第四章-----活性污泥

1、第四章第四章 污水的生物处理污水的生物处理活性污泥法活性污泥法4. 1 活性污泥法的活性污泥法的基本原理基本原理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活性污泥处理系统的运行方式与曝气池工艺参数池工艺参数4. 5 活性污泥处理系统的新工艺活性污泥处理系统的新工艺4. 6 曝气的基础理论曝气的基础理论4. 7 曝气系统与空气扩散装置曝气系统与空气扩散装置4. 8 活性污泥反应器活性污泥反应器曝气池曝气池4. 9 活性污泥处理系统的工艺设计活性污泥处理系

2、统的工艺设计4.10 活性污泥处理系统的运行管理活性污泥处理系统的运行管理0 概述概述 1.1.活性污泥法在污水处理中的重要地位活性污泥法在污水处理中的重要地位 我国的河流97%以上都受到有机物的污染（1）应用的普遍性：95%以上的城市污水，5%以上工业废水（2）高效性：SS、COD，90%以上（3）灵活性：大，中，小水厂 高，中，低负荷（4）连续运行，可自动化（5）工艺(运行方式多样)/功能多样化，可脱氮，除磷2.2.活性污泥法研究及应用的现状和发展活性污泥法研究及应用的现状和发展（1）超大型化(集中化) 微型化（2）高效快速(高负荷，节省体积)（3）节能节能（4）多功能化(N，P)（5）自

3、动化控制管理，参数精密化，控制自动化4.1.1 4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程活性污泥法的基本概念与流程一、活性污泥一、活性污泥: 向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水，在持续一段时间后，在污水中形成一种呈黄褐色的絮凝体，这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清-“活性污泥”。二、活性污泥法特征二、活性污泥法特征:曝气池是核心处理设备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

4、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二次沉淀池三、活性污泥法的基本流程三、活性污泥法的基本流程 曝气池曝气池曝气池混合液曝气池混合液曝气池出水堰曝气池出水堰曝气池混合液配水进入二沉池曝气池混合液配水进入二沉池一、活性污泥的形态一、活性污泥的形态l由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附由细菌、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。净化污水功能的絮绒状污泥。4.1.2 4.1.2 活性污泥的形态与活性污

5、泥微生物活性污泥的形态与活性污泥微生物（1）什么是活性污泥）什么是活性污泥? 一组活性污泥图片一组活性污泥图片颜颜 色色黄褐色状状 态态似矾花絮绒颗粒味味 道道土腥味相相 对对 密密 度度曝气池混合液：1.0021.003回流污泥：1.0041.006粒粒 经经0.020.2mm99%比比 含含 水水 率：率：（2）活性污泥的性质）活性污泥的性质粒粒 经经0.020.2mm99%固体物质含量：固体物质含量：（3）活性污泥的组成）活性污泥的组成: （1） Ma活性污泥微生物；（2） Me活性污泥代谢产物；（3） Mi活性污泥吸附的难降解惰性有机物；（4） Mii活性污泥吸附的无机物。l微生物组成

6、微生物组成细菌、真菌、原生动物、后生动物细菌、真菌、原生动物、后生动物l活性污泥数量的评价指标活性污泥数量的评价指标（1）混合液悬浮固体浓度(mg/L) MLSS=Ma+Me+Mi+Mii （2）混合液挥发4.4.性悬浮固体浓度(mg/L) MLVSS=Ma+Me+Mi 二、活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的二、活性污泥微生物及其在活性污泥反应中的作用作用（1）活性污泥微生物是由细菌类、真菌类、原生动物、细菌类、真菌类、原生动物、后生动物后生动物等异种群体所组成的混合培养体，这些微生物群体在活性污泥上形成食物链和相对稳定的生态系。（2）性微生物（）性微生物（Ma）的分类及作用）的分类及作用

7、1. 细菌细菌：净化污水的第一承担者净化污水的第一承担者，即主要承担者 异养型原核细菌（107108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 特征：G=2030min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒 2. 真菌真菌：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污水净化的第

