247.463.2611.582.7222003-7-210555657.323.0910.752.4432003-7-311253357.622.769.452.81420

15、03-7-411042543.792.528.833.8752003-7-511029631.902.137.665.2462003-7-612545053.012.056.803.9772003-7-711046748.592.568.853.5582003-7-812552563.332.297.563.1192003-7-910951253.382.769.503.03102003-7-108555045.883.8614.032.10112003-7-1111048750.322.789.693.13122003-7-1212048755.402.327.793.47132003-7-

16、1312544652.442.056.843.99142003-7-1412546054.282.076.873.86152003-7-1511044145.612.538.803.762)Oo o o W1 3 6 S日图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&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

17、；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=22C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18029.913.8014.303.0792.5210037.202.

18、9310.613.7390.7312045.042.117.214.3688.7414052.771.524.854.7186.8516059.991.193.544.7485.0618067.031.002.784.6183.2720073.980.952.614.3281.5822081.160.912.474.0479.7924088.610.882.353.7777.8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10C改

19、变至30C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C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/L去除率%11040053.462.026.895.3486.6421840047.072.046.964.6988.2

20、332640044.722.056.984.2788.8243040044.322.056.994.0688.9251020033.721.274.528.5483.1461820028.551.34.597.3585.7373020025.971.314.646.0687.02o 8 7 6 5 4 3 2 昧鮒蜒4120图5.8水温改变对活性污泥处理效果的影响水处理动力学参数测定实验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 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：-12 -# -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/(SO-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XTbi并可进一步求得vmax = 0.073 (1/h) = 1.75 (1/d)k2 = 0.00546 1/(d.mg/L)Ks=3855X 0.073 = 282 mg/L而相关系数R = 0.606 ;根据相关系数检验表，对于a =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