第16章 活性污泥法
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）
7
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。
污水的好养生物处理法—活性污泥法
污泥负荷 固比
单位时间内，通过气浮池断面的干固体 量，单位为kg/（m2.h）或kg/（m2.d）
水力负荷
回流比
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1
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气浮池污泥负荷:
污泥种类
空气曝气的活性污泥 空气曝气的活性污泥经沉淀
后 纯氧曝气的活性污泥经沉淀
后 50%的初沉污泥+50%的活性
污泥经沉淀后 初次沉淀池污泥
负荷/（kg.m2.d-1) 25～75
解： 设计一座矩形的平流气浮浓缩池
污泥流量qv=240m3/d=10m3/h 1. 气浮浓缩池面积A
2. 污泥负荷取75kg/(m2.d)，污泥密度为1000kg/m3,则
A 2 4 10 0 (1 0 90 .3 9 % 2 ).4 2 (m 2 )
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2. 回流比R 据经验，气固比As取0.02。 采用装设填料的压力罐，溶解效率f=0.9。
消化污泥 化学污泥 栅渣、沉砂池沉渣
城市污水厂所产生 的污泥量约为处理 水体积的1%左右 （0.5%~1.5%）,含 水率99.2%左右。
降低含水率，使其变流态为固态， 同时减少数量
处理目的 稳定有机物，使其不易腐化，避免
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1 对环境造成二次污染。
4
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二沉池栅滤5
二、污泥的特性 1.污泥中的固体
污泥负荷 气固比
水力负荷 回流比
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加压溶气水量与需要浓缩的污泥量的 体积比，通常以R表示，用于污水处 理时取25%~50% ，用于污泥浓缩需 计算确定
1
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例：某废水处理厂的剩余活性污泥量为240m3/d， 含水率为99.3%，泥温20ºC。现采用回流加压溶气气 浮法浓缩污泥，要求含固率达到4%，压力容器罐的表 压p为3×105Pa。试计算气浮浓缩池的面积A和回流比 R。若浓缩装置改为每周运行7d，每天运行16h，计算 气浮池面积。
水污染控制工程第章 活性污泥法课件 (一)
水污染控制工程第章活性污泥法课件 (一)水污染控制工程第一章的课件是关于“活性污泥法”的介绍。
活性污泥法是一种常见的污水处理方式，通过水处理系统中的微生物将有机物质降解成无害的物质。
活性污泥法是将含有污染物的污水与一种含有维生素、矿物质、氨氮、磷酸盐等的污泥混合，形成一种张力较大的混合物，称为“活性污泥”，并将其在一个容器内进行充分搅拌与节流，以实现水中污染物质的去除。
活性污泥法是一种常见的处理方式，其原理非常简单易懂。
活性污泥法中，厌氧反应区是一个首要考虑的地方。
由于有机物质在厌氧环境下更易降解，因此，为了效果更好，反应器需要加入一个厌氧区域，以助于分解污染物质。
此外，搅拌器是活性污泥法中的一个重要设备。
由于活性污泥是一种含有生物质的混合物，因此需要有机械器械将混合物进行充分搅拌，以确保生物质的充分分布，从而加强处理效果。
分污水处理中，过滤器是处理过程的最后一道工序。
过滤器是在搅拌器的基础上，在反应器内设置的一种过滤器，通过它可以去除过滤器内的残留物质，洗净活性污泥并回收。
活性污泥法需要专业的污水处理工程师设计和安装。
正确的设计和安装不仅能提高其处理效果，还能减少操作人员的投入。
活性污泥法虽然是一种比较成熟的技术，但保持良好的污泥养护、控制和监控而得以优化其处理效果。
在维护过程中，操作人员应该及时检查设备的工作状态，并清理淤泥和固体排放物。
综上所述，活性污泥法是一种常见的污水处理方式，其原理简单易懂。
对于正确的设计和安装，优化厌氧反应区、选择合适的搅拌器和过滤器，养护和监控非常重要，以保证其高效正常地运行。
活性污泥法的主要类型及基本流程
第一阶段：①进水，①反硝化作用， ②硝化作用，②出水
第二阶段：①进水，①硝化作用， ②出水
第三阶段：①进水，①硝化作用， ②反硝化作用，②出水
第四阶段：②进水，②反硝化作用， ①硝化作用，①出水
氧化塘的特点
①停留时间很长 ②负荷较低 ③微生物量较低 ④不需要曝气 ⑤下层有厌氧分解 ⑥生物以藻菌共生为主，并起主要的净化作用
