第一节 活性污泥法

1、第第4 4章章 活性污泥法活性污泥法 重点重点： 活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活活性污泥法基本概念与流程、活性污泥法的净化机理与影响因素、活 性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除性污泥法的动力学基础、曝气池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除 磷原理及应用。磷原理及应用。 难点难点： 活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气活性污泥法的净化机理与影响因素、活性污泥法的动力学基础、曝气 池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。池的需氧与供氧、活性污泥法的脱氮除磷原理及应用。4.0 概述概述 污水生物处理是通过污水生物处

2、理是通过微生物的新陈代谢微生物的新陈代谢作用，将污水作用，将污水中有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转中有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部分转化为比较稳定物质的方法。化为比较稳定物质的方法。 生物处理的主要作用者是生物处理的主要作用者是微生物微生物，根据反应中氧气的，根据反应中氧气的 需求，可把细菌分为好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌。需求，可把细菌分为好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌。 主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理主要依赖好氧菌和兼性厌氧菌的生化作用来完成处理 过程的工艺，称为过程的工艺，称为好氧生物处理法好氧生物处理法；主要依赖厌氧菌和；主要依赖厌氧菌和 兼性厌

3、氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为兼性厌氧菌的生化作用来完成处理过程的工艺，称为厌厌 氧生物处理法。氧生物处理法。 活性污泥法的重要地位活性污泥法的重要地位 我国的河流我国的河流97%97%以上都受到以上都受到 有机物的污染有机物的污染 1.1.应用的普遍性：应用的普遍性： 95%95%以上的城市污水以上的城市污水 35%35%以上工业废水以上工业废水 2.2.高效性：高效性：SS SS ，CODCOD、90%90%以上以上 3.3.灵活性灵活性 ： 大，中，小水厂大，中，小水厂 高，中，低负荷高，中，低负荷 4.4.连续运行，可自动化连续运行，可自动化 5.工艺工艺(运行方式多样运行方

4、式多样)，功能多样化，功能多样化， 可脱氮，除磷可脱氮，除磷 活性污泥法研究及应用的活性污泥法研究及应用的 现状和发展现状和发展 1.超大型化超大型化(集中化集中化) 微型化微型化 2.高效快速高效快速(高负荷，节省体积高负荷，节省体积) 3.节能，减少运行费用节能，减少运行费用 4.深度净化功能，多功能化深度净化功能，多功能化(N，P) 5.自动化控制管理自动化控制管理 6.提高氧利用率提高氧利用率 7.减少占地面积减少占地面积 目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工业废水处理中最常用的工艺。水处理中最常用的工艺。4.1 活性污泥

5、法的理论基础活性污泥法的理论基础 4.1.1 基本概念与流程基本概念与流程 活性污泥活性污泥 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。活性污泥是以细菌，原生动物和后生动物所组成的活性。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。微生物自身代谢的残

6、留物。 活性污泥法活性污泥法 以活性污泥为主体的污水生物处理技术以活性污泥为主体的污水生物处理技术 活性污泥法来源活性污泥法来源 河流自净河流自净启示启示人工强化人工强化 命名命名 根据生物反应器中微生物存在状态根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着悬浮，附着)可将污水生物可将污水生物 处理技术分为活性污泥法处理技术分为活性污泥法(悬浮的有活性的生物絮体悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法和生物膜法 (附着的有活性的生物膜附着的有活性的生物膜)，及后来的复合式，及后来的复合式(悬浮，附着悬浮，附着)生物处生物处 理、技术。理、技术。 基本流程基本流程 污水污水格栅格栅泵间泵间沉砂池沉砂池初沉

7、池初沉池活性污泥曝气池活性污泥曝气池二沉池二沉池消毒消毒1.曝气池曝气池：微生物降解有机：微生物降解有机 物的反应场所物的反应场所2.二沉池二沉池：泥水分离：泥水分离3.污泥回流污泥回流：确保曝气池内：确保曝气池内 生物量稳定生物量稳定4.曝气曝气：为微生物提供溶解：为微生物提供溶解 氧，同时起到搅拌氧，同时起到搅拌 混合的作用。混合的作用。曝气系统与空曝气系统与空气扩散装置气扩散装置活性污泥反应器活性污泥反应器来自空压来自空压机的空气机的空气剩余污泥剩余污泥污泥井污泥井混合液混合液回流污回流污泥系统泥系统二沉池二沉池处理水处理水进水进水 活性污泥法处理系统有效运行的基本条件活性污泥法处理系统

8、有效运行的基本条件 1.污水中有足够的可溶解性易降解有机物污水中有足够的可溶解性易降解有机物 2.混合液中含有足够的溶解氧混合液中含有足够的溶解氧 3. 活性污泥再曝气池中呈悬浮状态活性污泥再曝气池中呈悬浮状态 4.活性污泥连续回流活性污泥连续回流 5.及时排除剩余污泥及时排除剩余污泥 6.没有对微生物有毒害作用的物质进入没有对微生物有毒害作用的物质进入4.1.2 活性污泥的形态，组成活性污泥的形态，组成 形态形态 多为黄色或褐色絮体，含水率超过多为黄色或褐色絮体，含水率超过99 ，比表面积大。，比表面积大。 组成组成 活性污泥由四部分组成活性污泥由四部分组成（1） Ma活性污泥微生物；活性污