8、二承担者。 4.后生动物后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中不经常出现，轮虫的出轮虫的出 现是水质稳定的标志现是水质稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。 三、活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长三、活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长（1）活性污泥的增殖规律增殖规律一般是用增殖曲线来表示。 增殖曲线增殖曲线：在某些关键性的环境因素，如温度一定、溶解氧含量充足的条件下，营养物质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示的增殖和衰减动态。（2 2）. .活性污泥增长曲线活性污泥增长曲线对数增长对数增长: : F(有机物)/ M(微生物)较大，营养充分，氧利用最大，微生物增殖速率和有机物降解速率最大

9、。污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利用有机物不足)减速期减速期 F/M减小，有机物量成为增殖的限制因素，微生物增殖速率和有机物降解速率下降，污泥沉降性好，出水效果好。衰减期衰减期 F/M最小，(内源呼吸期)微生物活动能力低，絮凝体，沉降性好，此时污泥量出现下降，出水水质较好。（3 3）活性污泥絮体的形成机制）活性污泥絮体的形成机制 活性污泥絮凝体活性污泥絮凝体：也称为生物絮凝体，骨干部分是由 千万个细菌为主体结合形成的通称为“菌胶团菌胶团”的团粒； 菌胶团菌胶团：对活性污泥的形成及其各项功能的发挥，起着十分重要的作用，只有在它发育正常的条件下，活性污泥絮凝体才能很好的形成，其对周围的有机污染

10、物的吸附功能以及絮凝、沉降性能，才能够得到正常的发挥。 形成机制：形成机制：两个菌体之间，既存在着电斥力，也存在着范德华引力，这两种力的强弱与菌体间的距离有关;当曝气池内有机营养物质充沛，F/M值高，细菌处于对数增殖期，运动性能活泼，动能大于范德华引力，菌体难以结合，活性污泥絮凝体不能很好形成；当曝气池内有机营养物质降到某种程度，细菌增殖速度低下或停止，处于内源呼吸期或减速增殖期后段，运动性能较弱，不能与范德华引力相抗衡，并且在布朗运动作用下，菌体互相碰撞，互相结合，使活性污泥絮凝体形成，初步形成的凝聚体又与其他的细菌相结合，絮凝体之间也相互粘接，凝聚速度加快，最终能够形成颗粒较大的活性污泥絮

11、凝体。4.1.3 4.1.3 活性污泥净化反应过程活性污泥净化反应过程 净化反应过程的实质：净化反应过程的实质：有机污染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，也就是 “活性污泥反应”的过程； 结果结果:污水得到净化，微生物获得能量合成新的细胞，活性污泥得到增长。1.1.构成活性污泥三要素构成活性污泥三要素 a.微生物 吸附氧化分解作用(污泥) b.有机物 废水的处理对象 微生物底物(营养) c.充足氧气、充分接触好氧处理的条件2.2.污泥净化反应过程污泥净化反应过程 对有机物的降解可分为两个阶段 a.吸附阶段巨大的比表面积 b.微生物降解作用 有机固形物 胶体有机物 溶解性有机

12、物 2COHH胞内，分解为胞外，新的合成具体分一下几个阶段：具体分一下几个阶段：一、一、初期吸附去除初期吸附去除l 在污水开始与活性污泥接触后的较短时间（510 min）内，污水中的有机物即被大量去除；l 活性污泥有着很大的表面积（200010000 m2/m3混合液），在表面上富集着大量的微生物，在其外部覆盖着多糖类的粘质层，当其与污水接触时，污水中呈悬浮和胶体状态的有机污染物即被活性污泥所凝聚和吸附而得到去除，这一现象就是“初期吸附去除”作用；l初期吸附过程进行较快，能够在30 min内完成，污水BOD的去除率可达70%，它的速度取决于： 微生物的活性程度； 反应器内水力扩散程度与水动力学

13、的规律。二、微生物的代谢二、微生物的代谢 污水中的有机污染物，首先被吸附在有大量微生物栖息的活性污泥表面，并与微生物细胞表面接触，在微生物透膜酶的催化作用下，透过细胞壁进入微生物细胞体内，小分子的有机物能够直接透过细胞壁进入微生物体内，而如淀粉、蛋白质等大分子有机物，则必须在细胞外酶水解酶的作用下，被水解为小分子后再为微生物摄入细胞体内。3257222()xyznC H ONHOC H NOCOH OH 酶572222222(xyC H NOOCOH OHC H OOCOH 酶内源呼吸）（呼吸作用） 合成：合成：分解：分解： 对比对比:分解代谢和合成代谢，都能够去除污水中的有机污染物，但产物有

