活性污泥法的基本原理
国家精品课程《水污染控制工程》3-活性污泥法
第四章、污水的生物处理
教学要求
1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
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后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。
• 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长：
a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。
③泥龄（Sludge age）Qc：生物固体平均停留时间或活性污泥在 曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排 放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr 。式中： ⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。
Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max＝106 /SVI • Qc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也 具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越 长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之， 增长速度快，个体小，出水水质相对差。 Qc长短与工艺组合 密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所 不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生 物的组合，实现污染物的降解和转化。
污水处理 活性污泥法
污水处理活性污泥法活性污泥法是目前常用的污水处理方法之一，通过调节污水中的氧化还原电位、溶解氧浓度、污泥的混合活性等参数，从而促进有机物的降解和去除。
本文将详细介绍污水处理中的活性污泥法的原理、工艺流程、运行要点等内容。
一、原理活性污泥法是利用厌氧和好氧微生物的协同作用，将有机物降解为无机物的过程。
在好氧条件下，厌氧微生物通过氧化有机物、硝化硝酸盐等反应，将有机物转化为无机物。
而在厌氧条件下，好氧微生物通过还原反应，使带有氧的无机物还原为有机物。
二、工艺流程1、前处理：包括进水调节和初级过滤等步骤，目的是去除大颗粒杂质、调整污水的水质和水量。
2、活性污泥处理：将经过前处理的污水引入活性污泥池。
通过不断的搅拌、曝气等方式，促进污水中的有机物降解。
3、沉淀池处理：活性污泥法中产生的混合液经过一段时间的静置，使污泥与水分离，沉淀至池底。
4、出水处理：经过沉淀后的清水从上方取出，经过二次过滤和消毒等步骤，最终实现出水的净化和回用。
三、运行要点1、污水处理设备的维护保养：定期清理设备及管道，确保正常运行和通畅。
2、活性污泥的管理：控制进水水量和水质，根据实际情况调整搅拌和曝气的方式和参数。
3、污泥的处理和回用：及时清理沉淀池中的污泥，可以通过浓缩、脱水等方式处理后用于农田肥料或填埋。
4、出水水质的监测与控制：监测出水的COD、氨氮、总磷等指标，根据环保要求进行调整和控制。
附件：1、活性污泥处理工艺流程图2、活性污泥法相关设备的使用说明书法律名词及注释：1、污水处理：指对废水进行预处理和精处理，以达到排放排放标准或再利用的要求。
2、活性污泥：一种富含微生物的混合物，能够有效降解污水中的有机物。
3、厌氧：生物在缺氧或无氧条件下生长和代谢的过程。
活性污泥法的基本原理
活性污泥法的基本原理活性污泥法是一种常用的污水处理方法，它通过利用微生物的活性污泥来降解有机物，去除污水中的污染物。
下面将详细介绍活性污泥法的基本原理。
1. 活性污泥法的原理活性污泥法是一种生物处理技术，主要通过微生物的代谢活动来降解污水中的有机物。
在活性污泥法中，将含有有机物的污水与活性污泥充分接触，通过微生物的降解作用，将有机物转化为二氧化碳、水和微生物细胞等无害物质。
2. 活性污泥的组成活性污泥主要由微生物、有机物和无机物组成。
微生物是活性污泥的核心，它们通过吸附、吸附和生物化学反应等方式将有机物降解为无机物。
有机物是活性污泥的营养来源，提供微生物进行代谢反应所需的能量和碳源。
无机物主要包括无机盐和微量元素，为微生物提供必要的营养元素。
3. 活性污泥的处理过程活性污泥法的处理过程主要包括曝气池、沉淀池和回流系统。
曝气池：曝气池是活性污泥法的核心设备，通过机械搅拌或气体曝气等方式，将含有有机物的污水与活性污泥充分接触。
在曝气池中，微生物利用有机物进行代谢反应，将有机物降解为无机物。
沉淀池：曝气池处理后的污水进入沉淀池，在沉淀池中，通过重力沉降将污泥与清水分离。
清水从沉淀池的上部流出，进一步处理或直接排放。
而污泥则沉积在沉淀池的底部，形成污泥层。
回流系统：为了保持活性污泥的稳定性和高效性，一部分污泥会通过回流系统返回到曝气池中。
回流系统可以提供适宜的微生物量和营养物质，保持活性污泥的活性和代谢能力。
4. 活性污泥法的优点活性污泥法具有以下优点：(1) 处理效果好：活性污泥法可以有效去除污水中的有机物和悬浮物，使水质得到明显改善。
(2) 投资和运营成本低：相比其他污水处理方法，活性污泥法的投资和运营成本较低，适合中小型污水处理厂使用。
(3) 工艺稳定性高：活性污泥法对进水水质的适应性较强，处理效果稳定可靠。
(4) 体积小：活性污泥法的处理设备相对较小，占地面积较小。