长繁殖快的酸化细菌大量增加，提高了对有 机物降解的能力，具有较快的生物繁殖速率
• （5）通过缺氧-厌氧-好氧的过程，能降解难 降解的有机物；
7、深水曝气活性污泥法（包括深水中层曝气法和深井曝气法）
深水中层曝气法：池深不超过10m ，
池内没有导流隔墙或导流筒，曝气装置 位于水下4m
深井曝气法：池深达50~150m，池
活性污泥法的主要类型及基本流程.ppt
第六章 环境污染物的生物净化方法
1
废水的好氧生物处理
2
废水的厌氧生物处理
3 特定微生物处理及组合工艺
4
废水的微生物脱氮除磷
5
固体废弃物的微生物处理
6
大气污染物的微生物处理
第一节 废水的好氧生物处理
在有氧条件下，有机污染物 作为好氧微生物(主要是好氧微 生物，也有厌氧和兼性厌氧微生 物)的营养基质而被氧化分解， 使污染物的浓度下降。是废水生 物处理中应用最为广泛的一大类 方法。
成表面积较大的菌胶团，大量絮凝和吸附废水，污水中大
部分有机污染物是通过吸附去除的。
第二阶段是摄取、分解阶段：微生物将被吸附的污
染物摄入细胞内，进行代谢，一部分在氧的作用下，将其 转化为菌体本身的结构组分和新的细胞，另一部分则完全 被氧化为二氧化碳和水等物质。
污水的生物处理(一)―――― 活性污泥法
第四章污水的生物处理（一）――――活性污泥法人工处理：活性污泥法、生物膜法自然处理§4.1 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（BOD52．二沉池：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。
污水处理活性污泥法
思考题：如何解释单位质量污泥的需氧量与负荷成正比，而去除单位质 量BOD的需要量与负荷成反比？
a’、b’值的确定:
活性污泥法处理城市污水：
运行方式 完全混合式 生物吸附法 传统曝气法 延时曝气法
O2
0.71.1 0.71.1 0.81.1 1.41.8
a’
b’
0.42 0.11
－
－
0.53 0.188
LvBOD5
Q (Bi
Be ) V
(kgBOD5 m3 d)
2、 曝气池的有机污泥负荷：
1）进水COD（BOD5）污泥负荷：
LsCOD Q Ci MLSS V
LsBOD5 Q Bi MLSS V
LsBOD5 Q Bi MLVSS V
2）COD（BOD5）去除污泥负荷：
LsCOD
HRT V Q （h）
4、曝气池的污泥停留时间（SRT，Sludge Retention Time、c）
SRT V X
VX
VX
x Qw X r (Q Qw ) X e Qw X r
（d）
106 (X r )max SVI
(mg/l)
活性污泥的增殖规律及应用
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 增殖。
废水好氧生物处理工艺(1)——活性污泥法
废水好氧生物处理工艺——活性污泥法第一节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；比重：略大于1，（1.002~1.006）；粒径：0.02~0.2 mm；比表面积：20~100cm2/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：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/ml 3、活性污泥的性能指标：① 混合液悬浮固体浓度（MLSS ）：我们平常说的悬浮物。
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 ）：MLVSS = M a + M e + M i ；（有机部分）在条件一定时，MLVSS/MLSS 是较稳定的， 0.75~0.85③ 污泥沉降比（SV 30）：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%。
活性污泥法PPT课件
11.纯氧曝气
12.活性生物滤池（ABF工艺）
13.吸附—生物降解工艺（AB法）
A级
污水
B级 沉淀 曝气 沉淀 出水
格栅
沉砂
吸附
回流污泥 剩余污泥 14.序批式活性污泥法（SBR法） 初 沉 池 剩余污泥
原废水负荷率（简称污泥负荷） 污泥负荷率是指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的 BOD5量。
b.二沉池的沉降利用成层沉降原理,而初沉池利用的是自由沉降原理.
c.两者在构造上要注意以下N个方面:a:二沉池的进小部分要考虑布小均 匀的情况和出小情况:进水要有利于絮凝条件而出水要防止污泥
d.污泥斗的容积与设计
沉淀池由五个疗分组成:进水区,出水区,沉淀区,污泥区,缓冲区 二沉池中普通存在四个区,清水区,絮凝区,成层沉降区,压缩区.
