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第一节基本概念一、活性污泥1912年英国的学者发现“活性污泥”，1914年英国曼彻斯特建成试验厂，至今已有90多年的历史。活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。活性污泥是污水处理系统中起主体作用的物质，是具有强大生命力的微生物群体。在微生物群体新陈代谢功能的作用下，使活性污泥具有将有机污染物转化为稳定的无机物质的活力，故此称之为“活性污泥”。活性污泥是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等群体组成的。它们以污水中的有机物为食，进行代谢和繁殖，降低污水中的污染物含量。第四章活性污泥法正常的处理城市污水的活性污泥在外观上呈黄褐色的絮绒颗粒状，颗粒尺寸决定于微生物的组分、数量、污染物的特征以及某些外部环境因素。含水率一般在99%以上。活性污泥中固体物质仅占1%，这1%由有机物和无机物组成，组成比例因污水性质而异。活性污泥主要有以下四部分组成：①具有代谢功能活性的微生物群体（Ma）；②微生物内源代谢、自身氧化的残留物（Me）；③难以降解的惰性有机物质（Mi）；④由污水挟入的无机物质（Mii）；空气曝气池进水二沉池剩余污泥污泥回流出水二、活性污泥法的基本流程活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排出系统组成。如图所示。三、活性污泥降解污水中有机物的过程在活性污泥处理系统中，有机污染物从污水中被去除的过程实质上就是有机污染物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，也就是“活性污泥反应”的过程。这一过程的结果是污水得以净化，微生物获得能量合成新的细胞，使活性污泥得到增长。活性污泥对有机物的降解分为两个阶段：吸附阶段和稳定阶段。吸附阶段：在活性污泥系统内，污水开始与活性污泥接触后的5-10min内，污水中的有机污染物被大量去除，出现很高的BOD去除率，主要是污水中的有机物转移到活性污泥上，这是因为活性污泥具有巨大的表面积，和表面上含有多糖类的缘故。在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。稳定阶段时间较长，以进行对有机物的降解,如下图所示。有机物+氧+微生物（C、O、H、N、S、P）原生质（微生物的生长）CO2、H2O、NH3、SO42-、PO43-+能→热→随水排出合成分解2/31/3第二节活性污泥法的影响因素、主要运行设计参数一、反应影响因素1.营养：碳源、氮以及磷，它们之间的比例一般为BOD5:N:P=100:5:1。2.温度：根据微生物适应温度的不同，可以分为中温性、高温性和低温性。废水的好氧处理，以中温菌为主，适宜温度为：20℃～30℃。3.pH值：不同的微生物有不同的pH值适应范围。活性污泥法曝气池的混合液的pH值宜为6.5～8.5。4.溶解氧：好氧生物处理的溶解氧一般以2～4mg/L为宜。5.有毒物质：有毒物质会破坏细胞的正常结构，以及使菌体内的酶变质。如重金属砷、铅、镉、铬、铁、铜、锌等，需加以控制。二、控制指标与运行、设计参数1.混合液中活性污泥微生物量的指标①混合液悬浮固体浓度（MLSS）:表示在曝气池里单位容积混合液里所含有的活性污泥的总重量，即：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii②混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）：表示混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度，即：MLVSS=Ma+Me+MiMLVSS与MLSS的比值用f来表示：f=MLVSS/MLSS一般f值比较固定，对于生活污水,f值取0.75左右。2.活性污泥的沉降性能及其评价指标1.污泥沉降比（SV）：指混合液在量筒内静置30min后所形成沉降污泥的容积占原混合液的百分率。2.污泥容积指数（SVI）：指在曝气池出口处的混合液，经30min静沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积。