第5章1环境工程课件.ppt

1、主讲：王艺主讲：王艺.第一节、活性污泥法的基本原理第一节、活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的工艺流程一、活性污泥法的工艺流程回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池污水污水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥.活性污泥系统的主要组成活性污泥系统的主要组成 ：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；：1 1）泥水分离，保证出水水质；）泥水分离，保证出水水质；2 2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。：1 1）维持曝气池内的污泥浓度；）维持曝气池内的污泥浓度

2、；2 2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。：1 1）去除有机物的途径之一；）去除有机物的途径之一；2 2）维持系统的稳定运行）维持系统的稳定运行 ：为微生物提供溶解氧；搅拌。为微生物提供溶解氧；搅拌。.生活污水或城市废水的处理流程生活污水或城市废水的处理流程北京高碑店污水处理厂的工艺流程图北京高碑店污水处理厂的工艺流程图活性污泥系统活性污泥系统.高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置初沉池曝气池二沉池二期曝气池二沉池初沉池.正在运行的曝气池正在运行的曝气池.曝气池中的曝气头的布置曝气池中的曝气头的布置.活性污泥系统

3、有效运行的活性污泥系统有效运行的基本条件基本条件是：是：废水中含有足够的可溶性废水中含有足够的可溶性；混合液含有足够的混合液含有足够的；活性污泥在池内呈活性污泥在池内呈状态；状态；活性污泥连续活性污泥连续，及时排放，及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有进水中不含有对微生物对微生物的物质的物质.二、活性污泥的形态、性质及活性污泥微生物二、活性污泥的形态、性质及活性污泥微生物1、物理性质物理性质：“菌胶团菌胶团”“生物絮凝体生物絮凝体”颜色：颜色：褐色褐色、（土）黄色（土）黄色、铁红色铁红色 气味：泥土味（城市污水）气味：泥土味（城市污水）比重：略

4、大于比重：略大于1（1.002 1.006）粒径：粒径：0.02 0.2 mm 比表面积：比表面积：20 100cm2/ml.2、生化性能生化性能：活性污泥的含水率活性污泥的含水率：99.2 99.8%其中其中固体物质的组成：固体物质的组成：1）具有活性的微生物（）具有活性的微生物（Ma）：）：2）微生物内源代谢的残留物（）微生物内源代谢的残留物（Me）：）：3）吸附的原废水中难于生物降解的有机物）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）：）：4）无机物质（）无机物质（Mii）：有机物有机物7585%.3、活性污泥中的微生物：、活性污泥中的微生物：A细菌细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分是

5、活性污泥净化功能最活跃的成分 主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等特征：特征：1）绝大多数是）绝大多数是好氧好氧和和兼性兼性异养型的异养型的原核细菌原核细菌；2）在）在好氧好氧条件下，具有很强的条件下，具有很强的分解分解有机物的功能；有机物的功能；3）具有很高的）具有很高的增殖速率增殖速率，其世代时间仅为，其世代时间仅为20 30分钟；分钟；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团菌胶团”的功能。的功能。.0.1mmC

6、、原生动物原生动物-在活性污泥中大约为在活性污泥中大约为103个个/ml钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫.D、后生动物后生动物线虫轮虫.原（后）生动物作为原（后）生动物作为“指示性生物指示性生物”数量数量.活性污泥中几种常见微生物活性污泥中几种常见微生物.活性污泥中几种常见微生物活性污泥中几种常见微生物.4 4、活性污泥微生物的、活性污泥微生物的与活性污泥增与活性污泥增长长活性污泥中活性污泥中微生物的增殖微生物的增殖是活性污泥在曝是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长

7、。增长。活性污泥的活性污泥的增殖曲线增殖曲线.微生物量微生物量时间时间活性污泥的活性污泥的曲线曲线注意：注意：1）间歇静态培养；）间歇静态培养；2）底物是一次投加）底物是一次投加对数增殖期对数增殖期减速增殖期减速增殖期内源呼吸期内源呼吸期氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增殖曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线变化曲线(F)适应期适应期.有关概念有关概念F/M值值:在温度适宜、在温度适宜、DO充足、且不存在抑制物质的条件下，充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质相对数量，即有

8、机基质(Food)与微生物与微生物(Microorganism)的的比值，即比值，即F/M值。值。F/M值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。)(55dkgVSSkgBODXVBQLMFvisBOD实际上，实际上，F/M值就是以值就是以BOD5表示的表示的进水污泥负荷进水污泥负荷，即：，即：.活性污泥的活性污泥的曲线的分区曲线的分区 可将增殖曲线分为四个时期：可将增殖曲线分为四个时期：1)适应期适应期 2)对数增殖期对数增殖期 3)减速增殖期减速增殖期 4)内源呼吸期内源呼吸期.适应期 1）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的）定

9、义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的有机物污染物等的短暂的适应过程短暂的适应过程；2）活性污泥）活性污泥微生物的变化微生物的变化：数量数量基本没有变化；基本没有变化；菌体菌体体积体积增大；增大；酶系统酶系统相应调整；相应调整；新的新的变异变异。3）水质）水质指标指标基本无变化。基本无变化。.对数增殖期F/M值高值高(2.2 kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰富，营养物质，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；不是微生物增殖的控制因素；微生物的增值速率与基质浓度无关，呈微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应零级反应，仅由微，仅由微生物本身特有的最小世代时间

10、所控制，即只受微生物自身生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，以微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率增殖最高速率增殖，合成新细胞；合成新细胞；活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀性能不佳沉淀性能不佳；活性污泥的活性污泥的代谢速率极高代谢速率极高，需氧量大；，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高负荷活高负荷活性污泥法性

11、污泥法）.减速增长期F/M值下降到一定水平后，值下降到一定水平后，有机物的浓度有机物的浓度成为微生物增殖的成为微生物增殖的控制因素；控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反应一级反应；有机底物的有机底物的降解速率降解速率也开始下降；也开始下降；微生物的微生物的增殖速率增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为在逐渐下降，直至最终下降为零零，但活性，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；污泥的量仍持续增长并最终达到最高；絮凝体开始形成絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；好；出水水质出水水质

12、有较大改善，且整个系统运行稳定；有较大改善，且整个系统运行稳定；大多数污水厂曝气池的大多数污水厂曝气池的运行工况运行工况。.微生物量微生物量时间时间活性污泥的增殖曲线对数增殖期对数增殖期减速增殖期减速增殖期内源呼吸期内源呼吸期氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增殖曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线变化曲线(F)适应期适应期.内源呼吸期内源呼吸的速率在本期之初首次内源呼吸的速率在本期之初首次超过超过了合成速率，了合成速率，因此从整体上来说，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少活性污泥的量在减少，最终所，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的

13、残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，污泥的无机化程度较高，沉降性能良好沉降性能良好，但凝聚性，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好处理水质良好；一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如如延时曝气法延时曝气法。.活性污泥规律的应用：1）活性污泥的增殖状况，主要是由）活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值值所控制；所控制；2）不同增殖期的活性污泥，性能不同，）不同增殖期的活性污泥，性能不同，出水水质出水水质也不同；也不同；3）通过调整）通过调整F/M值，

14、可值，可调控曝气池的运行工况调控曝气池的运行工况，以，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法：）推流式活性污泥法：一段线段一段线段；完全混合式活性污泥法：完全混合式活性污泥法：一个点一个点5）尽量缩短适应期）尽量缩短适应期6）使用对数期细菌进行接种）使用对数期细菌进行接种.微生物量微生物量时间时间活性污泥的增殖曲线活性污泥的增殖曲线对数增殖对数增殖减速增殖减速增殖内源呼吸内源呼吸适应期适应期.三、活性污泥净化反应过程 同时也是曝气池内活性污泥降解有机物的过程同时也是曝气池内活性污泥降解有机物的过程1、初期吸附去除、初期吸附去除

15、 1）污泥与污水混合接触（传质反应）；）污泥与污水混合接触（传质反应）；2）污泥吸附有机物。）污泥吸附有机物。.特点：1）过程较快过程较快：30分钟内完成（取决于微生物活性、分钟内完成（取决于微生物活性、传质条件）；传质条件）；2）效率较高效率较高：可达：可达70%（取决于有机物存在状态，（取决于有机物存在状态，即溶解性有机物含量）即溶解性有机物含量）；3）去除效率有一定的限量去除效率有一定的限量（取决于微生物表面积、（取决于微生物表面积、吸附容量、有机物含量及状态）吸附容量、有机物含量及状态）；4）属于表观去除属于表观去除：水中：水中BOD含量下降，但未被降含量下降，但未被降解。解。.三、活

16、性污泥净化反应过程2、微生物的降解代谢、微生物的降解代谢 微生物降解过程微生物降解过程：C、H、O、N、S +O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量 (有机物)内源呼吸内源呼吸（也称细胞物质的（也称细胞物质的自身氧化自身氧化）C、H、O、N、S +能量 C5H7NO2 合成反应合成反应（也称（也称合成代谢合成代谢、同化作用）、同化作用）分解反应分解反应（又称氧化反应、异化代谢、（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢分解代谢）.内源呼吸产物内源呼吸产物 +能量能量(CO2、H2O、NH3、SO42-)污水中的可污水中的可降解有机物降解有机物新细胞物质新细胞物质（C5H7NO2）代谢产物代谢产

