活性污泥法的基本原理 基本概念和工艺流程 )基本概念 活性污泥法:以活性污泥为主体的污水生物处理 2.活性污泥:颜色呈黄褐色,有大量微生物组成,易于与水分离, 能使污水得到净化,澄清的絮凝体 (二)工艺原理 1.曝气池:作用:降解有机物(BOD5) 2.二沉池:作用:泥水分离。 3.曝气装置:作用于①充氧化②搅拌混合 4.回流装置:作用:接种污泥 5.剩余污泥排放装置:作用:排除增长的污泥量,使曝气也内的 微生物量平衡 混合液:污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。 二.活性污泥形态和活性污泥微生物 (一)形态: 1、外观形态:颜色黄褐色,絮绒状 2.特点:①颗粒大小:002-02mm②具有很大的表面积。③含水 率>99%C<1%固体物质。④比重1.002-106,比水略大,可以泥水 分离。 3组成
活性污泥法的基本原理 一． 基本概念和工艺流程 （一） 基本概念 1． 活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。 2． 活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离， 能使污水得到净化，澄清的絮凝体 （二） 工艺原理 1． 曝气池：作用：降解有机物（BOD5） 2． 二沉池：作用：泥水分离。 3． 曝气装置：作用于①充氧化②搅拌混合 4． 回流装置：作用：接种污泥 5． 剩余污泥排放装置： 作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的 微生物量平衡。 混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。 二． 活性污泥形态和活性污泥微生物 （一） 形态： 1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状 2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm ②具有很大的表面积。③含水 率>99%,C<1%固体物质。④比重 1.002－1.006，比水略大，可以泥水 分离。 3.组成：
有机物:{具有代谢功能,活性的微生物群体Ma 微生物内源代谢,自身氧化残留物Me 源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi 无机物:全部有原污水挟入Mi (二)活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用 1.细菌:占大多数,生殖速率高,世代时间性20-30分钟; 2.真菌:丝状菌→污泥膨胀。 3.原生动物 鞭毛虫,肉足虫和纤毛虫 作用:捕食游离细菌,使水进一步净化 活性污泥培养初期:水质较差,游离细菌较多,鞭毛虫和肉足虫出现, 其中肉足虫占优势,接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟,出现带 柄固着纤毛虫。 ☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。 4.后生动物:(主要指轮虫) 在活性污泥处理系统中很少出现。 作用:吞食原生动物,使水进一步净化。 存在完全氧化型的延时曝气补充中,后生动物是不质非常稳定的标 (三)活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长 四个阶段: 1.适应期(延迟期,调整期)
有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体 Ma {微生物内源代谢，自身氧化残留物 Me {源污水挟入的难生物降解惰性有机物 Mi 无机物：全部有原污水挟入 Mii （二） 活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用 1． 细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性 20-30 分钟； 2． 真菌：丝状菌→污泥膨胀。 3． 原生动物 鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。 作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。 活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现， 其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带 柄固着纤毛虫。 ☆ 原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。 4． 后生动物：（主要指轮虫） 在活性污泥处理系统中很少出现。 作用：吞食原生动物，使水进一步净化。 存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标 志。 （三） 活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长 四个阶段： 1． 适应期（延迟期，调整期）
