水污染控制工程：第12章 活性污泥法(1)
水污染控制工程：第十二章 活性污泥法2-1
c V
X
第三节 活性污泥法数学模型基础
R
（1 -
t
c
）
X
X R-
X
（12-25）
二沉池运行正常时：
X R
max
10 6 SVI
（12-26）
式中：t=V/Q，曝气池水力停留时间； SVI-污泥体积指数。
第三节 活性污泥法数学模型基础
对于稳定运行的完全混合曝气池，对活性污泥的微生物物料 平衡可简化为：
第三节 活性污泥法数学模型基础
一般二沉池沉淀效果良好时，出水中的SS小 于15mg/L，因此，随出水排出的污泥量对污泥泥龄 的影响相比于剩余污泥量对污泥泥龄的影响小很多， 甚至可以忽略，因而污泥泥龄可简化为：
c
XV Qw X R
（12-4）
对于图12-24中，如果剩余污泥是从曝气池直接排放
的，那么式（12-4）中污泥浓度XR=X，故 ：
（12-2）
式中： c —污泥龄（SRT），d；
（X）T—处理系统（曝气池）中总的活性污泥质量，kg； (X / t)T —每天从处理系统中排出的活性污泥质量，kg/d。
第三节 活性污泥法数学模型基础
结合图12-24，根据污泥龄的概念。有下式：
c
Q
XV
Qw X e
Qw X R
（12-3）
式中：X—曝气池中活性污泥浓度，gVSS/m3； V—曝气池容积，m3； Q—进水流量，m3/d； Qw—剩余污泥排放量，m3/d； Xe—出水中微生物浓度，gVSS/m3； XR—回流污泥浓度，gVSS/m3。
X t
Kd Y
c
1 Y
（12-40）
可根据污泥泥龄、水力停留时间、污泥浓度和进出水
水污染控制工程 活性污泥
2 渐减曝气和分段进水活性污泥法
在推流式曝气池中，混合液的需氧量在长度方向上是逐步 下降的，因此，等距离均量布置扩散器是不合理的，实际 情况是：前半段水中氧量远远不够，而后半部分则超出了 需要。基于以上分析，有人提出并采用了渐减曝气和分段 进水（SFAS）的工艺。
3 完全混合法
完全混合法（CMAS）出现于20世纪50年代后期，用来处理 高负荷工业废水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。进 水均匀分布于整个反应器中，使反应器内个点的可生物降解 有机物浓度比较低，即使进水中有机物有毒性，其毒性仍然 可以减低，生物降解也会得以进行。
推流 推流
鼓风或机械 鼓风
85-95 85-90
中等浓度，对冲击负荷敏 感
气量逐渐减小
完全混合（CMAS）
完全混合
鼓风或机械 85-90
抗冲击
分步曝气（SFAS）
推流
鼓风
85-95
使用性广
接触稳定（CSAS）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
推流
鼓风或机械 80-90
高悬浮固体废水
延时曝气（EAAS） 完全混合或推流 鼓风或机械 75-95
缺优点点：：
1. 1.
