1、第八章第八章 活性污泥法活性污泥法(Activated Sludge)（1）v第一节：污水生物处理的基本概念和第一节：污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础生化反应动力学基础v第二节：活性污泥法的基本概念第二节：活性污泥法的基本概念v第三节：活性污泥法的发展第三节：活性污泥法的发展v第四节、氧传递和曝气设备第四节、氧传递和曝气设备v第五节、活性污泥系统工艺设计第五节、活性污泥系统工艺设计v第六节、二次沉淀池第六节、二次沉淀池v第七节、运行和管理第七节、运行和管理本章内容本章内容第一节第一节 污水生物处理的基本概念和污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础生化反应动力学基础u基本概念和原理
2、；基本概念和原理；u微生物生长规律和生长环境；微生物生长规律和生长环境；u微生物反应速率、反应级数；微生物反应速率、反应级数；u微生物生长动力学；微生物生长动力学；u废水的可生化性废水的可生化性。污水生物处理：污水生物处理：利用微生物的新陈代谢作用，对污水利用微生物的新陈代谢作用，对污水中的污染物质进行分解和转化，从而中的污染物质进行分解和转化，从而达到对污水的净化处理。达到对污水的净化处理。一、概述一、概述 真核生物真核生物 （细胞具有核（细胞具有核膜和细胞器）膜和细胞器）原核生物原核生物（无明显的无明显的核和细胞器）核和细胞器）动物动物（多细胞，能运动，具（多细胞，能运动，具有分化的细胞组
3、织，异养）有分化的细胞组织，异养）植物植物（多细胞，不运动，具（多细胞，不运动，具有细胞组织，有光合作用）有细胞组织，有光合作用）真菌真菌（大部分为多细胞，（大部分为多细胞，不运动，异养，分解者）不运动，异养，分解者）原生生物原生生物（大部分为单细胞，（大部分为单细胞，运动，异养，分解者）运动，异养，分解者）细菌细菌（单细胞，部分能运动，部分（单细胞，部分能运动，部分异养，分解者，部分有光合作用）异养，分解者，部分有光合作用）轮虫轮虫苔藓，苔藓，藻类藻类酵母，酵母，蘑菇蘑菇鞭毛虫鞭毛虫微生物分类微生物分类污水生物处理分类污水生物处理分类v按微生物生长方式按微生物生长方式悬浮生长法（活性污泥法）
4、悬浮生长法（活性污泥法）附着生长法（生物膜法）附着生长法（生物膜法）v按微生物对溶解氧的要求按微生物对溶解氧的要求好氧生物处理好氧生物处理厌氧生物处理厌氧生物处理缺氧生物处理缺氧生物处理按微生物生长方式分类按微生物生长方式分类v悬浮生长法悬浮生长法（活性污泥法）通过适当的混合方法使微生物在生物处理构筑物中保持悬浮状态，并与污水中的有机物充分接触，完成对有机物的降解。v附着生长法附着生长法（生物膜法）微生物附着在某种载体上生长，并形成生物膜。污水经过生物膜时，微生物与污水中的有机物接触，完成对污水的净化。按微生物对溶解氧需求分类按微生物对溶解氧需求分类v好氧生物处理好氧生物处理 水中存在溶解的分
5、子氧存在溶解的分子氧的条件下进行的生物处理过程，是城镇污水处理所采用的主要方法。e.g.活性污泥法、生物膜法。v缺氧生物处理缺氧生物处理 水中无溶解的分子氧，但存在化合态氧无溶解的分子氧，但存在化合态氧(NO3-,SO42-,S2O32-,PO43-,CO2等)的条件下进行的生物处理过程。v厌氧生物处理厌氧生物处理 水中即无溶解的分子氧，也无化合态氧无溶解的分子氧，也无化合态氧的条件下进行的生物处理过程，常用于高浓度有机污水的处理。生物处理法生物处理法好氧好氧厌氧厌氧自然自然条件条件人工人工条件条件水体自净：天然水体、氧化塘水体自净：天然水体、氧化塘土壤净化：污水灌溉土壤净化：污水灌溉悬浮生物
6、法：活性污泥法、氧悬浮生物法：活性污泥法、氧化塘、氧化沟化塘、氧化沟固着生物法：生物滤池、生物转盘、固着生物法：生物滤池、生物转盘、接触氧化、好氧性生物流化床接触氧化、好氧性生物流化床自然自然条件条件人工人工条件条件高温堆肥高温堆肥厌氧塘厌氧塘悬浮生物法：上流式厌氧污泥床、悬浮生物法：上流式厌氧污泥床、化粪池、厌氧消化化粪池、厌氧消化固着生物法：厌氧滤池、厌氧流化床固着生物法：厌氧滤池、厌氧流化床二、基本概念和原理二、基本概念和原理v代谢代谢v底物底物v自养和异养自养和异养v好氧生物过程好氧生物过程v厌氧生物过程厌氧生物过程v生物脱氮理论生物脱氮理论v生物除磷理论生物除磷理论2.1.代谢代谢(