二沉池与初沉池的比较:
二次沉淀池在功能上要同时满足澄清(固液分离)和污泥浓缩(使回流污泥 的含水率降低,回流污泥的体积减少)两方面的要求) 两者都是利用是悬浮物与污水的密度差达到液固分子离的原理 不同点: a.功能不同,二沉淀功能上要满足澄清和污泥浓缩的要求初沉池的功能是 分离废水中较大的无机物悬浮物颗粒与部分大分子有机悬浮颗粒
第一节基本概念第二节气体传递原理和曝气池第三节活性污泥法的发展和演变第四节活性污泥法的设计计算第五节活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题第六节二次沉淀池曝气池是一个生物反应器通过曝气设备充入空气空气中的氧融入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应
第十四章 污水的好氧生物处理——活性污泥法
第一节 基本概念 第二节 气体传递原理和曝气池 第三节 活性污泥法的发展和演变 第四节 活性污泥法的设计计算 第五节 活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题
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。
活性污泥法过程设计计算
• 例12-1 • (3)计算曝气池水力停留时间 • 停留时间：
H
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§12-5 活性污泥法过程设计
• 例12-1 • (4) 计算每天排除的剩余活性污泥量 • ①按表观污泥产率计算：
• 系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量(12-67式)
• 计算总排泥量MLVSS/MLSS=80%：
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§12-5 活性污泥法过程设计
• 一、曝气池容积设计计算 • 3. 池容积设计计算 • ②容积负荷法 • 容积负荷：单位容积曝气区单位时间内所能承受的BOD5
量，即：
• 曝气池容积：
• Q、 S0 已知，X、LS、LV 参考规范
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§12-5 活性污泥法过程设计
• 一、曝气池容积设计计算 • 3. 池容积设计计算 • (2)污泥龄法
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感谢下 载
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• ④确定生物处理后要求的出水溶解性BOD5，即Se： • Se+7.5mg/L ≤ 20mg ／L，Se ≤ 12.5mg/L
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§12-5 活性污泥法过程设计
• 例12-1 • (2)计算曝气池的体积 • ①按污泥负荷计算 • 参考表12-1(p118)，污泥负荷取
0.25kg(BOD5)/kg(MLSS)·d,按平均流量计算：
• 例12-1 • (4) 计算每天排除的剩余活性污泥量 • ② 按污泥泥龄计算(12-63式)
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第16章活性污泥法16.1 基本概念16.1.1活性污泥处理法的基本概念污水经过一段时间的曝气后，水中会产生一种以好氧菌为主体的茶褐色絮凝体，其中含有大量的活性微生物，这种污泥絮体就是活性污泥。
活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性微生物为主体，此外还有一些无机物，未被微生物分解的有机物和微生物自身代谢的残留物。
16.1.2活性污泥处理法的基本流程1．产生：从间歇式发展到连续式2．基本工艺流程：活性污泥法基本流程图活性污泥法特征1)曝气池是一个生物化学反应器2)曝气池内混合是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混合=污水+活性污泥+空气3)传质过程：气象中 O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体内（固相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→ 降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O）4)物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长16.1.3 活性污泥的形态、增长规律及有关指标1．活性污泥的形态与组成1 ）外观形态：活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒：2)特点：(1) 颗粒大小：Φ =0.02 ～ 0.2 mm（2）表面积： 20 ～ 100 cm 2 /mL(3)(2000～10000)m2/m3污泥(4)活性污泥形状图活性污泥组成活性污泥M=Ma + Me + Mi + Mii1)Ma—具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物2)Me—微生物自身氧化的残留物3)Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物（ 75 ～ 85% ）4)Mii—活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（15～25%）挥发性活性污泥 M v = X v= Ma + Me + Mi活性污泥微生物（Ma）的组成活性污泥微生物 Ma 通常由细菌、真菌、原生动物、后生动物等组成。
1)细菌：(1)异养型原核细菌：107～108个/mL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) 细菌特征：世代时间 G 短，一般 G=20～30min,并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3)原生动物：肉是虫鞭毛虫，纤毛虫等。
通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。
原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。
4)后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。
后生动物是细菌的第二捕食者。
活性污泥微生物在活性污泥中反应中的作用：1)细菌是活性污泥法中污水净化的第一承担者，也是主要承担者。
2)原生动物是活性污泥法中外上污水净化的第二承担者，它摄食游离细菌，是细菌的首次捕食者3)后生动物是细菌的第二捕食者2. 活性污泥的增长规律及有关指标1）适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程2）对数增殖期（等速增殖期），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）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）营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。
同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少；后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。
16.1.4 活性污泥净化反应过程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。
一般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2．微生物的代谢〈1〉氧化分解〈2〉合成代谢（合成新细胞）〈3〉内源代谢3 ．絮凝体的形成与凝聚只有当微生物细胞能凝聚而形成絮凝体，才能使合成细胞物质从混合液中有效地分离出来。