14、所不同； 分解代谢产物分解代谢产物：CO2和H2O，可直接排入环境。 合成代谢产物合成代谢产物：新生的微生物细胞，并以剩余污泥的方式排出活性污泥处理系统。4.2 活性污泥净化反应影响因素活性污泥净化反应影响因素 与主要设计、运行参数与主要设计、运行参数4.2.1 活性污泥反应的影响因素活性污泥反应的影响因素 (P(P101-105101-105) )1.BOD1.BOD负荷率负荷率 Ns Ns 过低，丝状菌膨胀； Ns Ns 过高，絮体活性高，不易沉降； Ns Ns 污泥增长效率，底物降解v ，Se V c NsNs 污泥增长效率，v，Se Vc 2.2.温度温度 酶的温度活性 2020303

15、00 0C C3.DO3.DO DO， ， Se 运行费用高 4.PH 4.PH =6.58.5 PH8.5时，菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。 5. 5.营养物营养物 BOD5NP=10051 6. 6.有毒物质有毒物质 重金属、硫化氢、有毒有机物4.2.2 4.2.2 活性污泥处理系统的控制指标与设计、活性污泥处理系统的控制指标与设计、运行操作参数运行操作参数 人工强化、控制，使活性污泥处理系统能够达人工强化、控制，使活性污泥处理系统能够达到下列各项目标：到下列各项目标：被处理的原污水的水质、水量得到控制，使其能够适应活性污泥处理系统的要求；活性污泥微生物量，在系统中保持数量一定，并相对稳

16、定具有活性；在混合液中保持能够满足微生物需要的溶解氧浓度；在曝气池内，活性污泥、有机污染物、溶解氧三者能够充分接触，以强化传质过程。一、表示及控制混合液中活性污泥微生物量一、表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指标：的指标：（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS） MLSS=Ma+Me+Mi+Mii（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） MLVSS=Ma+Me+Mi生活污水：MLVSS/MLSS=0.75二、活性污泥的沉降性能及其评定指标二、活性污泥的沉降性能及其评定指标（1 1）污泥沉降比）污泥沉降比SV：混合液在量简内静置30 min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分比。（2）污

17、泥容积指数）污泥容积指数SVI：曝气池出口处的混合液，在经过30 min沉淀后，每g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。1 L 30 minmLSVI1 LSV mL/gMLSS 混混合合液液（ ） ） 静 静沉沉形形成成的的活活性性污污泥泥容容积积（）混混合合液液（ ） ）中中悬悬浮浮固固体体干干重重（）三、污泥龄三、污泥龄（SRT，Solids Retention Time） 排泥量： 污泥龄： wrwewrwewrcXQ XQQXVXXVXQ XQQXVXQ X （4）BOD污泥负荷（Ns）正常的活性污泥反应进程中正常的活性污泥反应进程中：有机污染物被降解而含量降低；微生物增殖而使活性污

18、泥得到增长；溶解氧为微生物所利用必须连续地加以补充；BOD污泥负荷（污泥负荷（F/M）：决定有机物的降解速率、活性污泥的增长速率、溶解氧的消耗速率。 BOD污泥负荷污泥负荷所表示的是曝气池内单位重量（kg）活性污泥，在单位时间（1 d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD）。as kgBOD/(kgMLSS d)QSFNMXV BOD容积负荷（Nv） 单位曝气池容积（m3），在单位时间（1 d）内，能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD）。3avvs kgBOD/(md)QSNVNN X 曝曝气气池池（Nv与与Ns的关系）的关系） 污泥负荷污泥负荷，是影响有机污

19、染物降解、活性污泥增长的重要因素； 采用高的污泥负荷，将加快有机污染物的降解速度与活性污泥增长速度，降低曝气池的容积，在经济上比较适宜，但处理水水质未必能够达到预定的要求； 污泥负荷还与活性污泥的膨胀现象有直接关系。五、有机污染物的降解与活性污泥增长五、有机污染物的降解与活性污泥增长 活性污泥微生物的增殖是微生物合成反应和内源代谢二项生理活动的综合结果：rraeXaSbXSSS gsedvuaedvrrsdrscvdddddddd1 XXXtttSYK XtXY SSQK VXQSYNKNVX 净增殖速度：净增殖速度：每日净增殖量：每日净增殖量：c污泥龄污泥龄rsZBOD-污泥去除负荷污泥去除