7、metabolism):分解代谢，合成代谢分解代谢，合成代谢（1）分解代谢分解代谢(catabolism)：微生物将自身或外来微生物将自身或外来的各种物质分解以获取能量的过程，也称为的各种物质分解以获取能量的过程，也称为异化作用异化作用。C6H12O6+6O2 6CO2 +6H2O G=-2880 kJ 好氧呼吸好氧呼吸(aerobic respiration):以分子氧作为最终电子以分子氧作为最终电子受体受体;厌氧呼吸厌氧呼吸(anaerobic respiration):以化合态氧作为最终电子以化合态氧作为最终电子受体受体;发酵发酵(fermentation):微生物细胞将有机物氧化释放的
8、电子微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。能量并产生各种不同的代谢产物。C6H12O6 2 C2H5OH+2 CO2 G=-244.9 kJ glucose+3NO3-+3H2O 6HCO3-+3NH4+,G=-1796 kJ glucose+3SO42-+3H+6HCO3-+3SH-,G=-453 kJ根据最终电子受体分类根据最终电子受体分类：(2)合成代谢合成代谢(anabolism)：微生物利用一部分底物微生物利用一部分底物或分解代谢过程中产生的中间产物，在合成酶的
9、作或分解代谢过程中产生的中间产物，在合成酶的作用下合成微生物细胞的过程，也称为用下合成微生物细胞的过程，也称为同化作用同化作用。2.1.代谢代谢(cond)根据能源的来源分类：根据能源的来源分类：外源性呼吸：外源性呼吸：微生物用外界供给的能源进行呼吸内源性呼吸（内源代谢）内源性呼吸（内源代谢）：微生物则利用自身内部储存的能源进行呼吸。e.g.细胞质进行自身氧化并释放能量。(3)微生物的新陈代谢体系微生物的新陈代谢体系2.2.底物底物(substrate):在代谢过程中，微生在代谢过程中，微生物可以利用污水中大部分有机物和部分无物可以利用污水中大部分有机物和部分无机物作为营养源，这些可被微生物利
10、用的机物作为营养源，这些可被微生物利用的物质，即称为物质，即称为底物底物。微生物的微生物的新陈代谢新陈代谢 分解代谢分解代谢(异化作用异化作用)合成代谢合成代谢(同化作用同化作用)复杂物质分解复杂物质分解为简单物质为简单物质+能量能量微生物增殖微生物增殖释放释放2.3.自养和异养自养和异养v根据微生物进行分解代谢时所利用的底物，根据微生物进行分解代谢时所利用的底物，可将微生物分为两种类型：可将微生物分为两种类型：异养微生物异养微生物(heterotrophic organism)：底物为：底物为有机物有机物，如蛋白质、糖等，如蛋白质、糖等自养微生物自养微生物(autotrophic organ
11、ism)：底物为：底物为无无机物机物，以，以CO2为主要或唯一碳源，无机氮为氮源为主要或唯一碳源，无机氮为氮源2.4.好氧生物处理过程好氧生物处理过程有机物有机物+氧氧+微生物微生物(C,O,H,N,S,P)分解分解(1/3)合成细胞合成细胞物质物质+氧氧+微生物微生物 热热80%20%内源代谢产物内源代谢产物+能量能量(CO2,H2O,NH3)内源代谢产内源代谢产物残留物物残留物CO2,H2O,NH3,SO42-,P43-+能量能量内源内源代谢代谢好氧生物处理过程有机物转化示意图好氧生物处理过程有机物转化示意图合成合成(2/3)(2)好氧生物处理过程的生化反应方程式：好氧生物处理过程的生化反
12、应方程式：I.分解反应（氧化反应、异化代谢、分解代谢）分解反应（氧化反应、异化代谢、分解代谢）微生物 CHONS +O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量能量（有机物的组成元素）（有机物的组成元素）III.内源呼吸（细胞物质的自身氧化）内源呼吸（细胞物质的自身氧化）C5H7NO2+O2 CO2+H2O+NH3+SO42-+能量能量 II.合成反应（合成代谢、同化作用）合成反应（合成代谢、同化作用）CHONS +能量能量 C5H7NO2微生物(1)在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：稳定的，一般可用下列
13、实验式来表示：细菌：细菌：C5H7NO2；真菌：真菌：C16H17NO6；藻类：藻类：C5H8NO2；原生动物：；原生动物：C7H14NO32.4.好氧生物处理过程好氧生物处理过程(cond)2.4.好氧生物处理过程好氧生物处理过程(cond)(3)好氧生物处理的特点：好氧生物处理的特点：p反应速率快，所需的反应时间较短；反应速率快，所需的反应时间较短；p处理构筑物容积较小；处理构筑物容积较小；p处理过程中散发的臭味较少；处理过程中散发的臭味较少；p适用于中、低浓度的有机污水，或适用于中、低浓度的有机污水，或BOD5 2000 mg/L的有机污水的有机污水。废水生物脱氮的基本过程：废水生物脱氮