特点:细菌总量不变,但有质的变化 2.对数增殖期増殖旺盛期或等速増殖期) 细菌总数迅速增加,增殖表速率最大,增殖速率大于衰亡速率。 3.减速增殖期(稳定期或平衡期) 细菌总数达最大,增殖速率等于衰亡速率。 4.内源呼吸期:(衰亡期) 细菌总数不断减小,增殖速率小于衷亡速率,微生物的增殖要受到有 机物含量的控制。 (四)活性污泥絮凝体形成 菌胶团:P99细菌集团MLSS 原理:活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关 ☆能含量:曝气池内的有机物量与微生物量的比值,用FM表示。 有机物F小,FM小,能含量低,处于内源呼吸期,有利于絮凝体形 成。 F大,FM大,1/2mV2大,引力小不易结合 F小,FM小,V,易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。 Ma+Me+Mi+Mi 三.活性污泥净化反应过程 初期吸附去除阶段 5-10分钟有机物高速去除 定义:P100,吸附去除的原因→有巨大表面积,吸附力强,外部覆盖 着多糖类的粘质层
特点：细菌总量不变，但有质的变化 2． 对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期） 细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。 3． 减速增殖期（稳定期或平衡期） 细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。 4． 内源呼吸期：（衰亡期） 细菌总数不断减小，增殖速率小于衷亡速率，微生物的增殖要受到有 机物含量的控制。 （四） 活性污泥絮凝体形成 菌胶团：P99 细菌集团 MLSS 原理：活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关 ☆ 能含量：曝气池内的有机物量与微生物量的比值，用 F/M 表示。 有机物 F 小，F/M 小，能含量低，处于内源呼吸期，有利于絮凝体形 成。 F 大，F/M 大，1/2mv2 大，引力小不易结合。 F 小，F/M 小，V↓，易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。 Ma+Me+Mi+Mii 三． 活性污泥净化反应过程 １、 初期吸附去除阶段 5-10 分钟有机物高速去除 定义：P100，吸附去除的原因→有巨大表面积，吸附力强，外部覆盖 着多糖类的粘质层
吸附去除结果:有机物从污水中转移到活性污泥上去 2.微生物代谢 酶:透膜酶 大分子(水解酶)→小分子(透膜酶)→细菌体内→微生物代谢 (分解代谢)→无机物+Q^残存物质(20%) 有机物+O2(异养菌)→(合成代谢)→新细胞(内源代谢)→无机 物质+Q(80%) 4.2活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数 影响因素 1.营养物质平衡:CNP 碳源N源无机盐类 C→BOD5≥100m3/L城市污水满足对某些工业废水,C低,补充碳源 N:生活污水满足 对某些废水,N不足。(尿素,(NH4)2SO4 Na3PO4-K3PO4C:N:P=100:5:1 2.DO:{过低:微生物生理活动不能正常进行,处理效果差 过高:①有机物降解过快,微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济 浪费 曝气池出口处DO2mg/(局部区域进水口处较低,不宜低于1mg/L) 3.PH6.5-8.5偏碱 PH>8.5粘性物质破坏→活性污泥结构破坏
吸附去除结果：有机物从污水中转移到活性污泥上去 2． 微生物代谢 酶：透膜酶 大分子（水解酶）→小分子（透膜酶）→细菌体内→微生物代谢 ↗（分解代谢）→无机物+Q ↗残存物质（20%） 有机物+O2（异养菌）→（合成代谢）→新细胞（内源代谢）→无机 物质+Q（80%） 4.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数 一． 影响因素 1． 营养物质平衡： C N P 碳源 N 源 无机盐类 C→BOD5≥100m3/L 城市污水满足对某些工业废水，C 低，补充碳源 N：生活污水满足 对某些废水，N 不足。（尿素，（NH4）2SO4 Na3PO4-K3PO4 C:N:P=100:5:1 2． DO：{过低：微生物生理活动不能正常进行，处理效果差 {过高：①有机物降解过快，微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济 浪费 曝气池出口处 DO 2mg/L(局部区域进水口处较低，不宜低于 1mg/L) 3． PH 6.5—8.5 偏碱 PH> 8.5 粘性物质破坏→活性污泥结构破坏