SVI=SV/MLSS上式中：SVI的单位为mL/g,SV的单位为mL/L，MLSS的单位为g/L。SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，多于生活污水及城市污水，此值介于70～100为宜。SVI值过低，说明泥粒细小，无机质含量高，缺乏活性。而过高，说明污泥的沉降性能不好，并且已有长生污泥膨胀的可能。SVI值在工程上的实际意义是SVI与BOD-污泥负荷之间的关系，下图是城市污水活性污泥法处理SVI与BOD-污泥负荷率之间的关系。2.50.51.01.52.500300100400200SVIBOD-活性污泥负荷率500高负荷一般负荷低负荷从图可见，当BOD-污泥负荷率介于0.5～1.5kg/(kgMLSS*d)时，SVI值突出最高，污泥沉降效率不高佳，应避免。3.污泥龄：又称“生物固体平均停留时间”，表达式为：θc=VX/ΔX式中:VX——活性污泥总量ΔX——每日应排出的污泥量ΔX=QWXr+(Q-QW)XeQW——作为生于污泥排放的污泥量Xr——剩余污泥浓度Q——污水流量Xe——排放处理水中的悬浮固体浓度，一般Xe值极小可忽略不计,上式简化为:θc=VX/QWXr这一参数说明:世代周期大于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成为优势菌。4.BOD-污泥负荷与BOD-容积负荷：有机物与活性污泥量的比值（F/M）是以BOD-污泥负荷（NS）表示的：F/M=NS=QSa/XV[kgBOD/(kgMLSS*d)]式中：Q——污水流量Sa——原污水中有机污染物（BOD）的浓度V——曝气池的容积X——混合液悬浮固体（MLSS）的浓度BOD-污泥负荷表示的是曝气池内单位重量（kg）的活性污泥在单位时间（d）内能接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD）。它表明：1.采用高额BOD-污泥负荷，会加快有机污染物的降解速度与污泥的生长速度，降低曝气池的容积，建设费用降低，但处理水水质未必能达到预定目标。2.采用低额BOD-污泥负荷，有机污染物的降解速度与污泥的生长速度都会降低，曝气池的容积增大，建设费用增高，但处理水水质提高能达到预定目标。BOD-容积负荷（Nv）表示的是曝气池内单位容积（m3）在单位时间（d）内能接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD）。表达式为：Nv=QSa/V[kgBOD/(m3曝气池*d)]两者关系为：Nv=NSX5.有机污染物的降解与活性污泥的增长活性污泥的增殖是微生物合成反应和内源代谢的综合结果。如下：ΔX=aSr-bX=a(Sa-Se)-bX式中：ΔX——活性污泥的净增殖量，kg/d；Sa、Se——废水经活性污泥法处理前后的有机物量，kg/d；a——污泥转化率，即污泥产率；b——微生物内源代谢的自身氧化率；X——活性污泥量；若把增殖量用增殖速度表示，即为下式：(dρX/dt)g=Y(dρS/dt)u-KdρX式中：(dρX/dt)g——活性污泥微生物净增殖速度Y——产率系数(dρS/dt)u——活性污泥对有机物的利用（降解）速度Kd——活性污泥自身氧化率，ρX——污泥浓度MLVSS由以上两式可见，a和Y，b和Kd是一致的，a、b多用于工程设计与运行。以MLSS为基准；Y和Kd多用于科学研究，以MLVSS为基准。由ΔX=Y（Sa-Se）Q-Kd*VX关系式可得（两边除以VX)：污泥龄（θc）与污泥去除负荷（Nrs）的关系：1/θc=YNrs-Kd式中：Nrs——污泥去除负荷Nrs=QSr/XV(Sr=Sa-Se)6.有机污染物降解与需氧O2=a′QSr+b′VX式中：O2——混合液需氧量，kgO2/d；a′——活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，kgO2/d；b′——活性污泥微生物通过内源代谢自身氧化过程的需氧率，kgO2/d；上式可变为：O2/QSr=a′+b′VX/QSr=a′+b′/NrsO2/QSr——表示每降解1kgBOD的需氧量，单位：kgO2/（kgBOD*d）第三节活性污泥法的发展和演变一、传统活性污泥法的基本形式1.推流式曝气池(plug-flowaerationdasin)空气曝气池进水二沉池剩余污泥污泥回流出水传统活性污泥法对污水处理效果极好，BOD去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水。