14、的基本过程：氨化氨化硝化硝化反硝化反硝化。241NONH 322NONO硝化反应分为两步进行：总的硝化反应：HOHNOONH2223242.6.生物脱氮理论生物脱氮理论v氨化氨化：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮微生物氧化分解为氨氮v硝化硝化：废水中的氨氮在：废水中的氨氮在好氧好氧自养型微生物（统称为微生物（统称为硝化菌）的作用下被转化为硝化菌）的作用下被转化为NO2 和和NO3 v反硝化反硝化：废水中的：废水中的NO2 和和/或或NO3 在在缺氧缺氧条件下在条件下在反硝化菌（反硝化菌（异养型细菌）的作
15、用下被还原为细菌）的作用下被还原为N2的过的过程。程。生物脱氮过程示意图生物脱氮过程示意图2.7.生物除磷理论生物除磷理论v磷在废水中的存在形式：磷酸盐（磷在废水中的存在形式：磷酸盐（PO43-,HPO42-,H2PO4-）、聚磷酸盐和有机磷）、聚磷酸盐和有机磷v磷细菌：可以过量地、超出其生理需要地从外部磷细菌：可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内：摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内：除磷菌过量摄取磷：在除磷菌过量摄取磷：在好氧好氧条件下，除磷菌合成聚磷条件下，除磷菌合成聚磷酸盐并将之贮存在体内；酸盐并将之贮存在体内；除磷菌的磷释放：在除磷菌的磷
16、释放：在厌氧厌氧条件下，除磷菌分解聚磷酸条件下，除磷菌分解聚磷酸盐产生磷酸，并将之排除体外；盐产生磷酸，并将之排除体外；富磷污泥的排放：在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧富磷污泥的排放：在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。的目的。3.1.3.1.微生物的生长规律微生物的生长规律三、微生物的生长规律和生长环境三、微生物的生长规律和生长环境培养时间培养时间(h)细胞数目的对数细胞数目的对数活菌数活菌数微生物生长曲线微生
17、物生长曲线IIIIIIIV适应期适应期生生长长期期稳定期稳定期衰亡期衰亡期3.1.微生物生长规律微生物生长规律(cond)v适应期适应期(延迟期延迟期)：几分钟-几小时微生物细胞刚进入新环境，需要适应新的环境。v生长期生长期(对数增长期对数增长期)：底物大量消耗，细胞增加数量与培养时间呈直线关系v稳定期稳定期(减速增长期减速增长期)：微生物升值速度与死亡率趋于平衡营养物质减少，微生物活动能力降低，菌胶团细菌之间易于相互黏附，形成活性污泥絮体。活性污泥具有一定的氧化有机物的能力及良好的沉降性能。v衰亡期衰亡期(内源呼吸期内源呼吸期)：微生物细胞靠内源呼吸代谢以维持生存，许多细胞出现自溶。生长速率
18、为零，而死亡速率随时间延长而加快；絮凝体吸附有机物的能力显著，但污泥活性低，污泥较松散。3.2.控制微生物生长期对污水生物处理的重要性：控制微生物生长期对污水生物处理的重要性：v生长期生长期需要充足的营养物质，但高浓度的有机物进水含量易造成出水的有机物超标，使出水达不到排放要求。此时的微生物活性强，活性污泥不容易聚集和沉降，给泥水分离造成一定困难。v衰亡期末期衰亡期末期处理过的污水含有机物浓度低微生物氧化分解有机物的能力差，所需反应时间长。v通常将活性污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期。通常将活性污泥控制在稳定期末期和衰亡期初期。活性污泥即具有较强的氧化和吸附有机物的能力，又具有良好的沉降性能。
19、3.3.微生物的生长的影响因素微生物的生长的影响因素营养、温度、营养、温度、pH、溶解氧、有毒物质、溶解氧、有毒物质v微生物的营养微生物的营养好氧：BOD5:N:P=100:5:1 （碳源：BOD5；N：NH3-N；P：PO43-P）厌氧：C/N比：（120）：1在废水处理中要先分析废水水质v低碳：投加生活污水或米泔水、淀粉浆料等v低N：投加尿素、硫酸铵等v低P：投加磷酸钠、磷酸钾等3.3.微生物的生长的影响因素微生物的生长的影响因素(cond)v反应温度反应温度微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性和低温性（嗜冷菌）四类。好氧：中温性微生物为主；厌氧：中温性和高温性微生物为主。最低温最