曝推气流池式池曝首气端池污应泥用负时荷间率比高较，长好，氧是速一度种快比，较所成以熟设的计运时行不方宜式采；用过高BOD 负荷率；
22.. 耗处氧理速效度果沿好池，长运逐行渐稳降定低；，但是供氧速度恒定，造成浪费；
33.. 抗BO负D荷5去率除冲率击较能高力，不可强达，9对0%水以质上、，水城量市变污化水是处应理性多较采差用。这种方式运行。
增值期
活性污泥微生物各增值期特点比较
F/M 微生物变化情况
活性污泥性能
水污染控制工程_第十二章_ 活性污泥法
第一节 基 本 概 念
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。
活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 比表面积
黄褐色
土腥味
似矾花絮绒颗粒
曝气池混合液：1.002～ 1.003
Lawrence、McCarty导出的活性污泥数学模型
第四节 气体传递原理和曝气设备
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也 就是活性污泥；
二是污水中的有机物，它是处理对象，也是 微生物的食料；
回流污泥
RQ、Se、XR
系统边界
剩余污泥
QW、Se、XR
完全混合活性污泥法系统的典型流程
二、劳伦斯和麦卡蒂 （Lawrence－McCarty)模型
c (QQW） XXV eQWXR
污泥龄（SRT）
SRT：曝气池中污泥全部更新一次所需 要的时间。
（一）在稳态下，作系统活性污泥的物料平衡：
Q 0 （ X [Q Q W ） X Q e W X R ] （ d d)g X V t 0
▪ 在一定的污泥量下，SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性。 如SVI较高，表示SV值较大、沉淀性较差；如SVI较小，
污泥颗粒密实，污泥无机化程度高，沉淀性好。但是，
如SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。
▪ 通常，当SVI为100~150，沉淀性能良好；而当SVI
＞200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。但根据废水性 质不同，这个指标也有差异。如废水溶解性有机物含
量高时，正常的SVI值可能较高；相反，废水中含无机
(NEW)高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(下册)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录
第9章 污水水质和污水出路
9.1 复习笔记
9.2 课后习题详解
9.3 考研真题详解
第10章 污水的物理处理
10.1 复习笔记
10.2 课后习题详解
10.3 考研真题详解
第11章 污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础11.1 复习笔记
11.2 课后习题详解
11.3 考研真题详解
第12章 活性污泥法
12.1 复习笔记
12.2 课后习题详解
12.3 考研真题详解
第13章 生物膜法
13.1 复习笔记
13.2 课后习题详解
13.3 考研真题详解
第14章 稳定塘和污水的土地处理14.1 复习笔记
14.2 课后习题详解
14.3 考研真题详解
第15章 污水的厌氧生物处理
15.1 复习笔记
15.2 课后习题详解
15.3 考研真题详解
第16章 污水的化学与物理化学处理16.1 复习笔记
16.2 课后习题详解
16.3 考研真题详解
第17章 城市污水回用17.1 复习笔记
17.2 课后习题详解17.3 考研真题详解
第18章 污泥的处理与处置18.1 复习笔记
18.2 课后习题详解18.3 考研真题详解
第19章 工业废水处理19.1 复习笔记
19.2 课后习题详解19.3 考研真题详解
第20章 污水处理厂设计20.1 复习笔记
20.2 课后习题详解20.3 考研真题详解
第9章 污水水质和污水出路
9.1 复习笔记
【知识框架】
【重点难点归纳】
一、污水性质与污染指标
1污水的类型与特征（见表9-1）
表9-1 污水来源及特点。
水污染控制工程(唐玉斌) 课后习题答案+考试重点
第十三章废水生物处理的基本理论概念：①底物和基质：在废水生物处理中，废水中能在酶的催化作用下发生化学反应的物质②比基质利用率：每单位重量微生物体对基质的利用速率q=(dS/dt)u /X③产氯系数：单位质量的基质被利用后增长的微生物的质量Y=dX/dS④比增长速率：每单位重量的微生物的增长速率u=(dX/dt)g /X⑤污泥龄：曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量之比值。
