活性污泥法的基本原理
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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
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
