第四章 (4.1)活性污泥法的基本原理
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
第四章活性污泥法全解课件
机械曝气：①曝气装置的转动，把大量混合因为以液幕、 液滴抛向空中，增大接触面，液面呈剧烈的搅 动状，将空气卷入；②曝气器转动产生提升作 用，使混合液连续地上、下循环流动，气、液 界面不断更新，将空气中的氧转移到液体内； ③曝气器转动，在其后侧形成负压区，吸入部 分空气。
dM / dt — 单位时间内通过界面扩散的物质数量； A — 界面面积。
曝气过程中的双膜理论基本论点： (1)膜两侧两相均处于紊流状态，紊流程度越高层流膜越薄。 (2)气液相主体的浓度是均匀的，所有的传质阻力只存在两层流
膜中。 (3)界面上不存在传质阻力。 (4)传质阻力主要存在于液膜上。
设液相主体体积为V(m3)，上式同除以V得：
微孔曝气设备
微孔曝气设备安装
2、机械曝气设备
（1）竖轴式曝气器
①泵型叶轮曝气机 a、叶轮外缘最佳线速度应在4.5~5.0 m/s的 范围内；b、叶轮在水中浸没深度应不大于40 mm，过深影响 曝气量，过浅易于引起脱水，运行不稳定；c、叶轮不能反转。
② K型叶轮曝气机 最佳运行线速度在4.0 m/s左右，浸没深度为 0~10 mm，叶轮直径与曝气池直径或正方形边长之比大致为1： 6~1：10.
推流式曝气池
平面布置 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。 横断面布置 推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。 根据横断面上的水流情况，可分为 平流推移式 旋流推移式 完全混合曝气池
池形：圆形、方形、矩形
（三）气体传递原理
在曝气过程中，空气中的氧从气相传递到液相，是个传质过 程，由于物质传递是借助于扩散作用从一相到另一相的，故传质 过程实质上是个扩散过程，主要是由于界面两侧物质存在着浓度 差值而产生。
第4.1节 活性污泥法基本原理
u向生活污水注入空气进行
空气
曝 气 池 二 沉 池
曝气，并持续一段时间以 后，污水中即生成一种絮 进水 凝体。这种絮凝体主要是 由大量繁殖的微生物群体 所构成，它有巨大的表面 积和很强的吸附性能，称 为活性污泥(activated sludge)。
出水
回流 污泥
剩余 污泥
推流曝气池
活性污泥法系统组成
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) 处于不同增长期的活性污泥，其性能不同，处 理出水的水质也不同； (3) 可以通过调整F/M值，来调控曝气池的运行工况， 以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能； (4) 推流式：一段线段； (5)完全混合式：一个点
（2）对数增长期：
A．F/M值高，所以有机底物异常丰富，营养物质不是微生物增 殖的控制因素； B．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； C.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； D.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； E.活性污泥的代谢速率极高，需氧量大； F.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。
2.完成吸附条件
A. 足量活性污泥，并充分曝气，剧烈搅拌， 使水和泥充分接触、沉淀； B. 完成吸附后（20~40min）即进行固液分 离； C. 活性污泥吸附性能要好； D. 污水中有机物以胶体，悬浮物为主。
（二）微生物的代谢机理
1.分解代谢：一部分有机物进行氧化分解 ，最终形成 CO2和 H2O等稳定的无机物质，并从中获取合成新细 胞物质所需要的能量，这一过程可用下列化学方程式 表示。
污水的生化处理之活性污泥法基本原理
污水的生化处理之活性污泥法基本原理
基本原理：
活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的方法。
生物絮体活性污泥包括细菌、真菌、原生动物和后生动物及其代谢的和吸附的有机物、无机物，具有降解有机污染物的能力。
活性污泥法净化废水有以下三个过程：
1.吸附
废水与活性污泥微生物接触后，形成悬浮混合液，废水中的污染物被比表面积很大且表面上含有多糖类黏性物质的微生物吸附和粘连。
呈胶态的大分子有机物被水解酶作用，分解为小分子物质，这些小分子与溶解性有机物在透膜酶的作用下或浓差推动下选择性渗入细胞体内。
初期吸附过程进行十分迅速，在10~40min内，BOD可以降低80%-90%，之后变慢。
上述的吸附是物理吸附和生物吸附的综合作用。
2.微生物的代谢
污染物能吸收进入细胞体内，通过微生物的代谢反应而被降解；一部分经过中间状态氧化为产物二氧化碳和水，另一部分转化为新的有机体是细胞增殖。
3.凝聚与沉淀
絮凝体是活性污泥的基本机构，水中能形成絮凝体的微生物很多，它具有凝聚性能，可形成大块菌胶团。
凝聚的主要原因是细菌和微生物的分泌物促使凝聚结成绒粒，把颗粒同水分开，除了重力沉淀外，
也可用气浮法进行固液分离。
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。
《活性污泥法基本原》ppt课件
合液内所含有的活性污泥固体物的总质量，以MLSS表示， 单位： mg/l 或g/l 。
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 混合液悬浮固体中的有机物量称为混合液体挥发性悬浮 固体，以MLVSS表示，单位： mg/l 或g/l 。 MLVSS =Ma+Me+Mi f MLVSS Xv 对于城市生活污水：f 0.75
吸附过程进展的较快，可以在30min内完成， BOD去除率可达70％。吸附速度的决定条件:① 微 生物的活性程度；② 反响器内水力扩散程度与水 动力学的规律。
一般，处于饥饿状态的内源呼吸期的微 生物吸附活性最强。
被吸附在微生物外表的有机物，在经过数 小时的曝气后，才可以相继被摄入其体内，因此， 初期吸附去除的有机物数量是有一定限度的。
Mii——由原污水挟入的无机物质 。
4. 活性污泥的性质
• 颜色：黄褐色〔茶褐色〕 • 状态：似矾花絮绒颗粒 • 味道：土腥味 • 相对密度
曝气池混合液：1.002～1.003 回流污泥：1.004～1.006 • 粒经：0.02～0.2mm
• 比外表积：20～100cm2/mL
• 5. 活性污泥法根本流程
数〔SVI〕，其值按下试计算：