⑥内源呼吸系数Kd：指单位微生物体内单位反应时间内由于内源呼吸而消耗的微生物的量1、好氧生物处理和厌氧生物处理有何区别？答：①起作用的微生物不同。
好氧处理中是好氧微生物和兼性微生物起作用，而厌氧处理中有两大类群微生物起作用，先是厌氧菌和兼性菌，后是另一类厌氧菌。
②产物不同。
好氧处理中，有机物转化为CO2、H2O、NH3或NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等，且基本无害，处理后的水无异臭。
厌氧处理中，有机物转化为CH4、NH3、胺化物或者氮气、H2S等，产物复杂，出水有异臭。
③反应速率不同。
好氧处理中，由于氧气作为电子受体，有机物氧化比较彻底，释放的能量多，因而有机物转化速率快，废水在设备内的停留时间短，设备体积小。
厌氧处理中有机物氧化不彻底，释放的能量少，所以有机物的转化速率慢，需要反应的时间长，设备体积庞大。
④对环境条件的要求不同。
好氧处理要求充分供氧，对环境条件要求不太严格。
厌氧处理要求绝对厌氧环境，对条件（PH、温度等）要求甚严。
2、在废水生物处理过程中，起作用的微生物主要有哪些？各种微生物所起的作用是什么？答：主要有：细菌（真细菌）（1吸附和分解有机物2为原生动物和微型后生动物提供良好的生存条件和附着场所）、古菌（用于有机废水的厌氧处理、用于极端水环境的生物修复工程）、真菌（在活性污泥曝气池中，真菌菌丝形成的丝状体对活性污泥的凝聚起着骨架作用）、藻类（利用光能CO2NH3PO43-生成新生细胞并释放氧气为水体供养）、原生动物（1起辅助净化作用2起指示生物作用）、后生动物（可对水体的污染状况做出定性判断）。
第十二章.废水生化处理
无氧呼吸 发酵 能量利用率26 26％ 能量利用率26％
无机物 有机物
C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
依据细胞炭源、电子供体、 依据细胞炭源、电子供体、电子受体和最终产物对微生物分类
细菌类型 好氧异养菌 好氧自养菌 常用 反应名称 好氧氧化 硝化 铁氧化 硫氧化 兼性异养菌 厌氧异养菌 缺氧脱氮反 应 酸发酵 铁还原 硫酸盐还原 甲烷化 炭源 有机化合物 CO2 CO2 CO2 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 电子供体 （基质） 基质） 有机化合物 NH3、NO2－ Fe（Ⅱ） （ H2S、S0、 、 － S2O32－ 有机化合物 有机化合物 有机化合物 有机化合物 VFAs 电子受体 O2 O2 O2 O2 NO2－、NO3
酶 反 应 速 度 v
vmax
n=0 1/2 vmax 0<n<1
n=1
KS
底物浓度[S] 底物浓度
中间产物假说： 酶促反应分两步进行， 中间产物假说： 酶促反应分两步进行，即酶与底 物先络合成一个络合物（中间产物），这个络合物再进 物先络合成一个络合物（中间产物），这个络合物再进 ）， 一步分解成产物和游离态酶，以下式表示： 一步分解成产物和游离态酶，以下式表示：
温度超过最高生长温度时，蛋白质迅速变性及酶系统 温度超过最高生长温度时， 遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。 遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。 低温会使微生物代谢活力降低，生长繁殖停止状态， 低温会使微生物代谢活力降低，生长繁殖停止状态， 但仍保存其生命力。 但仍保存其生命力。
pH值 值 影 响 微 生 物 生 长 的 环 境 因 素 不同的微生物有不同的pH适应范围。 不同的微生物有不同的 适应范围。 适应范围 细菌、放线菌、藻类和原生动物的 适应范围是 细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH适应范围是 之间。 ～ 之间 在4～10之间。 大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝6.5～7.5）的 大多数细菌适宜中性和偏碱性（ ＝ ～ ） 环境。 环境。 废水生物处理过程中应保持最适pH范围。 废水生物处理过程中应保持最适 范围。 范围 当废水的pH变化较大时，应设置调节池， 当废水的 变化较大时，应设置调节池，使进入 变化较大时 反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的 范围 范围。 反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的pH范围。
水污染控制工程：第十二章 活性污泥法2-3
NO2
H 2O
2H
NO2
1 2
O2
NO3
第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计