2.完全混合曝气池(completelymixedaerationbasin)初次沉淀池曝气池二次沉淀池回流活性污泥进水污泥出水污泥3.封闭环流式反应池（closedloopreacter,CLR）原污水回流污泥出流二沉池转刷剩余污泥4.序批式反应器（sequencingbatchreacter,SBR）属间歇式运行，每个周期由进水—反应（曝气）—沉淀—滗水—闲置五个基本过程组成，不需设置沉淀池。排水由滗水器完成，运行方式灵活，可同时脱氮及除磷，易实现自动化控制。进水空气出水注水反应/曝气沉降滗水二、活性污泥法的发展及演变1、传统推流式曝气池经多年运行，发现存在以下问题：（1）.曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水的有机物负荷不能太高，因此，曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高。（2）.好氧速度延池长是变化的（见下图），而供氧速度难于与其吻合、适应，在池前前段可能出现耗氧速度高于供氧速度的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象，对此，可采取渐减供气方式，可在一定程度上解决这一问题。（3）.对进水水质、水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响。供、需氧量曝气过程（曝气池长度）需氧速率供氧速率空气曝气池进水二沉池剩余污泥污泥回流出水2、阶段曝气法又称为分段进水或多段进水活性污泥法系统，它与传统活性污泥法的区别在于进水方式（如右图）,污水沿池长分散的、但均匀的进入。这种运行方式具有以下效果：3、渐减曝气法为了改变传统推流式曝气池供氧与需氧的差距，沿池长方向逐渐减少供气量，可以节省能耗，提高处理效率。同时提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力。混合液中污泥浓度沿池长降低,出流混合液的浓度较低，减轻了二沉池符合，有利于固、液分离。需氧量曝气过程（曝气池长度）渐减曝气池供氧曲线4、吸附再生活性污泥法系统又名生物吸附活性污泥法，或接触稳定法，本工艺有以下特征：1.污水与活性污泥法在吸附池内接触的时间较短（30～60)min，故池容小；而再生池容纳的是回流污泥，容积也小。吸附池和再生池的体积之和低于传统活性污泥法。2.对水质、水量的变化有一定承受能力。进水二沉池剩余污泥污泥回流出水吸附池再生池缺点：1.处理效率低；2.不易处理溶解性有机污染物含量高的废水。5、延时曝气活性污泥法系统本工艺BOD负荷低，活性污泥处于生长曲线的内源呼吸期，曝气反应时间长（24h以上），污泥龄长（20-30d)，因此剩余污泥量少且稳定，无需再进行厌氧消化处理。优点：处理水水质稳定，对水质、水量的变化适应性强。缺点：是曝气时间长、池容大、基建费用和运行费用度较高。6、高负荷活性污泥法系统本工艺BOD负荷高，曝气反应时间短，处理效果较低，一般BOD5的去除效率不大于70%-75%，因此，称为不完全处理法。7、纯氧曝气法以纯氧代替空气，可以提高生物处理效率。需要纯氧发生装置，曝气时间短，约1.5-3.0h，MLSS较高，约6000-8000mg/L。优点：处理效果好，污泥沉降性能好，剩余污泥量少。缺点：纯氧装置复杂，易出现故障，运转管理难度大。8、完全混合活性污泥法系统本工艺应用完全混合池，有鼓风曝气式和表面曝气式（见图）。空气二沉池剩余污泥污泥回流出水进水鼓风曝气式进水出水表面曝气式特点：1.进水能很快被池内混合液稀释，故本工艺对冲击负荷有较强的适应能力，适合处理高浓度的工业废水。2.污水在池内分布均匀，各部位F/M相同，活性污泥的净化能力得到良好发挥。在处理效果相同的条件下，其负荷率高于推流式曝气池。3.曝气池内混合液的需氧量速率均衡，动力消耗低于推流式曝气池。9、深层曝气活性污泥法系统一般深层曝气水深10～20m，深井曝气150～200m，结构如图：深井曝气工艺由于水深大,氧利用率高,有机物降解速度快,效果显著。入流空气回流污泥真空泵出流二沉池吹脱塔沉砂池10、氧化沟1.氧化沟的工作原理与特征（1）在构造方面的特征一般呈环形沟渠状,平面多为椭圆形或圆形,长度几十米甚至几百米,池深取决于曝气装置,一般为2～6米。（2）在水流混合