SVI=70～100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好 SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高， 缺乏活性。 SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。 正常情况下，城市污水SVI值在50～150之间。
〔2〕污泥密度指数〔SDI〕 曝气池混合液在静置30min后，含于100mL沉降污
2. 微生物代谢
大分 胞 小 外 子 酶 分 透 （ 小 膜 子 水 分 酶 解 透 透 催 酶 膜 子 化 ） 酶 过 作 透 催 用 细 化 过 作 胞 内 用 细 壁 胞 内 进 壁 各 入 种 进 进 内 细 酶 入 行 胞
活性污泥法工作原理
活性污泥法工作原理
活性污泥法是一种常用的生物处理工艺，用于处理污水中有机物和氮、磷等污染物。
它的工作原理基于活性污泥的微生物代谢活动，在氧气的存在下将有机物逐步转化为水和二氧化碳。
活性污泥指的是一种富含微生物的淤泥，其中包含多种硝化菌、脱氮菌和磷虫等微生物。
这些微生物在适宜的条件下，能够分解有机物，转化为无机物。
活性污泥法通过将污水与活性污泥充分接触，使微生物附着在有机物上，并利用其代谢能力进行有机物降解。
活性污泥法的处理过程通常包括曝气池、沉淀池和回流系统。
首先，将污水引入曝气池中，通过曝气设备向曝气池中注入氧气，提供微生物进行呼吸作用所需的氧气。
同时，曝气也能促进污水与活性污泥的充分混合，使微生物更好地与有机物接触。
接下来，污水和活性污泥混合物进入沉淀池。
在这个过程中，由于停止曝气和混合，微生物会逐渐沉淀到污水底部，形成淤泥层。
这个沉淀池起到分离活性污泥和清水的作用。
最后，部分清水从沉淀池中取出，经过处理后再回流至曝气池。
这样做不仅能保证曝气池内的污水继续得到处理，还能稀释曝气池内活性污泥的浓度，避免过高的浓度对微生物的生长产生不利影响。
通过循环利用活性污泥进行连续处理，污水中的有机物被微生物降解，减少有机污染物的浓度，并实现氮、磷等污染物的去
除。
活性污泥法具有处理效果好、运行稳定等优点，被广泛应用于城市污水处理厂和工业废水处理中。
活性污泥法基本原理
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，使曝气池内的微生物量平衡。
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。
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§4. 1 活性污泥法的基本原理
4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程 4.1.2 活性污泥的形态及其组成 4.1.3 活性污泥净化反应过程
4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程
1．活性污泥法发展历史
2．基本工艺流程
3．活性污泥法特征 • 曝气池是一个生物化学反应器 • 曝气池内混合液是一个三相混合系统： 液相—固相—气相；混合液=污水+活性污泥+空气 • 传质过程：气象中 O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体（固 相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物 （CO2） 和（H2O）返回气相和液相。 • 物质转化过程： 有机物降解→活性污泥增长
有办法知道确切的生物量吗？
有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、 三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥 的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变 化。
按McKinney的分析： MLSS=Ma+Me+Mi+Mii MLVSS=Ma+Me+Mi
式中：Ma——具备活性细胞成分；
废 水 中 的 污 染 物
不可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解的有机溶解性污染物
转化为新的微 生物体和CO2
部分转移到新的生物机体中
无机溶解性污染物 不可生物降解有机溶解性污染物
部分留于废水中 基本留于废水中
曲线①反映污水中有 机物的去除规律； 曲线②反映活性污泥 利用有机物的规律； 曲线③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转移到(吸附)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)。
3）内源代谢
(C5 H7 NO2 )n 5nO2 酶 5nCO2 2nH2O nNH3 H（4－3）
谢 代 解 分
代谢产物 H 2 O CO 2 NH 3
+
能量
污水中有机污染物 C x Hy Oz
+ O2
微生物 ↓
合 成 代 谢
内源呼吸产物 H 2 O CO 2 NH 3 合成细胞物质 C 5 H7 NO 2 内源呼吸 ↓
a X0
0
时间
图 4-4 活性污泥增长曲线及其和有机 污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系 （有机污染物一次投加）
2.活性污泥净化有机物的过程
1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附） ● 活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性污泥）其表面 为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝 聚和吸收而得到去除。在30min 内能去除70% BOD。 ● 处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力 也强 ● 初期吸附去除的过程 图4-22 Smith 史密斯实验 2．微生物的代谢
残留在废 水中的有 机物
微生物不能利用的有机物
废 水 中 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 （吸附量） 从废水中 去除的有 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） 增殖的微生物体 氧化产物
污染物的吸附转化情况
无机悬浮固体污染物 基本吸附于微生 物表面混入污泥
第4章 活性污泥法