20、低温度度最适温度最适温度最高温度最高温度低温低温性性O5103O常温常温性性5103040中温中温性性10304050高温高温性性30506070803.3.微生物的生长的影响因素微生物的生长的影响因素(cond)vpH好氧：pH 6.5 8.5厌氧：pH 6.7 7.4废水pH变化较大：设置调节池v溶解氧溶解氧好氧：溶解氧浓度24 mg/L厌氧:当有氧存在时，会形成H2O2积累，对微生物细胞产生毒害作用，使其无法生长。v设备要严格密封，隔绝空气。v有毒物质：有毒物质：破坏细菌细胞的正常结构、使菌体内的酶变质并失去活性有毒物质包括：v重金属离子（铅、铜、铬、砷、铜、铁、锌等）v有机物类(酚、甲
21、醛甲醇、苯、氯苯等)v无机物类(硫化物、氰化钾、氯化钠、硫酸根、硝酸根等）。3.3.微生物的生长的影响因素微生物的生长的影响因素(cond)废水生物处理有毒物质允许浓度废水生物处理有毒物质允许浓度4.1.4.1.反应速率：在污水生物处理中，单位时反应速率：在污水生物处理中，单位时间内底物的减少量或细胞的增加量。间内底物的减少量或细胞的增加量。底底物物(S)细胞细胞(X)最终产物最终产物(P)合成合成分解分解生化反应过程底物生化反应过程底物变化示意图变化示意图)(1)(ZPYXSdtdXYdtdSdtdSYdtdXS,X:底物、微生物浓度底物、微生物浓度 Y:反应系数反应系数/产率系数产率系数
22、Y=dX/dS,g(生物量生物量)/g(降解的底物降解的底物)四、微生物的反应速率和反应级数四、微生物的反应速率和反应级数nkSdtdSvv:反应速率反应速率 n:反应级数反应级数k:反应速率常数反应速率常数4.2.反应级数：反应级数：vn=0:零级反应零级反应；v=k,即反应速率不即反应速率不受反应物浓度影响受反应物浓度影响;kSnvlglglg对上式两边取对数：对上式两边取对数：ktSSkdtdSAAA0SA零级反应示意图零级反应示意图t0k1ktSSA0A4.2.反应级数反应级数(cond)：vn=1:一级反应一级反应，v=kSAvn=2:二级反应二级反应,v=kSA2tkSSkdtSd
23、SkSdtdSAAAAAA3.2lglg0t0Lg SA一级反应示意图一级反应示意图k/2.31t3.2kSlglgSA0AktSSkdtSdSkSdtdSAAAAAA022111/SAt二级反应示意图二级反应示意图0k1kt1S10AAS01ASt3.2kSlglgSA0A4.2.反应级数反应级数(cond)：lg vlg S零级零级11一级一级12二级二级 某种污水在一连续进水和完全均匀混合的某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器里进行处理，假设反应是不可逆的，反应器里进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应且符合一级反应(v=kSA),反应速率常数反应速率常数k为为0.15 d-
24、1,求解当反应池容积为求解当反应池容积为20 m3、反、反应效率为应效率为98%时，该反应器能够处理的污时，该反应器能够处理的污水流量。水流量。例题例题1t3.2kSlglgSA0A例题例题1解答：解答：tkSSAA3.2lg0t3.215.0%)981/(1lgdayt1.26daymdaymtVQ/77.01.26/20/33tkSSAA3.2lglg0一级反应：微生物群体增长的决定性条件为营养，当外部微生物群体增长的决定性条件为营养，当外部电子受体、适宜的物理电子受体、适宜的物理/化学环境都具备时：化学环境都具备时：XdtdXdX/dt:微生物群体增长速率；微生物群体增长速率；X：现有微
25、生物群体浓度：现有微生物群体浓度,ML-3：比增长速率比增长速率,T-1SKSsmaxMonod方程方程S:限值增长的限值增长的底物浓度底物浓度,ML-3；max：最大比增长速率：最大比增长速率,T-1;Ks:饱和常数，即饱和常数，即=max/2时的底物浓度时的底物浓度,ML-35.1.微生物群体增长速率微生物群体增长速率五、微生物生长动力学五、微生物生长动力学maxmax/2S比增长速度与底物浓度的关系比增长速度与底物浓度的关系一级反应区一级反应区(n=1)混合反应区混合反应区(0n Ks:r=rmax,dS/dt=rmaxX，即底物的，即底物的降解速率仅与微生物的浓度有关，呈一级反降解速率