5. 活性污泥法的应用领域活性污泥法广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理厂、农村生活污水处理等领域。
活性污泥法
2 活性污泥法有效运行的基本条件
① 废水中含有足够的可溶性易降解有机物； ② 混合液含有足够的溶解氧； ③活性污泥连续回流，使混合液保持一定浓度的活 性污泥，及时排除剩余污泥； ④ 活性污泥在池内呈悬浮状态； ⑤ 无有毒有害的物质流入。
3 活性污泥的基本性质
物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”； 颜色：褐色、（土）黄色、铁红色； 气味：泥土味（城市污水）； 比重：略大于1（1.0021.006）； 粒径：0.020.2 mm； 比表面积：20100cm2/ml； 含水率：99.299.8%。
活性污泥微生物增长曲线
内源呼吸期
量
污泥浓度 氧利用率
BOD浓度
对数增长期 减速增长期
时间
四个生长阶段特点
(1)迟缓期：表示细菌适应新环境需要的时间， (2)对数增长期：由于营养物浓度超过细菌的需 要量，生长不受限制，生物量以对数速度增加， (3)减速增长期：由于营养物浓度随细菌的消 耗逐渐下降，细菌繁殖世代时间增长，毒性代 谢产物逐渐增高，当营养物浓度达到生长限度 时，细菌即进入减速生长期。 (4)内源呼吸期：串长阶段到内源呼吸期时， 营养物耗尽，迫使细菌代谢自身的原生质，生 物量逐渐减少。
活性污泥净化反应过程
活性污泥去除水中有机物，主要经历三 个阶段： 吸附阶段 氧化阶段 絮凝体形成与凝聚沉淀阶段
吸附阶段：
污水与活性污泥接触后的很短时间内水中有 机物(BOD)迅速降低，这主要是吸附作用引 起的。 由于絮状的活性污泥表面积很大(约200010000m2/m3混合液)，表面具有多糖类粘液 层，污水中悬浮的和胶体的物质被絮凝和吸 附迅速去除。活性污泥的初期吸附性能取决 于污泥的活性。
4 活性污泥中的微生物
活性污泥法的工作原理
活性污泥法的工作原理
活性污泥法是一种常用的废水处理技术，其工作原理如下：
1. 污水进入活性污泥池：废水首先被引导进入活性污泥池，其中含有大量的微生物（活性污泥）。
这些微生物能够通过吸附、吞噬、分解等方式处理废水中的有机物。
2. 微生物降解有机物：活性污泥中的微生物通过与废水中的有机物接触，利用有机物作为能源进行生长和繁殖。
微生物分解有机物的主要过程包括：好氧降解和厌氧降解。
在好氧条件下，微生物需氧进行有机物的分解；在缺氧或无氧条件下，微生物可利用硝酸盐、硫酸盐等物质进行有机物的分解。
3. 混合与搅拌：为了保持污泥颗粒的悬浮状态，活性污泥池通常会进行混合与搅拌。
这有助于提供足够的氧气和营养物质到微生物中，使其能够正常生长和降解有机物。
4. 沉淀和分离：经过一段时间的降解后，污水中的微生物和其它固体悬浮物会逐渐沉淀到底部形成污泥。
然后，通过调节沉淀污泥与水的比例，可以将污泥分离出来，从而使净化后的水体流向下一个处理单元。
5. 污泥处理：将分离出来的活性污泥送入消化池或污泥浓缩池中进行进一步处理。
消化池用于进一步降解活性污泥中的有机物，而污泥浓缩池则用于将污泥的固体含量提高，减少处理所需的体积。
6. 净化水体排放：经过活性污泥法处理后，废水中的有机物质得到了有效去除，达到了排放标准。
因此，净化后的水体可以安全地排放或进一步处理，达到再利用的水平。
二、活性污泥法的基本原理与概念
三、活性污泥法的基本工艺参数
BOD ——容积负荷与BOD——污泥负荷 1、曝气池的BOD ——容积负荷： 1）BOD ——进水容积负荷 单位曝气池容积（m3），在单位时间（1d）内，能够接受，并 将其降解到预定程度的进水有机污染物量（BOD）。
NV Q Si V
( kgBOD
5
m d)
3
剩余污泥
活性污泥系统有效运行的基本条件是：
废水中含有足够的溶解和胶体的易降解有机物；
混合液含有足够的溶解氧——曝气；
池内呈悬浮状态的活性污泥； 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（微生物）浓度； 进水中不含有对微生物有毒有害的物质
活性污泥降解废水中有机物的过程
④ 剩余污泥排走系统：
1） 维持活性污泥系统的正常运行，必须定期排泥;
2） 为了使曝气池内经常保持高度活性的活性污泥。
3） 去除有机物的重要途径之一。 ⑤ 供氧系统： 1）为好氧微生物提供代谢所需的溶解氧 2）使得活性污泥处于悬浮状态
废水好氧活性污泥法中异养微生物的代谢途径
无机代谢产物,随出水排出 少量能量
钟虫
小口钟虫
肾形虫
C、后生动物
线虫
轮虫
原（后）生动物作为“指示性生物”
数 量
二、活性污泥的性质及性能指标
3、活性污泥生化性能:
活性污泥的含水率： 99.299.8% 固体物质的组成：0.2~0.8% 固体物质的组成 1）微生物群体（Ma） 2）微生物内源代谢的残留物（Me） 3）吸附的难于生物降解的有机物（Mi） 4）无机物质（Mii）
Ns Q Si X V
kgBOD
5
kgMLSS
活性污泥净化水质的原理
活性污泥净化水质的原理
活性污泥法是一种常用的生物处理废水的方法，其原理是利用微生物（活性污泥）对废水中的有机物进行降解和氧化，从而净化水质。
具体原理如下：
1. 溶解有机物降解：活性污泥中的微生物通过呼吸作用将氧气与废水中的有机物反应，将有机物分解为水、碳酸盐和二氧化碳等无害物质。
2. 吸附各种有机污染物：活性污泥在废水中可以吸附各种有机污染物，包括悬浮物、微生物和溶解有机物等。
3. 沉淀物去除：活性污泥中的微生物会沉降到底部形成污泥层，从而将废水中的悬浮物和微生物去除。
4. 生物脱氮和脱磷：活性污泥中的特定菌群可以进行脱氮和脱磷反应，将废水中的氮和磷去除，减少水体富营养化的问题。
5. 有机物转化为污泥：活性污泥中的微生物将废水中的有机物转化为新的微生物生物质，从而使有机物被固定在污泥中。
通过以上的一系列生物反应，活性污泥法能够高效地去除废水中的有机污染物，