16.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数16.2.1活性污泥净化反应影响因素1．营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素1) 碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般BOD5≥100mg/L2) 氮源：组成细胞的重要元素，其需要按BOD：N=100：5考虑3) 盐类：必不可少(1)span lang=EN-US> 主要的无机盐类P：按BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素，约占全部无机盐元素的50%还有K、C a、F e 、S无机元素(2) 微量无机元素对于生活污水，BOD5:N:P的比值为100:5:1，但经沉淀池处理后，其BOD5:N:P=100:20:252．BOD——污泥负荷N SN s～SVI的关系细胞分子式：简式：C5H7NO23．DO1) 曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（Rr 需氧速率）＝曝气器的供氧速率时，其池中的溶解氧DO不变。
2) 曝气池中DO浓度大小将取决于：(1) 生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。
对此要求DO浓度为2mg/L左右为好。
(2) 考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化冲击负荷DO突然↓急性中毒DO突然↑慢性中毒DO逐渐增加4．水温：15～35℃之间20～30℃，效果好，活动旺盛，＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱，＜5℃，＞45℃，效果很差，5．pH值最佳的pH值为6.5～8.5当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势当pH＞9.0，代谢速率↓6．有毒物质主要是重金属，H2S、CN－、酚等，当超过一定浓度时，就破坏细胞结构，抑制代谢。
16.2.2活性污泥净化反应系统的主要控制指标与设计、运行参数1.表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）1）MLSS浓度——混合液悬浮固体浓度〈混合液污泥浓度〉：mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液； kg/m3混合液MLSS＝M=X=Ma + Me + Mi + Mii2）MLVSS浓度——混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS＝M V=X V=Ma + Me + Mi2. 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）1）SV——污泥沉降比，又叫30min污泥沉降率SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量，同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。
2）SVI——污泥容积指数（污泥指数）曝气池出口处的混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积—mL/gSVI在习惯上只称数字，而把单位略去SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能要维持曝气池一定的MLSS（如3000mg/L）的情况下，SVI值越高，则要求的污泥回流比R就越大，但当SVI值高达400mL/g时，则难于用提高R来维持曝气池一定的MLSS浓度。
(1)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。
(2)影响SVI值的主要因素1)N S 的影响：见图2)丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑影响丝状菌大量繁殖的因素：•DO不足•N S大•PH≤4.5•缺乏N、P、F e3) 水温 T水太高3.θC——污泥龄（生物固体平均停留时间）系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量（ΔX）θC的定义式活性污泥在曝气池内的平均停留时间——生物固体平均停留时间。
将△X式代入上式：X r是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。
4.曝气池中有机污染物与活性污泥微生物比值的指标：式中：S0——原污水中有机污染物的浓度（BOD），mg/LX——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/LV——曝气池容积，m3N s=f(SVI)16．3 活性污泥反应动力学16.3.1 概述∵其值不同，就会导致、、的变化∴动力学是研究讨论下列函数关系：16.3.2 活性污泥反应动力学的基础——米—门公式与莫诺德方程式1.米－门公式：（1913年）纯酶→单一基质酶促反应中基质比降解速率2. Monod公式（1942年）纯菌种→单一基质微生物的比增长速率3)Monod公式（1950年）异养微生物群体→单一基质微生物的比增长速率∵∴∴2．Monod公式的推论1)当混合液中S＞＞K S则式中K S可忽略不计——高有机物浓度呈一级反应积分：2) 当混合液中S在S´～S´´之间——中等有机物浓度3) 一相说与二相说一相说——Monod公式二相说——Eckenfelder二相说——非连续函数3 劳伦斯——麦卡蒂方程式1）概述（1)单位微生物量的底物利用率qMonod 式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度而则或以θC、q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。
（2) 劳－麦第一基本方程式（3) 劳－麦第一基本方程式由V＝q推出有机物的降解速度等于其被微生物的利用速度。
有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度及有机底物浓度之间的关系。
2）劳－麦方程式的推论与应用（1) 处理水有机底物浓度S e计算Y——微生物产率：mg微生物量/mg有机物量K s——半速度系数公式的推导：可得出：上面等式两边都：移项整理：（2) 反应器内活性污泥浓度X a的计算公式的推导：由公式得出：移项：（3)污泥回流比R与θc值之间的关系而（4)完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导：Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度而或（5) 活性污泥的二种产率（合成产率Y与表观产率Y obs）与θc的关系Y——合成产率，表示微生物的增殖总量，没有去除内源呼吸而消亡的那一部分Y obs——表观产率，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。
16.3.4动力学参数的测定1．Monod公式的应用与参数的确定∵S＝Se＜＜S´´并为定值且处于减速生长期，属一级反应：∴适合于在稳定条件下，对完全混合曝气池中的有机物进行物料平衡：进入曝气池的有机物量流出曝气池的有机物量在曝气池降解的有机物量当以Se代替莫诺方程式中的S得出：并在等式两边同时除以X得出：∴ 以 BOD 去除量为基础的 BOD ——污泥去除负荷率 Nrs ：同理由式可知：∴2.K2、V max、K S Y 、 K d、 a '、 b '参数的求定1) K2的求定（图）2) V max、K S的求定（图）将式取倒数得：为纵坐标斜率为横坐标截距3 ） Y 、 K d的求定：根据公式：，以为纵坐标，以为横坐标作图，得出直线的斜率即为 Y ，截距则为 K d 。