26、仅与微生物的浓度有关，呈一级反应关系。应关系。2.Ks S：r=rmaxS/Ks=KS，dS/dt=KXS，即底物降解速率与底物浓度呈一级反应关系，即底物降解速率与底物浓度呈一级反应关系，微生物增长处于稳定期或衰亡期。微生物增长处于稳定期或衰亡期。t 内，被利用的底物内，被利用的底物S=(S)s+(S)ee)dtdS(s)dtdS(u)dtdS(总底物利用速率总底物利用速率用于合成的底物利用速率用于合成的底物利用速率用于提供能量的用于提供能量的底物利用速率底物利用速率底物可分成两个部分：用于合成底物可分成两个部分：用于合成+提供能量提供能量5.3.微生物增长与有机底物降解微生物增长与有机底物降
27、解5.3.微生物增长与有机底物降解微生物增长与有机底物降解(cond)微生物的生长分为两部分：合成微生物的生长分为两部分：合成+内源代谢内源代谢edtdXsdtdXgdtdX微生物净增微生物净增长速率长速率微生物合成速率微生物合成速率内源呼吸或内内源呼吸或内源代谢速率源代谢速率XdK内源代谢系数内源代谢系数/衰减系数，衰减系数，T-1现有微生物浓度现有微生物浓度udtdSYY:被利用的单位底物量转被利用的单位底物量转换成微生物体量的系数换成微生物体量的系数(未未将内源代谢造成的微生物将内源代谢造成的微生物减少量计算在内减少量计算在内)YKYdtdSXrorKdtdSXYXdtdXXKdtdSY
28、dtdXdududug11/比底物利用速率比增长速率5.3.微生物增长与有机底物降解微生物增长与有机底物降解(cond)rYobsuobsgdtdSYdtdXSchroederSherrard提出：年&1973dobsKYY1 废水可生化性废水可生化性：指废水中所含的污染物通过微生物的生命活动来改变污染物的化学结构，从而改变污染物的化学和物理性能所能达到的程度。六、废水的可生化性六、废水的可生化性各类有机物的可降解性及特例各类有机物的可降解性及特例(cond)废水可生化性的评价方法废水可生化性的评价方法1.BOD5/COD值法值法BOD5：微生物在五天内生物降解一升污水中有机物微生物在五天内生
29、物降解一升污水中有机物所需的氧量所需的氧量。COD：水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量氧化过程中所消耗氧化剂的量用用KMnO4KMnO4或或K2CrO7K2CrO7测量，不受水质影响测量，不受水质影响不能区分可被生物氧化和难以被生物氧化的有机物，包含不能区分可被生物氧化和难以被生物氧化的有机物，包含还原性无机物还原性无机物BOD5COD值愈大，说明废水可生物处理性愈好。值愈大，说明废水可生物处理性愈好。BOD5/COD值法值法BOD5/TOD值法值法BOD5/COD值法值法(cond)废水的废水的BOD5/COD值不可能直
30、接等于可生物降解的有机值不可能直接等于可生物降解的有机物占全部有机物的百分数。所以，用物占全部有机物的百分数。所以，用BOD5/COD值来评值来评价废水的生物处理可行件尽管方便，但比较粗糙，欲做价废水的生物处理可行件尽管方便，但比较粗糙，欲做出准确的结论，还应辅以生物处理的模型实验。出准确的结论，还应辅以生物处理的模型实验。2 2、BOD5/TOD值法值法TOC:total oxygen demand，其测定是在特殊的其测定是在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，于燃烧器中，以铂为催化剂，于900900下将有机物下将有机物燃烧氧化所消耗氧的量，该测定结果比燃烧氧化所消耗氧的量，该测定结果比CODCO
31、D更接更接近理论需氧量。近理论需氧量。以以TOD代表废水中的总有机物含量要比代表废水中的总有机物含量要比COD准确，即用准确，即用BOD5/TOD值来评价废水的可生化值来评价废水的可生化性能得到更好的相关性。性能得到更好的相关性。2 2、BOD5/TOD值法值法(cond)第二节、活性污泥法基本概念第二节、活性污泥法基本概念v活性污泥法的主要过程活性污泥法的主要过程v活性污泥的组成活性污泥的组成v活性污泥的评价方法活性污泥的评价方法vLawrence McCarty 模型模型一、活性污泥法的主要过程一、活性污泥法的主要过程v活性污泥法：活性污泥法：利用悬浮生长的微生物絮体利用悬浮生长的微生物絮