净化水质。
活性污泥法广泛应用于废水处理厂、工业废水处理和城市污水处理等领域。
活性污泥法基本原
► 5.
活性污泥法基本流程
污水经物化预处理后与二沉池回流污 泥同时进入曝气池，通过曝气搅拌作用， 使污泥呈悬浮态并和污水完全混合，污水 中的有机物被活性污泥吸附并降解或同化， 最终转化为二氧化碳和剩余污泥，污水因 而得到净化。净化后的污水和活性污泥在 二沉池中进行固液分离，上清液溢流排放， 沉淀浓缩的污泥一部分作为接种污泥回流 到曝气池，另一部分则作为剩余污泥排放。
►
微生物对有机物的分解代谢及合成代谢及其产物的模式图
污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
► 3.絮凝与沉淀 3.絮凝与沉淀
絮凝体是活性污泥的基本结构，它能够防止 微型动物对游离细菌的吞噬，并承受曝气等不利 因素的影响，更有利于与处理水分离。 沉淀是混合液中固相颗粒同废水分离的过程， 好坏直接影响出水水质。
3. 活性污泥的组成
► ►
活性污泥含水率一般都在99%以上，固体物质仅占1%以 活性污泥含水率一般都在99%以上，固体物质仅占1%以 下。而这1%固体物质由有机和无机两部分组成。 下。而这1%固体物质由有机和无机两部分组成。 有机部分包括： Ma——具有代谢功能活性的微生物群体； ——具有代谢功能活性的微生物群体； Me——微生物内源代谢、自身氧化残留的微生物有 ——微生物内源代谢、自身氧化残留的微生物有 机体； Mi ——由原污水挟入的不可生化的有机物质 ； ——由原污水挟入的不可生化的有机物质 无机部分包括： Mii——由原污水挟入的无机物质 。 ——由原污水挟入的无机物质
各种内酶 → 进行代谢反应 胞外酶（水解酶） 透膜酶催化作用 大分子 → 小分子 → 透过细胞壁进入细胞体 内 小分子 透膜酶催化作用 → 透过细胞壁进入细胞体 内
1〉氧化分解 2〉合成代谢（合成新细胞） 3〉内源代谢
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活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的基本工艺流程1、活性污泥法的基本组成① 曝气池：反应主体② 二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。
③ 回流系统： 1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。
④ 剩余污泥排放系统： 1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。
⑤ 供氧系统： 提供足够的溶解氧2、活性污泥系统有效运行的基本条件是：① 废水中含有足够的可容性易降解有机物；② 混合液含有足够的溶解氧；③ 活性污泥在池内呈悬浮状态；④ 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥； ⑤ 无有毒有害的物质流入。
二、活性污泥的性质与性能指标1、活性污泥的基本性质① 物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；气味：泥土味（城市污水）；比重：略大于1，（1.002~1.006）；粒径：0.02~0.2 mm ；比表面积：20~100cm 2/ml 。
② 生化性能：1) 活性污泥的含水率：99.2~99.8%；固体物质的组成：活细胞（M a ）、微生物内源代谢的残留物（M e ）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（M i ）、无机物质（M ii ）。
2、活性污泥中的微生物： 剩余活性污泥回流污泥 二次 沉淀池 废曝气池 初次 沉淀池 出水 空气① 细菌： 是活性污泥净化功能最活跃的成分，主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；基本特征：1) 绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2) 在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3) 具有较高的增殖速率，世代时间仅为20~30分钟；4) 其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团”的功能。
② 其它微生物------原生动物、后生动物----在活性污泥中大约为103个/ml3、活性污泥的性能指标：① 混合液悬浮固体浓度（MLSS ）（Mixed Liquor Suspended Solids ）：MLSS = M a + M e + M i + M ii 单位： mg/l g/m 3② 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS ）（Mixed Volatile Liquor Suspended Solids ）：MLVSS = M a + M e + M i ；在条件一定时，MLVSS/MLSS 是较稳定的，对城市污水，一般是0.75~0.85③ 污泥沉降比（SV ）（Sludge Volume ）：是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为20~30%。
④ 污泥体积指数（SVI ）（Sludge Volume Index ）：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g 干污泥所形成的污泥体积， 单位是 ml/g 。