PH<65分子结构有变化 4水温:{低温细菌 中温细菌一般化10℃-45℃污水中草药15℃-35℃ 高温细菌丶对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外 要有保温措施 5有毒物质→对微生物抑制和毒害作用 重金属离子CN-酚 S2 活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数 目标:{①使水质水量得到控制 {②使活性污泥量保持相对稳定 {③控制混合液中DO浓度满足要求 ④使活性污泥有机物和DO充分接触 控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数 1表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标混合液→污泥浓度 (1)混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度)英文 Mixed liquid suspended solids(mIss) 定义P106 MLSS=(活性污泥固体物总重量)混合液体积 MLSS=Ma+Me+Mi+Mi(Me+Mi)→非活性Mi→无机 (2)混合液挥发性悬浮固体浓度 SS MLVSS有
PH<6.5:分子结构有变化 4.水温:{低温细菌 {中温细菌 一般化 10℃--45℃ 污水中草药 15℃--35℃ {高温细菌 ↘对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外 要有保温措施. 5.有毒物质 → 对微生物抑制和毒害作用 重金属离子 CN- 酚 S2- 二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数 目标:{①使水质,水量得到控制 {②使活性污泥量保持相对稳定 {③控制混合液中 DO 浓度,满足要求 {④使活性污泥有机物和 DO 充分接触 控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数 1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标 混合液 → 污泥浓度 ⑴混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度) 英文:Mixed liquid suspended solids (mlss) 定义:P106 MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii (Me+Mi)→非活性 Mii→无机 ⑵混合液挥发性悬浮固体浓度 SS {MLVSS 有
MLSS无 一般用f表示=MLⅤ SS/MLSS城市污水落石出0.7--0.8 2、活性污泥的沉降性能及评定指标 (1)污泥沉降比P107 SV=(混合液30min静沉的沉降污泥体积m)(原混合液体积D 意义SⅤ小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好. 城市污水:15%-30% (2)污泥溶积指数:(SV)( (sludge Volume Index) SV=(混合液30mi静沉形成的活性污泥溶积m)(混合液中悬浮固 体干重g) ((混合静沉3omin的污泥体积)/(混合液体积))/(混合液悬浮 固体干重)混合液体积)) SV/MLSS 意义:SⅥI过低,无机颗粒多,污泥缺乏活性。 SⅥI过高,污泥沉降性能不好,易发生膨胀。 SVI:70-100SVI=100SVl120 工程意义:{①SⅥI与OBD污泥负荷关系 {②SⅥI-MLSS图 3.污泥龄( sludge age) 指曝气池内活性污泥平均停留时间,以称生物固体平均停留时间。 在曝气池内,有机物降解过程中,微生物保持系统平衡,必须排除相 当于每日增长的污泥量
{MLSS 无 一般用 f 表示=MLVSS/MLSS 城市污水落石出 0.7---0.8 ２、 活性污泥的沉降性能及评定指标 ⑴污泥沉降比 P107 SV=(混合液 30min 静沉的沉降污泥体积 ml)/(原混合液体积 l) 意义:SV 小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好. 城市污水: 15%---30% ⑵污泥溶积指数: (SVI) (sludgs Volume Index) SVI=(混合液 30min 静沉形成的活性污泥溶积 ml)/（混合液中悬浮固 体干重 g） =（（混合静沉 30min 的污泥体积）/（混合液体积））/（（混合液悬浮 固体干重）/混合液体积）） =SV/MLSS 意义：SVI 过低，无机颗粒多，污泥缺乏活性。 SVI 过高，污泥沉降性能不好，易发生膨胀。 SVI：70-100 SVI=100 SVI=120 工程意义：{①SVI 与 OBD 污泥负荷关系 {②SVI－ MLSS 图 3．污泥龄（sludge age） 指曝气池内活性污泥平均停留时间，以称生物固体平均停留时间。 在曝气池内，有机物降解过程中，微生物保持系统平衡，必须排除相 当于每日增长的污泥量
所以,排除污泥量=每日增长的污泥量 △Ⅹ={随上清液排放的污泥土(Q-Qw)Xe 从二沉池底部排出的污泥QwXr △X=(QQw)Xe+QwXr 污泥量定义:曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比 Qc=XVIAX-XV/((Q-Qw)Xe+QwXV) X:代表微生物量 XXI Xe Xy S:代表有机物量 Sa se so 回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度 (Xr) max=106/SVI 4BOD污泥负荷和BOD容积负荷 F/M=NS=(QSa)/(XV)(kgBOD)(kgmlss d) 定义:V=(QSa)(XNs)Q日平均流量m3s Sa进入曝气池的原污水有机污染物(BOD)浓度 Sa=(1-n)S0(经除尘之后) Sa=S0直接进入 在工程上:BOD容积负荷 Nv=( Q Say( kg BOD)(m2曝气池d) NVENSX Ns选取{过高,有机物降解和微生物繁殖速度都很大 {过低,有机物降解和微生物繁殖速度慢,容积大,增加了基建投资 Ns{高负荷:1.5-2.5 kgBOD5/ kgMlss d
所以，排除污泥量=每日增长的污泥量 △ X= { 随上清液排放的污泥土 （Q-Qw）Xe {从二沉池底部排出的污泥 QwXr △ X=(Q-Qw)Xe+Qw-Xr 污泥量定义：曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比 Qc=XV/△X=XV/((Q-Qw)Xe+QwXV) X:代表微生物量 X Xr Xe Xv S:代表有机物量 Sa Se So 回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度 （Xr）max=106/SVI 4.BOD—污泥负荷和 BOD—容积负荷 F/M=NS=（QSa）/(XV) (kgBOD)/(kg mlss d) 定义： V=(QSa)/(XNs) Q—日平均流量 m3/s Sa 进入曝气池的原污水有机污染物（BOD）浓度 Sa=（1-η）S0（经除尘之后） Sa=S0 直接进入 在工程上：BOD 容积负荷 Nv=(Q Sa)/v (kg BOD)/(m2 曝气池 d) Nv=NsX Ns 选取 {过高，有机物降解和微生物繁殖速度都很大 {过低，有机物降解和微生物繁殖速度慢，容积大，增加了基建投资 Ns {高负荷：1.5-2.5 kgBOD5/kgMlss d
中负荷(一般):0.5-0.2 {低负荷:≤0.1 SⅥI0.5-1.5避免易发生污泥膨胀 城市污水:Ns:0.5-0.3 5.有机物的降解和活性污泥增长 合成代谢一新细胞 差值--净增值--排放 内源代谢一减少新细胞入 △X= aSr-bx b-自身氧化率a-合成产率Sr=Sa-Se (dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt )e (dx/dt)s= Y(ds/dt)uY一合成产率系数 (dx/dt)=kdv (dxdt)g=Y(dsdt)u-kdxv-微生物增值速度基本方程式 ( ds/dt)=(Sa-Se)=(Sa-Se)(V/QFQ(Sa-Se)V △X/v=YQSa-Se)/v-KdXv同乘v △X=YQ(aSe) KdvXy→用来计算排放的剩余污泥量 YKd的确定(上式同除以VXv) A X/VXv=YQ(Sa-Se)VXv-Kd BOD污泥去除负荷 Xv△X=Qc∴1/Qc=Yny-Kd Nys与Qc成反比关系 用图解法确定YKd图