32、体(即即活性污泥活性污泥)处理有机废水一类处理有机废水一类好氧好氧生物的处理生物的处理方法。方法。v活性污泥具有降解废水中有机污染物（也有活性污泥具有降解废水中有机污染物（也有些可部分利用无机物）的能力，显示生物化些可部分利用无机物）的能力，显示生物化学活性。本质上与天然水体（江、湖）的自学活性。本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似。净过程相似。活性污泥法净化废水过程活性污泥法净化废水过程v吸附吸附v微生物代谢微生物代谢v凝聚与沉淀凝聚与沉淀 活性污泥法净化废水过程活性污泥法净化废水过程 吸附吸附吸附吸附：废水中的污染物被比表面积巨大且表面：废水中的污染物被比表面积巨大且表面上含有多糖类粘
33、性物质的微生物吸附和粘连。上含有多糖类粘性物质的微生物吸附和粘连。大分子有机物大分子有机物小分子物质小分子物质渗入细胞体内渗入细胞体内活性污泥法净化废水过程活性污泥法净化废水过程 微生物代谢微生物代谢 吸收进入细胞体内的污染物通过微生物的代谢吸收进入细胞体内的污染物通过微生物的代谢反应而被降解。反应而被降解。分解代谢：生成分解代谢：生成CO2和和H2O合成代谢：转化为新的有机体，使细胞增殖。合成代谢：转化为新的有机体，使细胞增殖。活性污泥法净化废水过程活性污泥法净化废水过程 凝聚与沉淀凝聚与沉淀v产生凝聚的原因：产生凝聚的原因：细菌体内积累的聚细菌体内积累的聚-羟基丁酸释放到液相，促使羟基丁酸
34、释放到液相，促使细菌间相互凝聚细菌间相互凝聚;微生物摄食过程释放的粘性物质促进凝聚；微生物摄食过程释放的粘性物质促进凝聚；当外界营养不足时，细菌内部能量降低，表面当外界营养不足时，细菌内部能量降低，表面电荷减少，使细菌间容易相互聚集。电荷减少，使细菌间容易相互聚集。v沉淀沉淀:是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分是混合液中固相活性污泥颗粒同废水分离的过程。离的过程。曝气池曝气池二沉池二沉池出水出水进水进水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥空气空气初沉池初沉池初沉污泥初沉污泥活性污泥法的基本流程活性污泥法的基本流程二、二、活性污泥组成和成分活性污泥组成和成分v活性污泥组成：活性污泥组成：好气性微生物
35、好气性微生物v细菌、真菌、原生动物、后生动物细菌、真菌、原生动物、后生动物微生物代谢和吸附的有机物、无机物。微生物代谢和吸附的有机物、无机物。v活性污泥成分活性污泥成分有活性的微生物有活性的微生物(Ma);微生物自身氧化残留物微生物自身氧化残留物(Me);吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物吸附在活性污泥上不能被微生物所降解的有机物(Mi);无机悬浮固体无机悬浮固体(Mii)活性污泥成分活性污泥成分(cond)H2O(99%)固体固体(1%)有机有机(7585%)无机无机 (1525%)MiiMaMeMi活性污泥活性污泥活性污泥性状活性污泥性状v粒径：粒径：200 1000 mv表面积：
36、表面积：20 100 cm2/mLv相对密度：相对密度：曝气池混合液曝气池混合液 1.002 1.003回流污泥回流污泥 1.004 1.006v一般呈茶褐色，略显酸性，稍具土壤气味并一般呈茶褐色，略显酸性，稍具土壤气味并夹带一些霉臭味。夹带一些霉臭味。供氧不足或出现厌氧状态：呈黑色供氧不足或出现厌氧状态：呈黑色供氧过多营养不足：灰白色。供氧过多营养不足：灰白色。活性污泥图片活性污泥图片三、活性污泥评价方法三、活性污泥评价方法v生物相观察生物相观察vMLSS和和MLVSSv污泥沉降比和污泥体积指数污泥沉降比和污泥体积指数vBOD负荷负荷v污泥泥龄和回流比污泥泥龄和回流比生物相观察生物相观察v工
37、具：光学显微镜或电子显微镜工具：光学显微镜或电子显微镜v观察内容：观察内容：种类种类数量数量优势度优势度代谢活动代谢活动v在一定程度上可反映整个系统的运行状况。在一定程度上可反映整个系统的运行状况。生物相观察生物相观察(cond)v活性污泥中的微生物在污水处理中起作用的主要是活性污泥中的微生物在污水处理中起作用的主要是细菌和原生动物。细菌和原生动物。v细菌：活性污泥净化功能最活跃的成分细菌：活性污泥净化功能最活跃的成分 游离细菌：有较强的氧化分解有机物的能力；游离细菌：有较强的氧化分解有机物的能力；e.g.球菌、球菌、杆菌、螺旋菌杆菌、螺旋菌,菌胶团：活性污泥絮凝体的基本成分，是无数短杆菌的菌
