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1第12章活性污泥法第一节基本概念第二节活性污泥法的发展第三节活性污泥法数学模型基础第四节气体传递原理和曝气设备第五节去除有机污染物的活性污泥法过程设计第六节脱氮除磷活性污泥法工艺及设计第七节活性污泥法系统设计方法的深化第八节二次沉淀池第九节活性污泥法处理系统的设计、运行与管理2第一节基本概念3什么是活性污泥法？以活性污泥为主体的污水生物处理技术。本质：天然水体自净化作用的人工强化，是好氧生物处理过程。应用：去除污水中溶解和胶体状态的可生物降解有机物。4什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。一、活性污泥5一组活性污泥图片61、栖息着的微生物（一）活性污泥的组成大量的细菌真菌原生动物后生动物除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如钟虫、等枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良好。细菌自养型异养型必须依赖水中的碳源真菌有菌丝(霉菌等)无菌丝(酵母菌等)大量的细菌真菌原生动物大量的细菌真菌2、干固体和水分MLSS含水98％~99％干固体1％~2%活性污泥=Ma+Me+Mi+Mii活性微生物细菌+真菌+原生动物+后生动物自身代谢的产物吸附的不可生物降解的有机物吸附的无机物按McKinney的分析：3、活性污泥的组成：8有活性的微生物存在形态——菌胶团：由细菌分泌的多糖类物质将细菌等包覆成的粘性团块。94、按有机性和无机性成分：MLSSMLVSS:70%MLNVSS:30%MLSS——混合液悬浮固体浓度，指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，也叫污泥浓度（g/L)。MLVSS——混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液悬浮固体中有机物含量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示污泥。MLNVSS——灼烧残量，表示无机物含量。MLVSS:一般范围为55％~75％，即MLVSS/MLSS=0.7~0.8，10（二）曝气池活性污泥的性状颜色黄褐色、茶褐色状态似矾花絮绒颗粒味道土腥味，有霉臭味相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006粒径0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积1、正常pH略显酸性11（二）活性污泥的性状供氧不足或厌氧黑色灰白色供养过多或营养不足1、不正常12曝气池1314曝气池出水堰15曝气池混合液配水进入二沉池曝气池中的曝气头的布置17（三）活性污泥的评价方法1、生物相观察——光学显微镜或电子显微镜2、混合液悬浮固体浓度（MLSS）和混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）。实验设计MLSS：取一定体积的水样，然后用滤纸过滤，再将滤纸放在烤箱烘至恒重，减去干净滤纸的重量就是污泥的重量（m1），除以水样的体积。MLVSS：①将做完MLSS的干污泥放至电炉上碳化至不冒烟为止②再放入600℃的马福炉中灼烧30～40min，降温至110℃③放入烘箱和干燥器中，冷却④称重记m2(灼烧残量)。m1-m2/水样体积193、污泥沉降比：SV（三）活性污泥的评价方法取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。可反映污泥的沉降性能。污泥沉淀30min后密度接近最大，故SV可反映沉降性能。能反映污泥膨胀等异常情况，可控制剩余污泥的排放量。城市污水正常值为15%～30%左右。简单易行但SV不能确切表示污泥沉降性能。SV的测定0min15min30minSV=40%214、污泥体积指数：SVI(污泥指数、污泥容积指数）曝气池出口处出混合液，经30分钟静沉后，每单位质量干泥所形成的湿污泥的体积，简称污泥指数，单位为mL/g。1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI==1升混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)反映污泥的凝聚、沉降性能。SVI应在100～150。影响SVI的最重要的因素是微生物群体所在的增殖期。太高，沉降性能差，可能膨胀；太低，可能处在内源呼吸期，泥粒细小而紧密，易沉降，活性差，无机物多。实际运行中，一般用SV了解SVI，因为曝气池MLSS变化不大。22定义：指单位质量活性污泥（干重）在单位时间内所能够接受，并将其降解到某一规定额数的BOD5量，即:式中：Ls——污泥负荷率,kgBOD5/（kgMLVSS·d）;Q——与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d；S0——曝气池进水的平均BOD5值，mg/L；X——曝气池中的污泥浓度，MLSS或MLVSS，mg/L污泥负荷（污泥负荷率）XVSQMFL0S)()(微生物的总量基质的总投加量习题：1、若曝气池中的污泥浓度为2200mg/L，混合液在100mL量筒内经30min沉淀的污泥量为18mL，计算污泥体积指数。工艺流程回流污泥以保证曝气池内有足够的活性污泥（微生物）排放剩余污泥以保证系统的正常运行运行条件良好的活性污泥充足的氧二沉池二.活性污泥法的基本流程活性污泥系统有效运行的基本条件是：废水中含有足够的可溶性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有对微生物有毒有害的物质26二.活性污泥法的基本流程污泥的处理处置处理污泥占全部建设费用的20%～50%，甚至70%。污水处理厂产生的污泥占处理水量的0.3%～0.5%左右。污泥含大量有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；有用物质如植物营养素(氮、磷、钾)、有机物及水分等。