【技术资料】活性污泥法的Lawrence-McCarty模式

第三节 活性污泥法的反应动力学原理及其应用(二、三)

二、Lawrence—McCarty模式：

1、 有关基本概念：

    ① 微生物比增殖速率： 

    ② 单位基质利用率： 

    ③ 生物固体平均停留时间（又称细胞平均停留时间，在工程上习称污泥龄）：

      在反应系统内，微生物从其生成开始到排出系统的平均停留时间；也可以说是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的平均时间；从工程上来说，就是反应系统内微生物总量与每日排放的剩余污泥量的比值，以 表示，单位为d，即： 

    式中: ——每日增殖的微生物量，稳态运行时，就是每日排放的剩余污泥量。

因此：

    简化后，则： 

    ④ 与 的关系：  ，而  ，所以有：   或

2、L—M模式的基本方程式：

① 第一基本方程式：

前面已有：  

式中   ——微生物的产率系数， ；

      ——自身氧化系数，又称衰减常数， ，（ ）；

经整理后：   

表示的是污泥龄（ ）与产率系数Y、基质比利用速率（q）及自身氧化系数之间的关系。

② 第二基本方程式：

认同莫诺德模式：   

认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即

式中：  ——反应器内的基质浓度；

        ——单位生物量的最大基质利用速率；

        ——半速常数。

表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。

3、L-M模式的导出方程式

① 第一导出方程——出水水质 与污泥龄 之间的关系：（对于完全混合式）

将    代入：

则有：  

Lawrence—McCarty建议的排泥方式：

    两种排泥方式：I.剩余污泥从污泥回流系统排出； II.剩余污泥从曝气池直接排出。

第二种排泥方式的优点：1）减轻了二沉池的负担；2）可将剩余污泥单独浓缩处理；3）便于控制曝气池的运行。

    因此按这种排泥方式的污泥龄的计算就可以变得更简单，如下：

     简化后， 

     由此可看出这种排泥方式更有利于控制和运行管理。

② 第二导出方程——曝气池内微生物浓度 与污泥龄 的关系

    对曝气池作有机底物的物料衡算：

    底物的净变化率 = 底物进入曝气池的速率 - 底物从曝气池中消失的速率

    代入第一基本方程有： 

    由于 ，则有： 

    上式说明：曝气池中微生物量浓度是与有机物的浓度、 和曝气时间等有关的。

式中 ，可以称为污泥循环因子，其物理意义为：活性污泥从生长到被排出系统期间与废水的平均接触次数。

③ 第三导出方程——回流比 与 之间的关系

    对曝气池的生物量进行物料衡算：

   （曝气池内生物量的净变化率）=（生物量进入曝气池的速率）-（生物量离开曝气池的速率）

    其中  ，   所以：

所以：   

式中： ——回流污泥的浓度，可由下式估算： 

注意：1）是近似值；2）由 算出的是 值，应再换算成 。

④ 产率系数（ ）与表观产率系数（ ）之间的关系：

产率系数（ ）是指单位时间内，微生物的合成量与基质降解量的比值，即： 

表观产率系数（ ）是指单位时间内，实际测定的污泥产量与基质降解量的比值，

            即： 

将 ，以及  代入，则有： 

该式还提供了通过试验求 及 的方法，将其取倒数后得：

    以 对 作图，即可求得 及 值。     其中

⑤  与Se及E的关系：(见附图3)

  升高  Se 下降  E  升高；      下降  Se  升高 E   下降

因此，对于一个活性污泥系统有一个

可以通过假定Se = SI并代入   

则有：

一般， ，所以， 

⑥ 对方程式的推论

已有：     因   ，所以，

活性污泥处理系统一般为低基质浓度，即 ,所以，  ，  其中 

又：    ，

所以：   在稳态下， 

所以：              

三、动力学参数的测定

动力学参数 、 、 、 是模式的重要组成部分，一般是通过实验来确定的。

①  、 的确定：

   将下式：          取倒数，得：

    式中        所以   

   取不同的 值，即可计算出 值，绘制 关系图，

    图中直线的斜率为 值，截距为 值。

②  、 值的确定

    已知        以及  

    取不同的 值，并由此可以得出不同的 值，代入上式，可得出一系列 值。

    绘制的 关系图，图中直线的斜率为 值，截距为 值。