活性污泥法基本知识

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

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<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=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=(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 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: 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 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—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<

V=VmaxS/Ks=k2S (3)

-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX (4) 结论：在低底物浓度下，有机底物降解速度与有机底物浓度有关，且成一级反应（有机物多，

无机物少）

由（４）得 －∫s0sds/dt=∫0tk2xsdt

S=S0e-k2xt ３． 莫诺方程式在曝气池中的应用 Ｑ（Ｓa-Se）/v=-ds/dt Q(Sa-Se)/v=Nrv ∴ds/dt=Nrv

(1) 用来计算 Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/t

k2Xse=Q(Sa-Se)/v (2)计算Ｎrs k2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs (3)计算有机物降解率 η=(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt)