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第三章活性污泥法3.1活性污泥法理论基础3.2活性污泥法性能指标和影响因素3．3活性污泥反应动力学3．4活性污泥处理系统的运行方式3．5曝气及曝气系统3.6活性污泥法脱氮除磷原理3.7活性污泥处理法的新工艺3.8活性污泥处理系统的工艺设计3.8活性污泥处理系统的运行管理3.1基本原理3.1.1活性污泥概念与基本流程3.1.1活性污泥形态与组成17.1.2评价活性污泥性能的指标17.1.3活性污泥净化反应过程17.1.4活性污泥的增殖规律3.1.1活性污泥概念与基本流程1.活性污泥污水曝气一段时间后，形成一种由大量微生物群体构成的褐色絮凝体，这种絮凝体可以分解污水中的有机物，并易于沉淀分离，这种絮凝体称为“活性污泥”。2.活性污泥法来源河流自净→启示→人工强化，1912年英国人发明，1916在美国开始工程应用，近几十年发展迅速。3.活性污泥法基本流程（1）曝气池：微生物降解有机物的反应场所（2）二沉池：泥水分离（3）污泥回流：确保曝气池内生物量稳定（4）曝气系统：为微生物提供溶解氧，同时起到搅拌混合的作用。曝气池二沉池进水出水污泥回流空气剩余污泥4．活性污泥法特征1）曝气池是一个生物化学反应器2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混合=污水+活性污泥+空气3）传质过程：气相中O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体内（固相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O）4）物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长1．活性污泥的形态1）外观形态：活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体。2）特点：(1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2mm(2)表面积：20～100cm2/mL2000～10000)m2/m3污泥（3）比重1.002-1.006(4)⎩⎨⎧≤%1%99固体物质：以上含水率：3.1.2活性污泥形态与组成2．活性污泥组成活性污泥M（X）=Ma+Me+Mi+Mii1）Ma—具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物2）Me—微生物自身氧化的残留物3）Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物4）Mii—活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（15～25%）挥发性活性污泥Mv（Xv）=Ma+Me+Mi3．活性污泥微生物的分类（Ma）1）细菌：（1）异养型原核细菌（107～108个/mL）动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）黄杆菌属大肠埃希式杆菌（2）特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌3）原生动物：肉足虫鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫活性污泥中的后生动物轮虫线虫原生动物后生动物1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附）●活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在30min内能去除70%BOD。●一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强●初期吸附去除的过程有限度2．微生物的代谢进行代谢透过细胞壁进入细胞内小分子大分子透过细胞壁进入细胞内小分子各种内酶透膜酶催化作用胞外酶（水解酶）透膜酶催化作用⎯⎯⎯→⎯⎥⎥⎦⎤⎯⎯⎯⎯→⎯⎯⎯⎯⎯⎯→⎯⎯⎯⎯⎯→⎯3.1.3活性污泥净化反应过程HOH2yxCOO)2z4yx(OHC222zyxΔ++⎯→⎯−++酶HOH)4y(2nCO)5x(n)NOHC(O)52z4yx(nnNHOHnC22n27523zyxΔ−−+−+⎯→⎯−−+++式微生物细胞组织的化学酶HnNHOnH2nCO5nO5)NOHC(3222n275Δ+++⎯→⎯+酶3〉内源代谢1〉氧化分解2〉合成代谢（合成新细胞）有机物新细胞物质CO2、H2O微生物生物残渣内源呼吸分解合成tKeMaMatMaKdtdMa，MF1012.2×=⇒=fmaxmaxdtdMa，dtds，⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛ 营养物过剩MaSKdtdMa，MF22.21.0=pp营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。增长速率与有机物浓度成一级反应1．适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程2．对数增殖期（增殖旺盛期）活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态3．减速增殖期（减衰增长期）3.1.4活性污泥的增殖规律增长速率与有机物浓度无关，与微生物浓度成一级反应。MaKdtdMa，1.0MF3−=p对数增长期减速增殖期a内源呼吸期量X0bcdS(BOD)（污泥）时间0氧的利用速度图17-3活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系（有机污染物一次投加）4．内源呼吸期（衰亡期）营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少。后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。3.2活性污泥法性能指标和影响因素3.2.1活性污泥法的性能指标3.2.2活性污泥净化反应影响因素3.2.3活性污泥增长3.2.4有机物降解与需氧1．NS（BOD—污泥负荷率）3.2.1评价活性污泥性能的指标絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于NS=kgBOD5/kgMLSSdXVQSMFNS0==污泥负荷的实质是F/M01002005004003002.52.00.51.52.50SVI高负荷一般负荷低负荷BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS·d)NS与SVI的关系NS1.00.5d/mBOD[kgVQSN35aV⋅=曝气池BOD容积负荷率2．