第四章 活性污泥法
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。
第四章 第一节-活性污泥法
活性污泥降解污水中有机物的过程
污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
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：
废 水 中 的 有 机 物
残留在废 水中的有 机物
微生物不能利用的有机物
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
二是废水中的有机物，它是处理对象，也是 微生物的营养食料；
三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物 既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。
城市污水处理工艺基本流程： 污水→格栅→沉砂池→初沉池
→活性污泥曝气池→二沉池→消毒
高碑店污水处理厂的工艺流程图
活性污泥系统
高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置
第一节 活性污泥法
一、基本概念与流程 二、活性污泥形态与微生物 三、活性污泥净化反应过程 四、活性污泥法主要影响因素与控制指标
第二节 生物膜法
一、生物膜法概述 二、生物膜的形成及净化过程 三、生物膜法载体 四、生物膜法特征 五、生物膜反应器
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二沉池 曝气池 初沉池
初沉池
二期 曝气池 二沉池
活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程
活性污泥处理系统的组成
1.曝气池： 2.二沉池：
微生物降解有机物的反应场所 泥水分离
3.污泥回流系统： 确保曝气池内生物量稳定 4.曝气系统： 为微生物提供溶解氧，同时起到 搅拌混合的作用。
活性污泥法处理系统有效运行的基本条件
净化污水的主要的第一的承担者细菌净化污水的第二承担者原生动物指示性生物原生动物通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一原生动物在活性污泥中大约为103个ml01mm原生动物钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫后生动物线虫轮虫微生物的生长规律复习适应期对数期平衡期衰老期培养时间微生物生长速率微生物生长速率微生物量的对数微生物量的对数培养时间总菌数活细菌数微生物生长曲线线死细菌数4
第4章活性污泥法 共185页
混合液悬浮固体：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 式中：Ma——有活性的微生物；
Me——微生物自身氧化残留物，即内源代谢残留的微生物
有机体;
Mi——有机污染物，吸附在污泥上未被降解； Mii——无机悬浮固体，吸附在污泥上。
有活性的微生物存在形态——菌胶团： 由细菌分泌的多糖类物质将细菌等包覆成的粘性团块。
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污泥体积指数：SVI(污泥指数、污泥容积指数
曝气池出口处出混合液，经30分钟静沉后，每g干泥所形成的 湿污泥的体积，简称污泥指数，单位为mL/g。
1L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL） SV(mL/L)
SVI=
=
1升混合液中悬浮固体干重（g）
MLSS(g/L)
反映污泥的凝聚、沉降性能。 SVI应在100～150（有说70～100）。 影响SVI的最重要的因素是微生物群体所在的增殖期。 太高，沉降性能差，可能膨胀； 太低，可能处在内源呼吸期，泥粒细小而紧密，易沉降，活 性差，无机物多。 实际运行中，一般用SV了解SVI，因为曝气池MLSS变化不大。
• 深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时 微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有 一定的变化。
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。
2、干固体和水分
含水98％~99％ 干固体1％~2%
MLSS
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3、 活性污泥的组成：