2 硝化反应 若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为：
55NH
4
76O2
109HCO3
C5H7 NO2
54NO2
57H 2O
104H 2CO3
400NO2
NH
4
4H 2CO3
HCO3
195O2
C5H7 NO2
3H 2O
第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计
硝化反应池中DO浓度一般足够高，
K
DO O DO
1
，如果再忽略硝化菌的内源代谢作用，则：
n
nm
Na Kn Na
硝化菌比生长速率同样受温度影响，15 ℃ 时硝化菌的最大比生长速率为0.47d-1，硝化 菌比生长速率与温度的关系可表示为：
第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计
S0—曝气池进水的平均BOD5浓度，g/m3； Se—曝气池出水的平均BOD5浓度，g/m3； △Xv—系统每天排除的剩余污泥量，g/d； 4.57—氨氮的氧当量系数；
Nk—进水总凯氏氮浓度，g/m3； Nke—出水总凯氏氮浓度，g/m3。化工艺中，总需氧量为：
第十二章 活性污泥法
12.6 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计 12.7 二次沉淀池 12.8 活性污泥法处理系统的设计、运行与管理
第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计
一、生物脱氮原理： 1、氨化：溶解性有机氮化合物经微生物降解释放出氨的过程。 1）、水解脱氨作用，产生羟基羧酸和氨
在缺氧条件下，氨化菌（异养菌）将有机会氮化合物（蛋 白质）、脂肪等）分解转化为有机酸和氨。
《水污染控制工程》(第4版)(下册)第12章 活性污泥法【圣才出品】
第12章活性污泥法12.1复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】一、基本概念1．活性污泥（1）活性污泥组成①有活性的微生物（Ma），如以菌胶团形式存在的细菌、真菌等；②微生物自身氧化残留物（Me）；③吸附在活性污泥上没有被微生物所降解的有机物（Mi）；④无机悬浮固体（Mii），主要来自入流的污水，也包括细胞物质中的一些无机物质。
（2）活性污泥性状①粒径在200～1000μm的类似矾花状不定形的絮凝体；②具有约20～100cm2/mL的较大表面积；③一般呈茶褐色，略显酸性，稍具土壤的气味并夹带一些霉臭味；④供氧不足或出现厌氧状态时活性污泥呈黑色，供氧过多营养不足时污泥呈灰白色。
（3）活性污泥的评价方法①生物相观察利用光学显微镜或电子显微镜进行观察。
②混合液悬浮固体浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度a．混合液悬浮固体浓度（MLSS），是指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，又称污泥浓度。
它包括Ma、Me、Mi及Mii四者在内的总量。
b．混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS），是指混合液悬浮固体中有机物的质量。
它包括Ma、Me及Mi三者，不包括污泥中无机物质。
MLSS 测定简便，工程上往往以它作为评价活性污泥量的指标。
MLVSS 代表混合液悬浮固体中有机物的含量，比MLSS 更接近活性微生物的浓度，测定也较为方便。
对某一特定的污水处理系统，MLVSS/MLSS 的比值相对稳定，因此可用MLVSS 表示污泥浓度。
③污泥沉降比（SV%）污泥沉降比是指曝气池混合液静止30min 后沉淀污泥的体积分数，标准采用1L 的量筒测定污泥沉降比。
通常使用污泥沉降比（SV%）和污泥体积指数来表示活性污泥的沉降性能。
④污泥体积指数（SVI）污泥体积指数（SVI）是指曝气池混合液沉淀30min 后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积，常用单位为mL/g。
其计算公式为：()()m S L VI /L MLSS g/L =沉淀污泥的体积SVI 表示沉淀后单位干泥所占体积，比SV%能更准确反映污泥的沉降性能。
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12.1 活性污泥法概述(Overview of the Activated Sludge Process)
1) 活性污泥(activated sludge)
活性污泥的历史(historical development)
1912年(Clark & Gage; Arden & Locket)发现污水曝气 产生悬浮状态褐色絮状污泥。活性污泥组成：细菌、 真菌、原生动物和后生动物.