沉降性能指标（1）污泥沉降比SV：又称30min沉降率，指混合液在100ml量筒内静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。城市污水：SV取15%--30%（2）SVI（污泥指数）衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标1）SVI=70～100其活性污泥凝聚沉淀性能很好SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。2）影响SVI值的主要因素NS的影响：见上图丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑这些污泥的干重静沉后的污泥容积混合液经min30=SVI)/()/()/(10%干污泥gmllgMlsslmlSV×=4.污泥龄XXVcΔ=θ3.污泥数量的指标MLSS=Ma+Me+Mi+MiiMLVSS=Ma+Me+Mi混合液悬浮固体浓度混合液挥发性悬浮固体浓度曝气池内活性污泥总量式中——VX：每日排放污泥量——XΔ活性污泥在曝气池内的平均停留时间——生物固体平均停留时间。。：XXMLSSMLVSSfv±=±===0.75f，；0.75f对于城市污水对于生活污水碳源、氮源、无机盐类、某些生长素1）碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般BOD5≥100mg/L2）氮源：组成细胞的重要元素，其需要按BOD：N=100：5考虑3）盐类：必不可少（1）主要的无机盐类P：按BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素，约占全部无机盐元素的50%对于生活污水，BOD5:N:P的比值为100:5:1，但经沉淀池处理后，其BOD5:N:P=100:20:25（2）微量无机元素还有K、Ca、Fe、S无机元素1.营养物质：3.2.2活性污泥净化反应影响因素沉淀性能变差有机物降解数率污泥增长数率曝气池↑⇒↓⇒⇒↑↑↑⇒SeVNS沉淀性能变好有机物降解数率污泥增长数率曝气池↓⇒↑⇒⇒↓↓↓⇒SeVNS⇒⇒⇒2．BOD——污泥负荷NS3．DO——溶解氧1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（Rr需氧速率）＝曝气器的供氧速率时，其池中的溶解氧DO不变。2）曝气池中DO浓度大小将取决于：（1）生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。对此要求DO浓度为2mg/L左右为好。Ns～SVI的关系XVQSNS0=⇒（2）考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化急性中毒慢性中毒DO逐渐增加冲击负荷DO突然↓⇒DO突然↑⇒↑stds↓stds0dtds⇒4．水温：15～35℃之间20～30℃，效果好，活动旺盛，＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱，＜5℃，＞45℃，效果很差，5．pH值最佳的pH值为6.5～8.5当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势当pH＞9.0，代谢速率↓6．有毒物质主要是重金属，H2S、CN－、酚等，当超过一定浓度时，就破坏细胞结构，抑制代谢。bXaSXr−=Δ曝气池内，在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。1.活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量ΔX（kg/d）是微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即式中：a——污泥产率（污泥转换率）Sr——污水中被降解、去除的有机污染物量（BOD），kg/d)SS(QSear−=⎩⎨⎧⇒=⇒=07.0)1.0~05.0(075.0~07.0)k(b5.04.0)65.0~5.0(73.0~49.0)Y(ad城市污水：～城市污水：对于生活污水：X——曝气池混合液含有的活性污泥量，kg/db——自身氧化率（衰减系数），d－13.2.3活性污泥增长VrVXbQSaO′+′=2式中——曝气池中的微生物需氧速率(kgO2/d)——去除单位底物的需氧量(kgO2/kgBOD.d)2Oa′——单位污泥自身氧化的需氧量(kgO2/kgMLSS.d)b′3.2.43.2.4有机底物降解与需氧有机底物降解与需氧微生物的总需氧速率微生物的总需氧速率==降低底的氧速率降低底的氧速率++自身氧化的需要速率自身氧化的需要速率生活污水a′0.42~0.53b′0.1~0.233．．33活性污泥处理系统的运行方式活性污泥处理系统的运行方式3.3.13.3.1传统活性污泥法（普通活性污泥法）传统活性污泥法（普通活性污泥法）3.3.23.3.2阶段曝气活性污泥法阶段曝气活性污泥法3.3.33.3.3吸附吸附——再生活性污泥法系统再生活性污泥法系统3.3.43.3.4延时曝气活性污泥法延时曝气活性污泥法3.3.53.3.5高负荷活性污泥法高负荷活性污泥法3.3.63.3.6完全混合活性污泥法完全混合活性污泥法3.3.73.3.7多级活性污泥法系统多级活性污泥法系统3.3.83.3.8深水曝气活性污泥法系统深水曝气活性污泥法系统3.3.93.3.9深井曝气池活性污泥法系统深井曝气池活性污泥法系统3.3.103.3.10浅层曝气活性污泥法系统浅层曝气活性污泥法系统3.3.113.3.11纯氧曝气活性污泥法系统纯氧曝气活性污泥法系统3.3.123.3.12选择器活性污泥法选择器活性污泥法3.3.133.3.13间歇运行的活性污泥法间歇运行的活性污泥法%90，BOD≥η处理效果好3．缺点：1)不适应冲击负荷和有毒物质因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。∴水质的变化对活性污泥影响较大2)前段供氧不足，后段供氧过剩3)Ns不高，曝气池V大，占地大2．优点：1．传统活性污泥法的特征：1)水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进。2)有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行3)活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段4)S由大→小，dO2/dt由大→小。∴池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高3.3.1传统活性污泥法（普通活性污泥法）11068792354图1