)/()/((%))/()/(l g MLSS l ml SV l g MLSS l ml SV SVI 10⨯== 能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；城市污水的SVI 一般为50~150 ml/g ；三、活性污泥的增殖规律及其应用活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长。
1、活性污泥的增殖曲线注意：1)间歇静态培养；2)底物是一次投加；3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。
①适应期：是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。
BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。
②对数增长期：)，所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控F/M值高(>2.2d/kgVSSkgBOD⋅5制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。
③减速增长期：F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。
④内源呼吸期：内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。
2、活性污泥增殖规律的应用：①活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；②处于不同增值期的活性污泥，其性能不同，出水水质也不同；③通过调整F/M值，可以调控曝气池的运行工况，达到不同的出水水质和不同性质的活性污泥；④活性污泥法的运行方式不同，其在增值曲线上所处位置也不同。
3、有机物降解与微生物增殖：活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化(内源呼吸)两项作用的综合结果，活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为:v r bVX aQS x -=∆;式中: =∆x 每日污泥增长量(VSS ),d kg /；r w X Q ⋅= ；Q ——每日处理废水量(d m /3)；e i r S S S -=；i S ——进水5BOD 浓度(35/m kgBOD 或l mgBOD /5)；e S ——出水5BOD 浓度(35/m kgBOD 或l mgBOD /5)。
a ,b ——经验值：对于生活污水活与之性质相近的工业废水，65.0~5.0=a ，1.0~05.0=b ；——或试验值：通过试验获得。
4、有机物降解与需氧量：活性污泥中的微生物在进行代谢活动时需要氧的供应，氧的主要作用有：① 将一部分有机物氧化分解；② 对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。
因此，活性污泥法中的需氧量:v r X V b S Q a O ⋅+⋅=''2式中： 2O ——曝气池混合液的需氧量，d kgO /2；'a ——代谢每5kgBOD 所需的氧量，d kgBOD kgO ⋅52/；'b ——每kgVSS 每天进行自身氧化所需的氧量，d kgVSS kgO ⋅/2。
二者的取值同样可以根据经验或试验来获得。
5、活性污泥净化废水的实际过程：在活性污泥处理系统中，有机污染物物从废水中被去除的实质就是有机底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，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。
一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：① 初期吸附；② 微生物代谢；③ 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。
BOD 曝气过程所谓“初期吸附”是指:在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10~30min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD 5值(或COD 值)大幅度下降。
但这并不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD 5值会回升，再之后，BOD 5值才会逐渐下降。
活性污泥吸附能力的大小与很多因素有关：① 废水的性质、特性：对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状有机污染物的废水，具有较好的效果；② 活性污泥的状态：在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。
四、活性污泥法的基本工艺参数1、容积负荷（Volumetric Organic Loading Rate ）：V C Q L i vCOD ⋅= )(3d m kgCOD ⋅; V B Q L i vBOD ⋅=5 )(35d m kgBOD ⋅2、污泥负荷（Sludge Organic Loading Rate ）：V MLSS C Q L i sCOD ⋅⋅=d kgMLSS kgCOD ⋅; V MLSS B Q L i sBOD ⋅⋅=5d kgMLSS kgBOD ⋅5 3、水力停留时间（Hydraulic Retention Time ）： Q V HRT = （h ）4、污泥龄或污泥停留时间（Sludge Retention Time ）：r w X Q X V SRT ⋅⋅=（h 或 d ）5、回流比：r Q Q R =。