38、胶团：活性污泥絮凝体的基本成分，是无数短杆菌的群体。为原生动物和丝状细菌提供生长场所；群体。为原生动物和丝状细菌提供生长场所；丝状细菌：增殖速率较高；丝状细菌：增殖速率较高；e.g.球衣细菌、硫丝细菌、球衣细菌、硫丝细菌、白硫细菌白硫细菌v原生动物：原生动物：常见的有肉足类、鞭毛类和纤毛类等，尤其以固着型纤常见的有肉足类、鞭毛类和纤毛类等，尤其以固着型纤毛类毛类,如钟虫、盖虫、累技虫等占优势。如钟虫、盖虫、累技虫等占优势。出现频率高、数量大，规律性强，常被作为活性污出现频率高、数量大，规律性强，常被作为活性污泥法的特征指示生物。泥法的特征指示生物。MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMLVSS=
39、Ma+Me+MiMLSS&MLVSSvMLSS:mixed liquor suspended solids,混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度。曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，也称为污泥浓度量，也称为污泥浓度(g/L)。vMLVSS:mixed liquor volatile suspended solids,混合液挥发性悬浮固体浓度混合液挥发性悬浮固体浓度。混合液悬浮固体中有机物的质量混合液悬浮固体中有机物的质量(g/L)。v对于某一特定的污水处理系统，对于某一特定的污水处理系统，MLVSS/MLVV的比值相对稳定的比值相对稳定(
40、0.7 0.8)SV%：曝气池混合液静止：曝气池混合液静止30 min后，沉淀污后，沉淀污泥与原混合液的体积比泥与原混合液的体积比(用百分数表示用百分数表示)。混合液体积静置沉淀后的污泥体积混合液经污泥沉降比min30SV污泥沉降比污泥沉降比(settled volume,SV%)t=0 t=30minVV%100%VVSV污泥体积指数污泥体积指数 (settled volume index,SVI)vSVI:曝气池混合液静止曝气池混合液静止30 min后，每克悬浮固体所后，每克悬浮固体所占有的体积占有的体积(mL/g)v是判断污泥沉降浓缩性能的重要参数：是判断污泥沉降浓缩性能的重要参数：SV
41、I=100150：污泥沉降性能好：污泥沉降性能好SVI200：污泥沉淀性较差，污泥易膨胀。：污泥沉淀性较差，污泥易膨胀。SVI过小：污泥含无机物较多，污泥活性差。过小：污泥含无机物较多，污泥活性差。一般城市污水一般城市污水SVI：50 150)/(/%103gmLLgMLSSSVSVI 例题例题3 某曝气池污泥沉降比某曝气池污泥沉降比SV=30%，MLSS=3000 mg/L,计算其污泥体积指数计算其污泥体积指数SVI。)/(100/0.3%3010)/(/%1033gmLLggmLLgMLSSSVSVIXLLVQSLVXQSLsv0v0s S0:曝气池入流废水的曝气池入流废水的BOD5浓度，
42、浓度，kg/m3 V:曝气池容积，曝气池容积，m3 X:曝气池曝气池MLSS浓度，浓度，kg/m3 Q:废水流量，废水流量，m3/dBOD负荷负荷v污泥负荷污泥负荷Ls单位质量活性污泥单位质量活性污泥在单位时间内所承受的有机污在单位时间内所承受的有机污染物量，染物量，kg(BOD5)/kg(MLSS)d。也也称为称为F/M比比(F:营养料量，营养料量，M：微生物量：微生物量)v容积负荷容积负荷Lv单位曝气池有效容积单位曝气池有效容积活性污泥在单位时间内所承活性污泥在单位时间内所承受的有机污染物量，受的有机污染物量，kg(BOD5)/m3d例题例题4 含含CN50mg/L的有机工业废水，水量的有
43、机工业废水，水量Q为为100m3/h,在有效容积在有效容积V500m3曝气池中曝气池中用活性污泥法处理之，为维持氰的污泥负荷用活性污泥法处理之，为维持氰的污泥负荷Ls0.1kgCN-/kgMLSSd，求必要的污，求必要的污泥浓度为多少？泥浓度为多少？Q=100m3/h=100*24 m3/dLs=0.1=QS0/VX=2400*50/500X,X=2400 mg/LXSt111XSVQ11Lees Se:出水底物浓度出水底物浓度:去除率去除率 t:曝气时间曝气时间nesKSL(经验式经验式,K,n为经验常数为经验常数)日本桥本奖统计了美国日本桥本奖统计了美国46个城市污水厂的运转数据，得到上个
44、城市污水厂的运转数据，得到上式中的式中的K0.01295，n=1.1918（相关系数（相关系数r=0.821）国内某石油化工厂废水活性污泥法处理系统的国内某石油化工厂废水活性污泥法处理系统的K=0.00326，n=1.33（相关系数（相关系数r=0.92）；）；某煤气厂废水，按酚的去除负荷计，某煤气厂废水，按酚的去除负荷计，K=0.3802，n=0.4586，按按COD的去除负荷计，的去除负荷计，K=6.624，n=0.5521。完全混合曝气池的污泥负荷完全混合曝气池的污泥负荷Ls当污泥负荷在当污泥负荷在 0.17 3.07 kg/(kg d)时：时：SVI=353 Ls0.983污泥负荷与处