17、物 (CO2、H2O、NH3、SO42-)(1/3)分解代谢分解代谢(2/3)合成代谢合成代谢+异养微生物异养微生物O2 能量能量净增细胞物质净增细胞物质内源呼吸内源呼吸80%20%内源呼吸残留物内源呼吸残留物O2无机代谢产物无机代谢产物少量能量少量能量剩余污泥剩余污泥.分解与合成的相互关系：1）二者相互依赖，不可分：）二者相互依赖，不可分：a）分解过程为合成提供）分解过程为合成提供能量能量和和前体物前体物，而合成则给分解提供，而合成则给分解提供物质基础物质基础；b）分解过程是一个）分解过程是一个产能产能过程，合成过程则是一个过程，合成过程则是一个耗能耗能过程。过程。能量能量能量能量ATP A

18、DP+Pi分解分解合成合成分解代谢分解代谢能量能量ATPADP+PiATPADP+Pi2)对废水中有机物的去除，二者都有重要贡献；对废水中有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影响）合成量的大小，对于后续污泥的处理有直接影响 （污泥的处理费用约占整个城市污水处理厂的（污泥的处理费用约占整个城市污水处理厂的40 50%）。）。.第二节、活性污泥净化反应影响因素第二节、活性污泥净化反应影响因素 与主要设计运行参数与主要设计运行参数一、活性污泥净化反应影响因一、活性污泥净化反应影响因素素1)营养物质营养物质：细胞组成中，细胞组成中，C、H、O、N约占约占90 97

19、%，其余其余3 10%为无机营养元素，其中主要的有为无机营养元素，其中主要的有P 生活污水一般不需再投加营养物质；生活污水一般不需再投加营养物质；某些工业废水需要投加营养物质：某些工业废水需要投加营养物质：好氧生物处理，应按好氧生物处理，应按BOD5 N P=100 5 1 投加投加N和和P 厌氧生物处理，应按厌氧生物处理，应按COD N P=200 5 1 投加投加N和和P 其它无机营养元素：其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；等；微量元素：微量元素：Fe、Co、Ni、Mo等；等；.2）溶解氧）溶解氧（DO）：）：出口处出口处2 mg/L；进口处；进口处 1mg/L一、活性污泥净化

20、反应影响因素一、活性污泥净化反应影响因素3）pH值值：影响细胞质膜上的电荷性质影响细胞质膜上的电荷性质 吸附吸收吸附吸收;多数微生物的最适宜多数微生物的最适宜pH为为6.5 8.5；pH 4.5时时,真菌将占优势真菌将占优势,易引起易引起污泥膨胀污泥膨胀；微生物的活动也会影响混合液的微生物的活动也会影响混合液的pH值。值。.4）水温水温：在一定范围内，随着温度的升高，反应、增殖在一定范围内，随着温度的升高，反应、增殖速率加快；速率加快；一般，温度每升高一般，温度每升高1010 C C，反应速率会增高，反应速率会增高1 1倍倍 细胞内的如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温细胞内的如蛋白质、核酸等对温

21、度很敏感，温度度突升突升或或突降突降并超过一定限度时，会有不可逆的破并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；坏；最适宜温度最适宜温度1515 3030 C C；4040 C C或或 1010 C C，会有不利，会有不利影响。影响。一、活性污泥净化反应影响因素一、活性污泥净化反应影响因素.温度与细菌生物活性之间的关系温度与细菌生物活性之间的关系注：图中的纵标为相对活性，以注：图中的纵标为相对活性，以25 C为基准。为基准。中温带中温带好氧细菌好氧细菌厌氧细菌厌氧细菌厌氧细菌厌氧细菌温度（温度（C）高温带高温带相对活相对活性性.5）有毒物质（抑制物质）有毒物质（抑制物质）重金属：蛋白质的沉淀剂（变性；

22、与重金属：蛋白质的沉淀剂（变性；与-SH结合结合而失活）而失活）氰化物：氰化物：H2S或硫化物：或硫化物：卤族元素及其化合物：卤族元素及其化合物：酚、醇、醛：使蛋白质变性或脱水酚、醇、醛：使蛋白质变性或脱水 染料。染料。有毒物质的毒性与浓度相关有毒物质的毒性与浓度相关一、活性污泥净化反应影响因素一、活性污泥净化反应影响因素.活性污泥系统中有毒物质的最高允许浓度：有毒物质有毒物质允许浓度允许浓度(mg/l)有毒物质有毒物质允许浓度允许浓度(mg/l)铜化合物(以Cu计)0.51.0苯10锌化合物(以Zn计)513氯苯10镍化合物(以Ni计)2对苯二酚15铅化合物(以Pb计)1.0间苯二酚450锑