4.1 活性污泥法的基本原理 4.2 活性污泥法净化反应影响因素与主要设计参数 4.3 活性污泥反应动力学基础 4. 4 活性污泥处理系统的运行方式与曝气池工艺参数 4. 5 活性污泥处理系统的新工艺 4.6 曝气的基础理论 4.7 曝气系统与空气扩散装置 4.8 活性污泥反应器——曝气池 4.9 活性污泥处理系统的工艺设计 4.10 活性污泥处理系统的运行管理 思考题与习题
+
能量
+ O2
内源呼吸残留物
图 4-5 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
可降解 有机物
氧化 1/3 2/3 合成
无机物＋能量 80% 新细胞物质 20% 内源代谢 残留物质 无机物＋能量
图 4-6 微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼提出）
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：
3．活性污泥絮凝体（生物絮凝体）的形成与凝聚沉淀
● 生物絮凝体——菌胶团 ● 生物絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于活性污泥的能量水平 ● 活性污泥的能量水平主要取决于Ns （BOD——污泥负荷率) ● Ns高，能量水平高，处于对数增殖期，细菌处于“壮龄”阶 段，其动能大于范德华引力，污泥不易絮凝 污泥松散 ● Ns低，能量水平低，细菌处于减衰增殖后段或内源性呼吸 期，处于“老龄”阶段，动能小于范得华引力，污泥易于絮 凝,污泥沉降性好。 ● 活性污泥中的某些微生物（如枝状动胶杆菌，酵母菌、原生动物） 分泌出粘性的胶体物质，使细菌互相连接形成菌胶团，并对微小颗粒 及可溶性有机物也具有一定的粘结性能，促进生物凝絮体的形成。
Water Pollution ontrol Engineering
Historical Development suspended growth biological treatment processes
Early 1880s, Dr. Angus Smith, the aeration of wastewater in tanks to hasten the oxidation of the organic matter; In 1910, Black and Phelps, a considerable reduction in putrescibility （易腐烂） by forcing air into wastewater in basins; In 1912 and 1913, Clark and Gage, with aerated wastewater to cultivate growths of organisms in bottles and in the tanks partially filled with roofing slate（石板瓦）about 25mm apart and to greatly increase the degree of purification; In 1914, Ardern and Lockett, The sludge played an important part in the results obtained by aeration, in their paper they gave the name activated sludge.
含水98％~99％ 干固体和水分 干固体1％~2% MLSS
MLVSS NVSS
2．活性微生物（Ma）的分类及作用 （1）细菌：净化污水的第一承担者，即主要承担者 ① 异养型原核细菌（107～108个/mL）——好养细菌 ● 动胶杆菌属 ● 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势） ● 产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势） ● 黄杆菌属 ● 大肠埃希式杆菌 ② 特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒 （2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌，具有分解有机物的功能。若大 量繁殖则会引起污泥膨胀。 （3）原生动物：肉足虫 、鞭毛虫、纤毛虫等。通过辨认原生动物的 种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生 物。原生动物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕 食者，它是污水净化的第二承担者。 （ 4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中不经常出现，轮虫的出 现是水质稳定的标志。后生动物是细菌的第二 捕食者。
各种内酶 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 进行代谢反应:
图4-22 Smith 史密斯实验
污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程
4.1.2 活性污泥的形态及其组成
1.什么是活性污泥？ 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。
一组活性污泥图片
2.活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 黄褐色 土腥味 似矾花絮绒颗粒 曝气池混合液：1.002～1.003 回流污泥：1.004～1.006
粒经 比表面积
0.02～0.2mm
20～100cm2/mL
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
3.活性污泥的组成
栖息着的微生物 大量的细菌 真菌 原生动物 后生动物
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。
活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态 ③ 减速增殖期（减速增长期、稳定期、平衡期）
0.1
F 2.2， M
dMa K 2 MaS dt
特征： ●营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素， ●活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。
④ 内源呼吸期（衰亡期）
量 对数增长期 减速增殖期 内源呼吸期 （污泥） c d 氧的利用速度 b
NVSS: 一般范围为25％~45％
NS
F QS 0 N XV
4.1.3 活性污泥净化反应过程