45、理效率的关系污泥负荷与处理效率的关系污泥负荷及水温对活性污泥特性的影响污泥负荷及水温对活性污泥特性的影响污泥负荷对营养比要求的影响污泥负荷对营养比要求的影响v低负荷：低负荷：污泥自身氧化程度较大，在有机体氧化过程中释污泥自身氧化程度较大，在有机体氧化过程中释出出N&P，所以，所以N、P的需要量减小的需要量减小;在延时曝气法中，在延时曝气法中，BOD5:N:P=100:1:0.2时即可时即可使微生物正常生长。使微生物正常生长。v一般负荷一般负荷:BOD5:N:P=100:5:1。例题例题5 某厂废水其初始某厂废水其初始BOD5浓度为浓度为1000mg/L，含含N为为20mg/L，含，含P为为10
46、mg/L，水流量为，水流量为1600m3/d,现向废水中加尿素现向废水中加尿素CH4N2O补充补充活性污泥法所需水中营养物氮量之不足，活性污泥法所需水中营养物氮量之不足，加三聚磷酸钠加三聚磷酸钠Na3PO410H2O补充磷量之补充磷量之不足，问尿素与三聚磷酸钠最少添加量分不足，问尿素与三聚磷酸钠最少添加量分别为多少？别为多少？例题例题5解答解答v该系统中该系统中BOD5:N:P=1000:20:10=100:2:1v一般负荷情况下，一般负荷情况下，BOD5:N:P=100:5:1(N 为为NH3，P为为PO43-）v该系统不需另外加该系统不需另外加P，但需要补充，但需要补充N1L废水需补充废水
47、需补充(100*5)/1000 20=30 mg N/Lv1L废水中需要加废水中需要加 CH4N2O:30 mg N/L *(60 g/mol CH4N2O/28 g N/mol)=64.3 mg CH4N2O/L =64.3 g/m3v每天需补充的每天需补充的CH4N2O：(1600 m3/d)*(64.3 g/m3)=102880g/d=102.9 kg/dTTct)X/(X)(X)T:处理系统中的活性污泥质量，处理系统中的活性污泥质量，kg(X/t)T:每天从处理系统中排出的活性污泥质量，每天从处理系统中排出的活性污泥质量，kg/dXdtdXXdtdX/污泥泥龄（污泥泥龄（c）v污泥泥龄
48、：污泥泥龄：Solids Retention Time,SRT 在处理系统中在处理系统中(曝气池曝气池)微生物的平均停留时间。微生物的平均停留时间。1cQ,S0V,S,XQ,S,XTTt)X/(X)QV c=水力停留时间（水力停留时间（hydraulic detention time)污泥泥龄计算污泥泥龄计算 完全混合系统完全混合系统QXVX污泥泥龄计算污泥泥龄计算 有污泥回流的连续流混合系统有污泥回流的连续流混合系统(1)TTct)X/(X)Q Qw Se,XeQw,XQ,S0沉淀池沉淀池X,V,SeXR,Qr,Se（剩余污泥从曝气池混合液排除）（剩余污泥从曝气池混合液排除）eww)XQ(Q
49、XQVX 出水的出水的Xe很小：很小：wcQV 无回流）(QV cewRw)XQ(QXQVX 出水的出水的Xe很小：很小：RXwcQVX Q,S0沉淀池沉淀池Q Qw Se,XeX,V,SeXR,Qr,SeXR,Qw,Se(剩余污泥从沉淀池底部排泥管排除剩余污泥从沉淀池底部排泥管排除)(1+R)QSe,X污泥泥龄计算污泥泥龄计算 有污泥回流的连续流混合系统有污泥回流的连续流混合系统(2)TTct)X/(X)/QQRrQr:污泥回流量污泥回流量;Q:进水流量进水流量R)X(1RXR若从二沉池出水所夹若从二沉池出水所夹带的活性污泥量、剩带的活性污泥量、剩余污泥排放量以及污余污泥排放量以及污泥增长量
50、忽略不计：泥增长量忽略不计：当二沉池运行正常时当二沉池运行正常时:(XR)max=106/SVI污泥回流比污泥回流比RQ,S0沉淀池沉淀池Q Qw Se,XeX,V,SeXR,Qr,SeXR,Qw,Se(剩余污泥从沉淀池底部排泥管排除剩余污泥从沉淀池底部排泥管排除)(1+R)QSe,XQXRXQRr)1(例题例题6 用活性污泥法处理某废水，在污泥体积指用活性污泥法处理某废水，在污泥体积指数数SVI为为100ml/g，污泥回流比，污泥回流比r=0.25，若，若保持污泥浓度保持污泥浓度MLSS不变，当不变，当SVI提高到提高到150ml/g时，回流比时，回流比r应取多少？应取多少？XR=106/S