23、化合物(以Sb计)0.2邻苯二酚100镉化合物(以Cd计)15间苯三酚100钒化合物(以V计)5邻苯三酚100银化合物(以Ag计)0.25苯胺100铬化合物(以Cr计)25二硝基甲苯12 (以Cr3+计)2.7甲醛160 (以Cr6+计)0.5乙醛1000硫化物(以S2-计)525二甲苯7 (以H2S计)20甲苯7氢氰酸氰化钾18氯苯10硫氰化物36吡啶400砷化合物(以As3+计)0.72.0烷基苯磺酸盐15汞化合物(以Hg计)0.5甘油5.二、二、活性污泥的性能指标、设计运行参数活性污泥的性能指标、设计运行参数1 1、活性污泥微生物量的指标、活性污泥微生物量的指标（1 1）混合液悬浮固体浓

24、度（）混合液悬浮固体浓度（MLSSMLSS）全部污泥：全部污泥：MLSS=MLSS=M Ma a+M+Me e+M+Mi i+M+Miiii 一般情况下，一般情况下，MLSS3000 MLSS3000 mg/Lmg/L 最常用、重要的指标，但不能准确反映最常用、重要的指标，但不能准确反映MaMa。（2 2）混合液挥发性悬浮固体浓度（）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSSMLVSS）MLVSS=MLVSS=M Ma a+M+Me e+M+Mi i 相对准确，但难以测量。相对准确，但难以测量。SSVSSMLSSMLVSS在条件一定时，在条件一定时，较稳定；较稳定；对于处理城市污水的活性污泥系统，一

25、般为对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.750.85.2 2、活性污泥的沉降性能指标：活性污泥的沉降性能指标：（1 1）污泥沉降比（）污泥沉降比（SVSV）（Sludge VolumeSludge Volume）定义：将曝气池中的定义：将曝气池中的混合液混合液在量筒中静置在量筒中静置30分钟分钟，其沉淀污，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以泥与原混合液的体积比，一般以%表示；表示；功能：功能：a、相对简单的反映出污泥量的大小，通过剩余污泥的、相对简单的反映出污泥量的大小，通过剩余污泥的排放控制排放控制MLSSMLSS。b、能相对地反映污泥的凝聚、沉降性能，可用以早期、能相对地反映污泥的

26、凝聚、沉降性能，可用以早期监测和控制监测和控制污泥膨胀污泥膨胀；正常范围：正常范围：20 30%非常实用、重要的指标参数。非常实用、重要的指标参数。.SVSV的测定的测定0min15min30minSV=40%.（2 2）污泥体积指数（）污泥体积指数（SVISVI）定义：曝气池出口处混合液经定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，分钟静沉后，1g干污泥所形干污泥所形成的污泥体积，成的污泥体积，(ml/g)/()/(lgMLSSlmlSVSVI 功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多，说明泥粒小

27、，密实，无机成分多 其值过高其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀正常范围：正常范围：70 100 ml/g（处理城市污水时）（处理城市污水时）)/()/(%)lgMLSSlmlSVSVI10.污泥体积指数（污泥体积指数（SVI）的应用：）的应用：.（3 3）污泥龄（）污泥龄（c c）定义定义：生物固体在曝气池内的平均停留时间。：生物固体在曝气池内的平均停留时间。为保证为保证MLSSMLSS的恒定，的恒定，每日剩余污泥排放量每日剩余污泥排放量 =污泥增值量污泥增值量公式：公式：c c=活性污泥总量活性污泥总量/每日剩余污泥排放量（天）每日剩余污

28、泥排放量（天）作用：作用：a a：确定回流污泥量（回流比）；：确定回流污泥量（回流比）；b b：优势菌群的选择：世代时间：优势菌群的选择：世代时间 c c，才能在曝，才能在曝气池内存在气池内存在 微生物世代时间长，则增殖慢，剩余污泥量小。微生物世代时间长，则增殖慢，剩余污泥量小。.4 4、BOD-BOD-污泥负荷（污泥负荷（NsNs）：）：定义定义：每千克活性污泥，每天可降解的：每千克活性污泥，每天可降解的BOD数量。数量。(F/M)单位：单位：kgBOD/kgMLSSd 最重要的运行设计参数。最重要的运行设计参数。5 5、BOD-BOD-容积负荷（容积负荷（NvNv）：）：定义定义：每立方米曝气池容积，每天可降解的：每立方米曝气池容积，每天可降解的BOD数量。数量。单位：单位：kgBOD/m3d Nv=NsX 主要使用主要使用Ns Ns的选取：高值，则容积较小，但出水水质相对较差；的选取：高值，则容积较小，但出水水质相对较差；低值，则容积较大，但出水水质相对较好；低值，则容积较大，但出水水质相对较好；中值，则中值，则SVI较高，易出现污泥膨胀。较高，易出现污泥膨胀。一般情况：一般情况：Ns 0.5 kgBOD/kgMLSSd.