｛中负荷（一般）：0.5-0.2 {低负荷：≤0.1 SVI 0.5-1.5 避免易发生污泥膨胀 城市污水：Ns：0.5-0.3 ５．有机物的降解和活性污泥增长 ｛合成代谢---新细胞 ↘ 差值---净增值----排放 ｛内源代谢---减少新细胞↗ △X=aSr-bx b---自身氧化率 a---合成产率 Sr=Sa-Se (dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt)e (dx/dt)s=Y(ds/dt)u Y—合成产率系数 (dx/dt)e=kdsv (dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv----微生物增值速度基本方程式 (ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(Sa-Se)/(V/Q)=Q(Sa-Se)/V △ X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv 同乘 v △X=YQ(Sa-Se)-KdVXv →用来计算排放的剩余污泥量 Y Kd 的确定 （上式同除以 VXv） △ X/VXv=YQ(Sa-Se)/VXv-Kd BOD 污泥去除负荷 Xv/△X=Qc ∴1/Qc=Ynys-Kd Nys 与 Qc 成反比关系 用图解法确定 Y Kd 图
经验数据生活污水:Y0.40.65 Kd0.05-0.1 城市污水;Y0.40.5 Kd0.07 工业废水,YKd按实测数据由图解法组成 6.有机物的降解与需氧量 需氧过程{有机物降雨量降解的需氧量 {微生物内源代谢自身氧化需气量 Ov=a'Q(Sa-Se)+bVXv用来计算曝气池内实际需氧量 a'有机物降解需氧量b∵需氧率图解确定 O2/VXv=a'Q(Sa-Se)VXv+b=aNrs+b 同除以Q(Sa-Se) O2/QSr=a+b/Nrs 结论:降解单位有机物需氧量小,BOD去除率高。 ab确定O2/VXv=a'+b/Nrs a'0.42--0.53b0.188--0.11 4.3活性污泥反应动力学基础 概述 研究目的{①研究反应速度和环境因素间的关系 ②对反应的机理进行研究,使反应进行控制 反应动力学方程式{米门方程式1913研究酶促反应速度
经验数据 生活污水: Y 0.4—0.65 Kd 0.05—0.1 城市污水; Y 0.4—0.5 Kd 0.07 工业废水，Y Kd 按实测数据由图解法组成 6．有机物的降解与需氧量 需氧过程 {有机物降雨量降解的需氧量 {微生物内源代谢自身氧化需气量 Ov=a’Q(Sa-Se)+b’VXv 用来计算曝气池内实际需氧量 a′:有机物降解需氧量 b′:需氧率 图解确定 O2/VXv=a′Q(Sa-Se)/VXv+b′=a′Nrs+b′ 同除以 Q(Sa-Se) O2/QSr=a′+b′/Nrs 结论：降解单位有机物需氧量小，BOD 去除率高。 a′b′确定 O2/VXv=a′+b′/Nrs a′ 0.42---0.53 b′ 0.188---0.11 4.3 活性污泥反应动力学基础 一． 概述 研究目的 {①研究反应速度和环境因素间的关系 ｛②对反应的机理进行研究，使反应进行控制 反应动力学方程式 {米门方程式 1913 研究酶促反应速度
莫诺方程式1942 劳一麦方程式1970 莫诺方程式 基本方程式形式 提出人:莫诺时间:1942试验条件:纯种生物在单一底 物的培养基中 试验内容:研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系 结果与米门方程式相同 μ=μmaxS/(Ks+S)μ-比增值速度(单位生物量的增殖速度) S一有机底物的浓度 Ks一饱和常数当μ=1/2umax时,有机底物的浓度 有机物比降解速度与底物浓度关系 V=VmaxS/(Ks+S)(1) V=-(ds+dtv=fs) -ds/dt=vmax XS/(Ks+S)(2) 2.推论 1)对于高底物浓度条件下S>>Ks V=VmaxkI ds/dt=vmaxxk Ix 结论:①在高底物浓度下,有机底物以最大速度进行降解,与有机底 物浓度无关,其降解速度只与污泥浓度有关。 ②低底物浓度,S<
{莫诺方程式 1942 ｛劳—麦方程式 1970 二． 莫诺方程式 １． 基本方程式形式 提出人：莫诺 时间: １９４２ 试验条件：纯种生物在单一底 物的培养基中 试验内容：研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系 结果与米门方程式相同 μ=μmaxS/(Ks+S) μ---比增值速度（单位生物量的增殖速度） Ｓ―有机底物的浓度 Ｋs－饱和常数 当 μ=1/2μmax 时，有机底物的浓度 有机物比降解速度与底物浓度关系 V=VmaxS/(Ks+S) (1) V=-(ds+dt)/x v=f(s) -ds/dt=vmaxXS/(Ks+S) (2) ２． 推论 （１）对于高底物浓度条件下 S>>Ks V=Vmax=k1 -ds/dt=vmaxx=k1x 结论：①在高底物浓度下，有机底物以最大速度进行降解，与有机底 物浓度无关，其降解速度只与污泥浓度有关。 ②低底物浓度，S<<Ks