20、负荷六、有机污染物降解与需氧六、有机污染物降解与需氧 在曝气池内，活性污泥微生物对有机污染物的氧化分解和其本身在内源代谢期的自身氧化都是耗氧过程：2rv2rrsvvv2rrrsOOO1a QSbVXQSaba NbVXVXVXababQSQSN4.3.1 概述 活性污泥反应活性污泥反应 在活性污泥反应器曝气池内，在各项环境因素，如水温、溶解氧浓度、pH值等都满足要求的条件下，活性污泥（即活性污泥微生物）对混合液中有机污染物（有机底物）的代谢代谢；活性污泥本身的增长本身的增长（即活性污泥微生物的增殖）及活性污泥微生物对溶解氧的微生物对溶解氧的利用利用等生物化学反应。4.3 4.3 活性污泥反应动

21、力学活性污泥反应动力学 研究活性污泥反应动力学的主要内容：主要内容： 有机底物的降解速率与有机底物浓度、活性污泥微生物量等因素之间的关系； 活性污泥微生物的增殖速率（亦即活性污泥的增长速率）与有机底物浓度、微生物量等因素之间的关系。4.3.2 莫诺方程式 微生物的比增殖速率： 有机物的比降解速率v：maxmaxssSKSSvvKS maxmax0()SSSvvKSdSXSvdSdtKSd SSdtvXXdt 底物降解速率：底物降解速率： 单位质量微生物的增殖速率(kg/kgd)d-1 微生物最大比增殖速度f-1 饱和常数，半速度常数 S 微生物周围的即反应器曝气池中的底物浓度(mg/L)max

22、uusK莫若方程式的推论莫若方程式的推论 在高底物浓度的条件下，SKs： 在低底物浓度的条件下，S300 mg/L时，首级活性污泥法宜采用完全混合式曝气池。3.150 mg/LBODu300 mg/L时，首级活性污泥法宜采用推流式曝气池；4.污水BODuS时，时，（式4-45）（式4-47推论）(式4-95）回流污泥回流污泥浓度：浓度：池内污泥池内污泥浓度：浓度：4.9.3曝气系统与空气扩散装置的计算与设计曝气系统与空气扩散装置的计算与设计 1.1.需氧量与供气量计算需氧量与供气量计算 20eROa Q SSb XV00.3SARGE2.2.鼓风曝气系统计算鼓风曝气系统计算 (1)空气扩散装置

23、的选定与布置(2)空气管道布置与计算根据空气量查附录求管径:空气量为直线上的一点选择管径使之在流速范围内 (一般干管1015m/s，支管35m/s)式4-26(3)(3)鼓风机选择鼓风机选择根据供气量和风压选择鼓风机：风压扩散装置水头损失扩散装置的出口压力管道水头损失（沿程风压扩散装置水头损失扩散装置的出口压力管道水头损失（沿程和局部）鼓风机进出管道水头损失安全值和局部）鼓风机进出管道水头损失安全值3. 机械曝气系统设计机械曝气系统设计4.9.4污泥回流系统污泥回流系统 1.1.污泥回流量的计算污泥回流量的计算 0()(/ )edxyQ SSK VX kgMLSS d 3(/)wxQmdXr2.污泥回流装置污泥回流装置（1）螺旋泵（2）离心泵（3）气提装置4.9.5 二沉池4.9.6 曝气池计算4.9.7 处理水水质4.10活性污泥处理系统的维护管理 1.1.活性污泥的培养驯化活性污泥的培养驯化 a 异步培养法：先培养再驯化 b 同步培养法：培养驯化同时进行 c 接种培养培养法：将其他相以污水厂污泥作为种泥 进水方式进水方式 a 连续进水：连续进水： 适合以生活污水为主的城市污水 b 间歇进水：间歇进水： 一般，闷曝-沉淀-排除上清夜-加新