污泥的处理处置与其他固体废物的处理处置一样，都应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。28三、活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：吸附阶段稳定阶段由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。29对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物30曲线①表示曝气池中有机物的的去除量，反映去除规律；曲线②表示微生物已经氧化和合成的量，反映活性污泥利用有机物的规律；曲线③表示活性污泥的吸附量反映了活性污泥吸附有机物的规律。这三条曲线反映出，在曝气过程中：污水中有机物的去除在较短时间(图中是5h左右)内就基本完成了(见曲线①)；污水中的有机物先是吸附到污泥上(见曲线③),然后逐渐为微生物所利用(见曲线②)；吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成了(见曲线③)；微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线②)。四、活性污泥法的设计与运行参数活性污泥法是一个复杂的工程化的生物系统，除了前述的污泥性能指标外，还有很多可以描述这个系统的工艺参数，下面介绍主要的几种：（1）BOD污泥负荷率与BOD容积负荷率（2）污泥龄θc（或污泥停留时间SRT）（3）污泥回流比R（4）曝气时间t（或水力停留时间HRT）BOD污泥负荷率Ns=F/M=Q·SaX·V［kgBOD5/(kgMLSS·d)］Q污水流量m3/dSa原污水中BOD量mg/LV反应器（曝气池）容积m3XMLSSmg/L定义：单位重量的污泥在单位时间内所能承受的有机物的量在具体工程应用上，F/M比值一般是以BOD污泥负荷率（又称BOD-SS负荷率）（Ns）表示的。即：Ns=F/M=Q·SaX·V［kgBOD5/(kgMLSS·d)］采用较高的BOD污泥负荷率，将加快有机物的降解速率与活性污泥增长速率，降低曝气池的容积，在经济上比较适宜，但处理水水质未必能够达到预定的要求。采用较低的BOD污泥负荷率，有机物的降解速率和活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加大，基建费用有所增高，但处理水的水质可提高。BOD污泥负荷率的技术经济意义34第二节活性污泥法的发展35封闭环流式序批式曝气池的四种池型推流式曝气池完全混合式曝气池一、活性污泥法曝气反应池的基本形式其他曝气池基本上是这四种池型的组合或变形361、推流式曝气池推流式曝气池的长宽比一般为5～10；进水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。2.横断面布置工艺流程：见p107•水流：推流型•底物浓度分布：进口最高，沿池长逐渐降低，出口端最低。•理想推流：横断面上浓度均匀，纵向无掺混37根据横断面上的水流情况，可分为平流推移式旋转推移式38推流式曝气池39推流式曝气池402.完全混合曝气池池形根据和沉淀池的关系圆形方形矩形分建式合建式4142①污水与回流污泥在进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合②池中微生物的种类和浓度、底物浓度需氧速率各点相同——与推流式不同；③对冲击负荷有较强的适应能力；④出水水质不及推流式。完全混合法的特征完全混合法43曝气池的三种池型44机械曝气完全混合曝气池45鼓风曝气完全混合曝气池46局部完全混合推流式曝气池思考：比较推流式曝气池和完全混合式曝气池的优缺点483.封闭环流式反应池结合了推流和完全混合两种流态与推流式的区别:污水有40～300次循环494.序批式反应池（SBR）SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行的。50(1)工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；(2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；(3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质;(4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；(5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀;(6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比的优点51(1)容积利用率低；(2)水头损失大；(3)出水不连续；(4)峰值需氧量高；(5)设备利用率低；(6)运行控制复杂；(7)不适用于大水量。序批式活性污泥法（SBR法）SBR工艺的缺点52•传统推流式活性污泥法•渐减曝气•分步曝气•完全混合法•浅层曝气•深层曝气•高负荷曝气或变形曝气•克劳斯法•延时曝气•接触稳定法•氧化沟•纯氧曝气•活性污泥生物滤池（ABF工艺）•吸附－生物降解工艺（AB法）•序批式活性污泥法（SBR法）二、活性污泥法的发展和演变有机物去除和氨氮硝化53一般采用3～5条廊道。充氧设备沿池长均匀分布。在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要，而充氧设备沿池长均匀分布。易受冲击负荷的影响，适应水质水量变化的能力差：污泥进入池后不能立即与混合液充分混合。1、传统推流式1.传统推流式曝气池狭长方形供O2进水出水回流污泥传统推流式活性污泥法系统曝气池二沉池污泥回流系统处理水预处理水562、渐减曝气：特征：•充氧设备沿池长布置与需氧量匹配。•节能57•在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。•实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。•渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的空气量不