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序批式活性污泥法（SBR法）
第四章活性污泥法
（三）活性污泥法对进水水质的要求
（c）溶微生物可生存（耐受）， 故以此为标准进行稀释处理可解决问题。
盐浓度高，丝状菌成块状，沉降性显著改善； 钙离子浓度高，与代谢产物CO2生成CaCO3，增
• ⑤水量、水质变化；
• 有机负荷高，使出水残留量增加；引起AS系统污泥膨 胀；
• 水量过大，二沉池表面负荷增大，沉降分离效果 差；
• 水量波动大，影响二沉池污泥分离。
解决方法： 设置均化调节池。
（三）活性污泥法对进水水质的要求
• ⑥其它：
（a）悬浮物质：
✓ 过高使剩余活性污泥量增大，Biofilm异常增殖，且 MLVSS/MLSS降低；
（三）活性污泥法对进水水质的要求
③水温
• 过高：40C，蛋白变质，微生物失去活性；
• 过低：降低微生物的活性；设计时使处理装置充分适 应低温处理的要求。
④进水浓度：
对于高浓度、危害微生物活性的有机物；采用先稀 释、驯化，或多点进水；
Biofilm法采用处理水循环，以稀释原水。
（三）活性污泥法对进水水质的要求
3、初级沉淀池的运行管理
(3)正常管理 ①水面监视
监视水面可以很容易地发现异常污水的流入；
②设备的维护
检查除渣设备、刮泥机、污泥计量装置、污泥泵、 自控装置等是否正常；
③刮泥机
应根据构造、控制方法、污泥发生量等决定运行方法； ④排泥
排泥量（m³/d)=进水量（m³/d)/10000·(进水SS-出水SS） mg/L
③操作人员应经常检查初次沉淀池浮渣斗和排渣管道的排渣 情况，并及时清除浮渣。清捞出的浮渣应妥善处理；
④刮泥机待修或长期停机时，应将池内污泥放空；
第四章 活性污泥法
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6.吸附再生法（又称接触稳定法，P112)
进水
进水 吸附池 再生池
二沉池 剩余 污泥
回流污泥
再生段 吸附段
二沉池
剩余 污泥
回流污泥
分建式
合建式
图12-13 吸附再生法活性污泥法系统
吸附池：快速去除有机物,容积较小； 再生池：使回流污泥恢复活性。 处理效果低，适用于含有机悬浮物和胶体较多的污水。
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第三节 气体传递原理和曝气设备
一、气体传质原理(P128)
1.菲克定律：
dc
vd
D
d
vd―物质的扩散速率,以单位时间通过单位截面积的物 质数量表示，kmoL/m2.s；
D―扩散系数,与扩散物质和介质的特性及温度有关;
dc
d
－浓度梯度;
表明物质在静止或层流状态下分子扩散的规律。
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0.21―氧在空气中所占体积百分数； 1.331―20℃时氧气的密度，kg/m3；
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9.纯氧曝气法（P115):
图12-18 纯氧曝气池结构简图
纯氧代替空气，曝气时间短，MLSS较高；设备需密 封，结构要求高。
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11.吸附-生物降解工艺（AB法,P116）
进水 格栅
沉砂池 吸附池
A级 沉淀池
B级 曝气池 沉淀池 出水
回流 污泥
剩余 污泥
图12-20AB法工艺流程图
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旋转推流式示意图 9
2.完全混合曝气池（P108)
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池内各点 的底物浓 度、微生 物浓度、 需氧速率 一致，耐 冲击负荷。
水处理技术 活性污泥法
第四章活性污泥法一、重点与难点本章是全部教学的另一个重点，是水处理技术的核心部分，特别是好氧活性污泥工艺的相关知识与操作。
重点：基本工艺流程、活性污泥法的机理与各控制参数、曝气的运行管理与维护。
难点：曝气的运行管理与维护、各类控制参数的测量。
二、基本内容与要求1 活性污泥法概述（A）（1）掌握活性污泥法基本工艺流程（2）掌握活性污泥主要生物种类（3）掌握活性污泥法对进水的要求2 初次沉淀池（A）掌握池形、个数、构造、刮泥机、排泥设备，维护和管理的一般要求3 曝气池该部分内容是教学的重点，授课时应以经验讲授为主。
对理论部分视学员情况，不要过多讲授，应对非掌握内容进行大量删减。
（1）活性污泥法的净化机理（C）掌握活性污泥对有机物的吸附、被吸附有机物的氧化和同化、活性污泥絮体的沉淀分离、生物硝化、生物脱氮、生物除磷。
（157-167页的理论部分只做重点介绍）（2）活性污泥法主要设计和运行参数（A）掌握生物固体停留时间SHR、有机物负荷Ns和Vs、水力停留时间HRT、活性污泥微生物浓度MLSS（混合液悬浮固体浓度）、剩余活性污泥量、混合液溶解氧浓度DO、污泥沉降比SV、污泥容积指数SVI。
相关参数的测量方法和意义，参数的一般控制范围。
（3）熟悉活性污泥法的分类设计运行参数（B）熟悉各类曝气池的特点。
（4）鼓风曝气池（A）掌握池形、构造、曝气器、供风量与供风压力、供风管、回流设备、附属设备、沉淀装置（5）垂直轴机械曝气沉淀池（B）熟悉容积与形状、构造、曝气器、污泥回流设备、附属设备（6）水平轴式机械曝气池（B）熟悉池形、构造、曝气器、回流设备、附属设备、沉淀装置（7）完全混合曝气池（A）掌握容积、形状、池数、构造、停留时间、曝气器、附属设备（8）曝气池维护管理（A）掌握曝气池维护管理一般要求、运行管理、安全管理、维护保养、技术指标、鼓风曝气池日常运行管理掌握曝气池的水质管理：水质管理的监测项目、水质管理控制指标、水质异常时的管理；掌握垂直轴机械曝气池的运行管理：管理要点、正常时的管理、垂直曝气机的管理；掌握水平轴式机械曝气池日常运行管理；掌握完全混合曝气沉淀池的运行管理：曝气池的调节、正常管理、运转开始时应注意事项4 鼓风机房（C）。
第四章___活性污泥法全解
将上式取倒数的得：
上式中V /Q为水力停留时间，用t表示，则上式变为：
气体传递原理和曝气设备
（一）曝气方式及原理
曝气类型：鼓风曝气、机械曝气（表面曝气、潜水曝气、 卧轴式曝气）、鼓风机械曝气 鼓风曝气：将鼓风机提供的压缩空气，通过管道系统送入 曝气池中空气扩散装置上，并以气泡形式扩散 到混合液中。（例如：微气泡扩散器） 鼓风机械曝气：采用鼓风装置将空气送入水下，用机械搅 拌的方法使空气和污水充分混合，本方法 适用于有机物浓度较高的污水。
（2）推导曝气池内微生物浓度与污泥泥龄的关系： 在稳态条件下，根据曝气池底物的物料平衡，有：
整理得：
将式③代入式②可得：
从上式解出X并整理得：
V /Q=t，上式中Q /V可替换成1/t 从上式可以看出，曝气池中的活性污泥浓度与进出 水水质、污泥泥龄和曝气时间等都相关。
（3）推导回流比R与污泥泥龄θc的关系： 对曝气池内生物量进行物料衡算⑥⑤：
（1）推导出水水质与污泥泥龄的关系 在稳态条件下，由系统活性污泥的物料守恒，有：
X0 — 进水中微生物浓度，gVSS /m3；
Xe — 出水中的污泥浓度，g/m3; XR — 排出的剩余污泥中的污泥浓度，g/m3； X — 曝气池中污泥浓度，gVSS /m3; V — 曝气池容积，m3; Q — 进水流量，m3/d；长、有机物降解、污泥沉淀性能 以及需氧量的重要因素，也是进行工艺设计的主要参数。 污泥膨胀与污泥 负荷有重要关系，一 般在低负荷和高负荷 都不会出现污泥膨胀， 而在1.0左右的中间负 荷时SVI值很高，属 于污泥膨胀区，在设 计或运行时避免采用 这一区域的负荷值。
（2）水温
一般二沉池沉淀效果良好时，出水中的SS小于15 mg/L,因 此，随出水排出的污泥量对污泥泥龄的影响相比剩余污泥对污 泥泥龄的影响小很多，一般可以忽略，因而污泥泥龄可简化为：
活性污泥法
第 4 章污水的生物处理（一）---活性污泥法(Biological Treatment of Wastewater:The Activated Sludge Process)水体自净，氧化塘自然条件下土壤自净，土地处理好氧处理人工条件下活性污泥法生物处理生物膜法厌氧处理自然条件下：高温堆肥、厌氧塘人工条件下厌氧处理技术污泥消化(Aerobic/AnaerobicSuspended-Growth Treatment ProcessesAttached-Growth Treatment Processes)4.1.1. 活性污泥处理法的基本概念与流程Excess sludge4.1.2 活性污泥的形态与活性污泥微生物1．活性污泥的形态: 颜色，味，形状，比重，含水率表面积20-100cm2/ml；有机（75-85%）/无机成分，活性污泥组成：Ma +Me+Mi+Mii微生物惰性有机物无机物自身氧化残留物2．活性污泥微生物（Ma）及其在活性污泥反应中作用细菌：产碱干菌属，芽胞干菌属，动胶杆菌属，假单胞菌属，大肠杆菌属，无色杆菌属等（增殖世代时间20-30min）；数量：107-108个/mL 真菌：丝状菌，霉菌；净化能力与不利影响原生动物：肉足虫类：如变形虫、滴虫，鞭毛虫类，：豆形虫、肾形虫、草履虫；纤毛虫类：钟虫、等枝虫、盖纤虫原生动物------ 细菌的捕食者后生动物：轮虫；水质良好的标志微生物量图：原生动物在活性污泥反应过程中数量和种类的增长与递变模式3．活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长多种属的活性污泥微生物增殖规律与纯种微生物增殖规律相似微生物增殖==活性污泥增殖活性污泥的增殖受活性污泥能含量的控制F/M—有机物量/活性污泥量---有机负荷量适应期X静态培养条件下，活性污泥增长曲线、有机物降解和氧利用速率4．活性污泥絮体的形成意义与作用活性污泥絮凝体形成的骨干---菌胶团活性污泥形成机制：能含量---F/M；电斥力与范德华引力细菌种类：分泌粘着物的细菌：动胶杆菌、黄杆菌、蜡状芽孢杆菌等4.1.3 活性污泥净化反应过程有机物污染物净化---有机物被微生物摄取、代谢与利用1、 初期吸附去除初期：5-10 min 30min 内BOD 去除率达到70% 活性污泥强吸附能力的产生源：1） 具有很大的表面积：2000-10000m 2/m 3混合液2） 多糖类粘质层吸附能力影响因素：1）微生物的生理状态 处于饥饿状态的微生物具有最强吸附能力2）反应器中流态吸附不等于降解，吸附能力是有限的，提高吸附能力—污泥曝气2、 微生物代谢小分子有机物---细胞壁—微生物体内—内酶—代谢大分子有机物—水解酶—小分子—细胞壁—微生物体内… 有机物的氧化方程：H O H y x C O O z y x O H C z y x ∆++→-++2222)24(新细胞的合成：H O H y n CO x n NO H C O z y x n nNH O H nC n z y x ∆--+-+→--+++2227523)4(2)5()()524(微生物自身氧化：H O nH nCO nO NO H C n ∆++→+222275255)(分解代谢与合成代谢模式图：，NH有机物 +O 2 +能量 20%4.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数4.2.1 活性污泥净化反应影响因素1. 营养物质平衡：C ：N ：P= 100：5：1其他微量元素：钠、钾、钙、镁、铁…2. 溶解氧含量： DO ≥2mg/L3. PH 值 6.5-8.54. 水温 适宜：10-450C 最佳：15-350C5. 有毒物质：重金属、酚类、甲醛经过培养驯化后， 微生物对有毒物质有适应与降解能力 （表4-4 p105）4.2.2活性污泥处理系统的控制指标与设计、运行操作参数 使活性污泥系统正常、高效运行的基本条件：∙适当的污水水质、水量∙具有活性和足够量的活性污泥生物量∙满足微生物需要的溶解氧∙良好的流态，气、液、固充分接触控制指标（设计、运行操作参数）1、 表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标(1)Mixed liquor suspended solids (MLSS)(2)Mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS) f=MLVSS/MLSS 0.752、 活性污泥的沉降性能及其评价指标（1） 30min 污泥沉降比（%） ~30%Settling Velocity / Sludge （settling ） Volume （SV ）（2）污泥容积指数，Sludge Volume Index （SVI ） 定义：曝气池出口处混合液经过30min 沉降后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积（mL/g ）：）（）（）悬浮固体干重（）静沉形成的污泥容积（L g MLSS SV L g L mL SVI /10%//min 30⨯==♣SVI 的意义：SVI ↓沉降性能↑；SVI ↑沉降性能↓♣SVI 正常范围：SVI=70-100（120） 城市和生活污水 SVI <100 沉降性能好；100<SVI <200 一般；SVI >200，不好♣SVI与BOD-污泥负荷的关系（城市污水）：300100BOD-污泥负荷（kgBOD/kgMLSS.d） BOD-污泥负荷（kgBOD/kg.d）BOD-污泥负荷与SVI之间的关系3.污泥龄（Sludge age，Mean cell—residence time）污泥增长与剩余污泥的产生与排出剩余污泥产量：∆X=Q W X r+（Q-Q W）X e（g/d）污泥龄：曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比XVX∆=θ（d）rWewrWXQVXXQQXQVX≈-+=)(θ当二沉池处于最佳沉淀状态下：10001000/110)(6max⨯==⇒=LmgmLggmLSVIXr污泥龄的重要性：系统控制参数，生物种类控制4.BOD-污泥负荷F/M —Food-to-microorganism ratioXVQS N M F a s == kgBOD/kgMLSS.d X=MLSS ； Q=进水流量； S a =BOD in ；V=曝气池体积 ♣BOD 容积负荷VQS N a v = kgBOD/m 3.d ♣BOD 负荷对有机物降解与活性污泥增长以及污泥沉降性能的影响（生物处理过程中的两个重要关系）：5.有机物降解与活性污泥增长活性污泥的增殖⇐有机物的降解活性污泥的增殖=合成反应-内源代谢活性污泥增长基本方程：污泥净增长速率=合成速率-内源代谢速率es g dt dX dt dX dt dX ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛ 合成速率与有机物利用有关：us dt dS Y dt dX ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛ Y-产率系数 内源代谢速率与生物量有关：v d e X K dt dX =⎪⎭⎫ ⎝⎛ K d-衰减系数d -1v d ug X K dt dS Y dt dX -⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛ （霍克来金 Heukelekian 方程）净增长速率以天（d ）计时：v d e a VX K Q S S Y X --=∆)(S a -BODin ；S e -BODout ；X v -MLVSSOr ： bVX Q aS X r -=∆ S r =S a -S e ；X=MLSS ♦a ，b---Y ， K d （Y=0.5-0.65；K d =0.05-0.1） ♦污泥泥龄与BOD 污泥去除负荷的关系的推导： 由：v d e a VX K Q S S Y X --=∆)(两边同以X V V 除： d v r VK V X YQS V X X -=∆ 令：V X S S Q V X QS N ve a v r rs )(-== BOD 污泥去除负荷（kg/kg.d ） 而根据泥龄的定义：X VX ∆=θ ⇒cv V X X θ1=∆则推导出：d rs c K YN -=θ1思考题：推导出水BOD 浓度与污泥泥龄的关系 （城市污水20O C ：Y=0.4-0.8 mgVSS/mgBOD ；0.25-0.4mgVSS/mgCOD K d =0.04-0.075 d -1） 6. 有机物降解与需氧v r VX b QS a O ''2+=kg O 2/d ；a '- kg O 2/kgBOD去除 ；b '- kg O 2/kg 污泥自身氧化由以上式子也可导出两个重要关系：☞单位重量活性污泥需氧量与BOD 污泥去除负荷： v r VX b QS a O ''2+=''''2b N a b VX QS a V X O rs v r V +=+= ☞每降解1kgBOD 的需氧量与BOD 污泥去除负荷：rs r v r N b a QS V X b aQS O 1''''2+=+=a '=0.42-0.53；b '=0.188-0.11 (生活污水)系数 Y ，K d ，a ，b ，；a '，b ' 的确定：d v r V K V X YQS V X X -=∆ ∆X/X Vb VX aQS XV X r -=∆ K O 2/X V●''2b VX QS a V X O v r V += QS r /X V V4.3 活性污泥反应动力学基础♑活性污泥反应：活性污泥对有机物的代谢；活性污泥的增长；活性污泥微生物对氧的利用等生化反应♑活性污泥反应动力学主要研究活性污泥生化反应速率及其影响因素.主要内容：☜有机物降解速率与有机物浓度、活性污泥生物量☜活性污泥增殖速率与有机物浓度、活性污泥生物量 4.3.2 Monod 方程式1.基本方程由描述酶（纯酶）促反应的米-门公式----描述纯种微生物在单一基质上增殖速率的Monod方程μMAXμ=μMAXSS S=KS米-门关系曲线 Monod 曲线E + S ES E+ P μ--微生物比增殖速度，t-1酶基质复合物酶产物μmax--微生物最大比增殖速度，t-1[][]mK S S V V +=max V-基质降解速度 s K S S +=max μμ K m 饱和常数 进一步应用到污水处理过程（混合的活性污泥菌群）中： − 因为微生物的比增殖速度（μ）与有机物的比降解速度（v ）成正比： μ∝ v则有机物比降解速度也可以用米门公式描述：sK S Sv v +=max v max-有机物的最大比降解速度，t -1有机物比降解速度的定义：Xdt S S d dt dS X v )(10-=-= S 0，S 进出水有机物浓度t 反应时间所以： s K S Sv dt dS X v +=-=max 1 s K S XS v dt dS +=-max有机物降解速度X=MLVSS当 2max v v = ； 2max max max2212v v s s s s S K S K S K S SK S S v v ==⇒+=⇒+=⇒+=2. Monod 方程式的两点推论（在两种极限有机物浓度下，Monod 方程式的两种简化表示式） （1） S >> K S⇒+=-s K S XS v dt dS max 忽略K S X k X v SXS v dt dS 1max max ===-零级反应（2） S << K S⇒+=-s K S XSv dt dS max 分母中S 忽略不计 XSk XS K v K XS v dt dS ss 2max max ===- 一级反应 VV maxS 在大多数污水生物处理中，用一级反应动力学表示有机物的降解速率是适当的。
污废水处理第四章-活性污泥法
污废水处理第四章-活性污泥法第四章1、简述活性污泥处理系统的主要组成及各部分作用（P140）2、活性污泥系统工艺流程（P140）3、参与废水生物处理的生物种类主要有：细菌类、原生动物、藻类、后生动物。
4、活性污泥对进水水质的要求：(140)营养源：所必需的氮、磷等营养盐的比例为BOD:N:P=100:5:15、初沉池设计运行参数：表面水力负荷以1.5~3.0 m3/m2·h为标准；有效水深以2.5~4.0m为标准；沉淀时间以1.0~2.0h为标准出水堰最大负荷不宜大于2.9L/（m·s）超高以50cm为标准。
6、初沉池排泥设备考虑各项（设计考虑项）（P147）7、初沉池运行管理：（P147）1)操作人员根据池组设置、进水量的变化，应调节各池进水量，使各池均匀配水初次沉淀池应及时排泥，并应间歇进行；；2) 初次沉淀池应及时排泥，并宜间歇进行；3) 操作人员应经常检查初次沉淀池浮渣斗和排渣管道的排渣情况，并及时清除浮渣。
清捞出的浮渣应妥善处理；4) 刮泥机待修或长期停机时，应将池内污泥放空；5)采用泵房排泥工艺时，可按有关规定执行；6)当剩余活性污泥排入初沉池时，在正常运转情况下，应控制其回流比小于2%。
8、初次沉淀池出水异常的分析初次沉淀池出水异常主要表现为：颜色的变化、产生臭气、透明度下降以及SS升高等，这些异常可能是由于回流水导致过负荷，各池进水量不均、污泥排放不足等引起污泥堆积、池构造上存在缺盐等内部原因造成，也可能是由于工业废水、地下水、河水、海水等外部原因引起。
9、初沉池异常现象：（选）污泥上浮、污泥流出、池水发黑发臭10、刮泥机应经常检查腐蚀、磨损情况，对于水中部分，每年一次定期排空初次沉淀池进行检查，腐蚀、磨损部分及时更换，金属部分进行防腐处理。
（判）11、曝气池作用：使污水与回流污泥有足够的溶解氧，并使活性污泥与水充分接触，污水中的胶体状和溶解性有机物被活性污泥吸附，氧化分解，从而得到净化。
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① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
Moderate Loading
水质、水量变化（运行阶段） ：
High Loading
Low Loading
BOD Loading (kgBOD/kgMlss.d ) (kgBOD/kgMlss.d)
有机负荷高，受供氧的限制，使出水有机物残留量增 加，出水水质不达标；引起活性污泥膨胀（一定的比 值！——图！）； 水量过大, 二沉池水力表面负荷增大, 沉降分离效果差 水量波动大，影响二沉池污泥分离
有机物分解 。 ③二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质； 2）保证回流污泥和排除剩余污泥，维持曝气池内的 污泥浓度。
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一、活性污泥法概述 1. 基本工艺流程及组成
活性污泥法处理系统主要由初次沉淀池、反应池（曝气 池）、二次沉淀池组成。 p140
活性污泥混合液MLSS（mixed liquor suspended solids）：在
营养盐不足会引起水质恶化、污泥膨胀；营养盐过量，出水不达标。 P142
生化需氧量 BOD( 又叫生化好氧量 ) ，是间接表示水体被有机
物污染程度的综合指标，它是指在规定条件下，水中有机物在 生物氧化作用下所消耗的溶解氧（以氧的质量浓度表示）。 生活污水一般不需再投加营养物质；而某些工业废水则需要 投加——投加不能过量
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第四章 活性污泥法
污水处理工艺流程：预处理+一级处理+二级处理+三级处理
工艺划分：
预处理：格栅、泵房抽升、沉砂池（p60§3 物理化学法）
一级处理：初次沉淀池（ 一级强化处理） 二级处理：主要由曝气池和二沉池构成（对于活性污泥法而言）
“二级生物处理工艺”的简称（去除有机污染）
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第四章 活性污泥法
《大纲》对本章的定位：全部教学的重点之一 水处理技术的核心部分
水质污染(人类行为)：有机污染、无机无毒污染、有毒污染、
营养性污染、放射性污染、热污染等(水质标准p16)
水处理技术(控制污染)：因治理对象、治理目标而多元化（达标
排放/回用标准） 活性污泥法：是对城市污水和有机工业废水最有效的生物处理法 主要的二级生物处理工艺
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其它:
① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
（a）SS：
过高使AS剩余活性污泥量增大，且MLVSS / MLSS降低； 动植物性油脂类可生物降解，一般不加限制；但：形 成的油膜对处理不利；动物性油脂类低温时凝固成球 分解极缓慢； 石油类的油分生物分解缓慢；部分以油滴状态混入活 性污泥、作为剩余污泥排出系统外。
②初沉池的水质管理：水质观测与分析（17项）、出水异常的分析 ③初沉池的运行管理：管理要点、正常管理、异常管理 ④刮泥机的运行管理 ⑤排泥设备的运行管理 ⑥排水设备（溢流堰）及除渣设备的维护保养 ⑦浮渣处理与处置
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二、初次沉淀池（A）
（一）处理技术
沉淀：普通沉淀（自然沉淀）和混凝沉淀
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① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
营养源: （C5H7O2N)13P or C60H87O23N12P）
必需的营养盐：C, N, P, etc. 痕量元素（无机盐）：Na、K、Ca、Fe… 一般好氧生物生存所必需的碳氮磷比为： BOD5:N:P=100:5:1；
设置均化调节池
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一、活性污泥法概述
重点： 掌握活性污泥法基本工艺流程（3种流动） 掌握活性污泥主要生物种类（4类）
掌握活性污泥法对进水的要求（分为6类）
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二、初次沉淀池（A）
《大纲》要求： 2、初次沉淀池（A） 掌握池形、个数、构造1-10 19
① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
pH： 标准的pH应控制在中性范围（6.0~8.5）
生物处理有自动调节、保持pH在中性范围的功能，如：
有机物分解生成CO2，可使碱性废水pH降低；
有机酸被分解，使酸性废水pH提高；
故不一定将原废水的pH事先调到6.0~8.5
a) 变形虫类 b) 纤毛虫类 c) 鞭毛虫类
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③ 藻类
植物，含有叶绿素；单 细胞；
光合作用，释放氧；
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④ 后生动物
多细胞构成，体内有各种器官；
轮虫：形体较小；
甲壳虫、昆虫幼虫：形体较大；
水质良好的标志；
轮虫
线虫
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17
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（b）油脂类和油分：
其它:
① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
（c）溶解盐类（导致渗透压增加）（离子交换法软化水）
工艺用水造成“浓水”大量排放，使废水中溶解盐类增高。 海水盐浓度3%左右，微生物可生存（耐受），故以此为 标准。 盐浓度高，渗透压增加，丝状菌能成块状，沉降性显著改 善——有利！ （d）重金属： 超过一定限度，对微生物有害；
空气
废水
初 沉池
曝气池 回流污泥
二次 沉淀池
出水
剩余活性污泥
初沉池污泥
活性污泥法基本工艺流程图（3类流向）
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一、活性污泥法概述 1. 基本工艺流程及组成（？入、？出）
①初沉池：分离水中的可沉性悬浮物和可漂浮性杂物，为曝气池 提供适宜的进水
②曝气池：反应主体 （又称：生物反应池）——微生物代谢及
微生物絮体(即“活性污泥”，比表面积大，代谢、有机物分解)
底物与微生物絮体保持一定的比值（排泥！剩余污泥） 一定浓度的DO（好氧微生物需要、“气液固”充分混合）
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一、活性污泥法概述
1. 基本工艺流程及组成（A）
活性污泥法已经成为有机废水生物处理的主要方法，并针对不 同的处理目标和运行方式，演变为多种处理工艺流程——变种
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二、初次沉淀池
1、池型（A）
①从占地平面上，可分为长方形、正方形或圆形；
从水流方向，可分为平流式、辐流式和竖流式。
（如：硝化反应消耗碱度，反硝化反应增加碱度）
（只有在无机酸进入时，要事前对废水进行中和）
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① ② ③
营养源 pH 水温
④ ⑤ ⑥
进水浓度 水质水量变化 其它
水温：
水温是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升 高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的 组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，最适宜温度 1530℃； 过高：40℃ ，蛋白变质，失去活性； 过低：降低微生物的活性；设计时必须使处理装置 充分适应低温处理的要求。
※①②③单细胞构成的生物体
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一、活性污泥法概述
2.主要生物种类①
① 细菌是活性污泥净化功能最主要、最活跃的成分。其基本特征： 1) 绝大多数都是好氧或兼性异养型细菌（※自养）
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2030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。 对污水处理起作用的菌种：菌胶团球衣细菌硝化菌脱氮菌聚磷菌 ※好氧、厌氧、兼氧(微生物种类)；好氧、厌氧、缺氧 (反应条件)
第四章 活性污泥法
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考试题型
1、判断题：每题1分，20题（对？错？） 2、选择题：每题1分，20题（4选1） 3、概念题：每题5分， 4题（阐述：名词解释） 4、操作题：2~3题，共20分（污废水处理工、构建筑物/设备 ） 5、问答题：每题5分， 4题（※3、4：内容更灵活） 总分100分，客观题40分，主观题60分
一、活性污泥法概述
3.活性污泥法对进水水质的要求（预处理+一级处理）
为满足微生物在反应器内连续繁殖的条件，需要对进 水进行预处理。活性污泥法对进水水质的要求(条件)：
① 营养源
② pH
③ 水温
④ 其它：SS、油类、溶解盐、重金属等。
⑤ 进水浓度（启动阶段——培养与驯化） ⑥ 水质、水量变化（波动） （运行阶段——缓冲能力）
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① 细菌类
菌胶团：AS&Biofilm的主要生物， 好氧、异养菌；
球衣细菌：丝状，大量繁殖引起污 泥膨胀；好氧、异养菌；
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①细菌类
生物脱氮：硝化菌、反硝化菌 硝化菌包括亚硝酸菌（“氨的氧化者”）、硝酸菌 （“亚硝酸的氧化者”）;——硝化反应 好氧、自养菌； 反硝化菌（脱氮菌）：反硝化反应
缺氧、异养菌；
聚磷菌：厌氧/好氧交替（好氧聚磷、厌氧放磷）、 异养菌；——生物除磷：通过排放富磷污泥去除废水 中的磷
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一、活性污泥法概述 2.主要生物种类②
②原生动物：单细胞的好氧性生物体，具有吞食污水中有 机物、细菌，在体内迅速氧化分解的能力。能够加快有机
物的分解速度，使生物膜的表面吸附能力获得再生。
一、概述（A）：基本流程、微生物、入水水质要求（处理对
象）——工程的目标：符合标准的水(投资和运行费用、运行管理能力)
二、初次沉淀池（A）：构筑物及设备
三、曝气池（A）（B）（C） ：曝气池、曝气(鼓风曝气和机械曝