可降解有机物 + 异养微生物
无机代谢产物
少量能量
O2
代谢产物
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
＋ 能量
(1/3) 分解代谢
(2/3)
合成代谢
～80%
内源呼吸
新细胞物质
（C5H7NO2）
～20%
内源呼吸产物 + 能量
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
内源呼吸残留物
O2
净增细胞物质
剩余污泥
大纲 (outline)
12.1 活性污泥法概述(Introduction to the Activated Sludge Process)
12.2 活性污泥法的发展(Development of Activated Sludge Processes)
12.4 气体传递原理和曝气池(Oxygen transfer and Aeration tank)
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
rest energy
＋ energy
Biodegradable organics
+ Heterotrophic microbe
(1/3) Catabolism
(2/3) Anabolism
～80%
End products + energy
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
a. 物理性质(physical property)：
——“菌胶团(zoogloea)”/“生物絮凝体”
➢ 颜色(color)：褐色、土黄色、铁红色； ➢ 气味(odour)：泥土味（城市污水）； ➢ 比重(specific gravity)：
略大于1（1.0021.006）；
➢ 粒径(particle size)：0.020.1mm；
(generation time)为2030分钟； 4）其中动胶杆菌(zoogloea)具有将大量细菌结成为“菌胶
团” 的功能。
8
12.1 活性污泥法概述(Overview of the Activated Sludge Process)
3) 活性污泥中的微生物
B 原、后生动物 (protozoan and metazoan)
12.5 活性污泥法的设计计算(Process for BOD removal and Design)
12.6 除磷脱氮工艺及设计(Process design for nutrients removal and Design)
12.7 活性污泥法系统设计和运行的一些问题 (Considerations of Activated Sludge Process operation)
第12章 活性污泥法
Activated Sludge Process
废水好氧生物处理中有机物的代谢途径
Metabolism Pattern of organic matters in biological wastewater treatment
Inorganic metabolites
O2
End products
➢ 活性污泥的含水率(moisture content) :99.299.8%。
➢ 其中固体物质的组成(composition)：
1）活细胞（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）;
有机物 75~85%Hale Waihona Puke 4）无机悬浮固体（Mii）。
12.1 活性污泥法概述(Overview of the Activated Sludge Process)
➢ 比表面积(specific surface area)：
20100cm2/mL。
12.1 活性污泥法概述(Overview of the Activated Sludge Process)
3)活性污泥的性质
Characteristics of activated sludge
b.生化性质(bio-chemical property) ：
New cells Endogenous decay
（C5H7NO2）
～20%
residual
O2
Net biomass
Waste sludge
废水好氧生物处理中有机物的代谢途径
Metabolism Pattern of organic matters in biological wastewater treatment
1916年第1个活性污泥法污水处理厂在Manchester City 建成运行；
至今，成为城市污水处理最广泛应用的方法。
活性污泥法的实质：天然水体自净作用的人工化和
强化
12.1 活性污泥法概述(Overview of the Activated Sludge Process)
2)活性污泥的性质
Characteristics of activated sludge
➢ 活性污泥系统启动初期，游离细菌居多，原生动物肉足虫 （如变形虫）、游泳型纤毛虫（如豆形虫、草履虫）。
➢ 菌胶团培育成熟，细菌多“聚居”在活性污泥上，处理水 水质良好；原生动物以带柄固着型的纤毛虫（如钟虫、等 枝虫等）为主。
➢ 原生动物能不断摄食水中的游离细菌，起到进一步净化水 质的作用。
➢ 后生动物（主要指轮虫）在活性污泥中是不经常出现的， 仅在处理水质优异的完全氧化型活性污泥系统（如延时曝 气）中出现，因此，轮虫出现是水质非常稳定的标志。
3) 活性污泥中的微生物
A．细菌(bacterial)：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。 ➢ 特征： 1）多属好氧和兼性异养型的原核细菌(Aerobic/facultative
and heterotrophic Prokaryotic bacteria) ； 2）在有氧条件下，具有较强的分解有机物的功能； 3）具有较高的增殖速率(high growth rate)，其世代时间