9、泥微生物；（2） Me活性污泥代谢产物；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；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。活性污泥吸附的无机物。 微生物组成微生物组成 细菌（细菌（9095，甚至，甚至100）、）、真菌、原生动物、后生动物真菌、原生动物、后生动物4.1.3 活性污泥微生物的作用活性污泥微生物的作用水处理微生物水处理微生物复习复习活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对活性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动物组成了小型的相对稳定的生态系统和食物链。稳定的生态系统和食物链。活性污泥中的细菌以异养型细菌为主。活性

10、污泥中的细菌以异养型细菌为主。菌胶团细菌菌胶团细菌构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧构成活性污泥絮凝体的主要成分，有很强的吸附、氧化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可化分解有机物能力。也可防止被微型动物所吞噬，并在一定程度上可免受毒物的影响，沉降性好。免受毒物的影响，沉降性好。丝状菌丝状菌 形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，形成活性污泥的骨架，增强沉降性，保持高的净化效率，但是大量会引起污泥膨胀。但是大量会引起污泥膨胀。净化污水的第一承担者净化污水的第一承担者细菌细菌净化污水的第二承担者净化污水的第二承担者原生动物原生动物指示性动物指示性动物

11、原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的原生动物，通过显微镜镜检是对活性污泥质量评价的重要手段之一重要手段之一 活性污泥微生物的增殖曲线活性污泥微生物的增殖曲线 1.在温度适宜，溶解氧充足、营养物在温度适宜，溶解氧充足、营养物 质一次充分投加，微生物种群随时间质一次充分投加，微生物种群随时间以量表示增殖和衰减动态。以量表示增殖和衰减动态。 2.在这样的环境下，不存在抑制物质在这样的环境下，不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于有机物率主要取决于有机物(F)与微生物量与微生物量(M)的比值，它也是有机物降解速率、的比值，它也是有机物降解速

12、率、氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附氧利用速率和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素性能的重要影响因素4.1.4 活性污泥微生物的增殖规律活性污泥微生物的增殖规律1.1.适应期适应期: 在未充分适应基质条件时，开始在未充分适应基质条件时，开始 会经历一个适应、迟缓期或调整期。会经历一个适应、迟缓期或调整期。 长短取决于污水的主要成分和微生长短取决于污水的主要成分和微生 物对它的适应。物对它的适应。 2.2.对数增长期对数增长期: F/M较大，营养充分，氧利用最大，微较大，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。生物增殖速率和有机物降解速率最大。 污泥活动力强，污泥松散，不

13、易沉降污泥活动力强，污泥松散，不易沉降(利利 用有机物不足用有机物不足) 活性污泥增长曲线的四个阶段活性污泥增长曲线的四个阶段3.减速期减速期 F/M减小，有机物量成为增殖的限减小，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，出水效解速率下降，污泥沉降性好，出水效 果好。果好。4.衰减期衰减期 F/M最小，最小，(内源呼吸期内源呼吸期)微生物活微生物活 动能力低，絮凝体，沉降性好，此时动能力低，絮凝体，沉降性好，此时 污泥量出现下降，出水水质较好。污泥量出现下降，出水水质较好。1. 在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比

14、值（常用在活性污泥混合液中，如果营养与污泥之间的比值（常用F/M表表 示）高，示）高，F/M大于大于2.2，微生物处于对数增长期，能量水平高，污泥，微生物处于对数增长期，能量水平高，污泥凝聚性能差；凝聚性能差； F/M小于小于2.2，营养与污泥微生物比值下降，致使微，营养与污泥微生物比值下降，致使微生物增长处于增长率缓慢降段；生物增长处于增长率缓慢降段； F/M小于小于0.1，营养物很少，营养，营养物很少，营养相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱，致使微生物相对不足和能量水平较低，细菌活力低，运动能力弱，致使微生物增长处于增长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。增长处于增

15、长率下降段或其后期，彼此结合成絮凝体，故易于凝聚。2. 当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合当有机营养物质和氧气充足时，活性污泥以合成为主。在新细胞合成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏成的同时，还进行着部分老细胞物质的氧化分解。在有机营养缺乏时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也时，这种自身分解则成为主要的获能方式，生物处理的内源呼吸也就是指的这种情况。就是指的这种情况。 活性污泥絮凝体的形成：活性污泥絮凝体的形成：4.1.5 活性污泥净化污水的过程活性污泥净化污水的过程 活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性

16、污活性污泥净化污水的作用是由吸附和氧化两个阶段完成的，活性污泥在与废水初期接触的泥在与废水初期接触的2030min内，就可以去除内，就可以去除75%以上的以上的BOD，在，在于活性污泥具有巨大的表面积（于活性污泥具有巨大的表面积（200010000m2/m3）,且其表面具有多且其表面具有多糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，糖类粘液层。氧化分解在吸附阶段之后，所需时间比吸附时间长的多，可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可见暴气池的大部分容积是在进行有机物的氧化和微生物的合成。可降解可降解有机物有机物氧化氧化合成合成1/32/3无机物能量无机物能

17、量新细胞新细胞物质物质无机物能量无机物能量残留物质残留物质8020内源代谢内源代谢 构成活性污泥三要素构成活性污泥三要素 微生物微生物 吸附氧化分解作用吸附氧化分解作用( (污泥污泥) ) 有机物有机物 废水的处理对象废水的处理对象 微生物底物微生物底物( (营养营养) ) 充足氧气、充分接触充足氧气、充分接触好氧处理的条件好氧处理的条件 生物絮体形成机理生物絮体形成机理 目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘目前认为絮体是由细菌内源代谢分泌的聚合物在微生物之间起粘 胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适当比例胶剂的作用，因此只有当内源代谢分泌聚合物与微生物成适

18、当比例 才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌才能形成良好的生物絮体。如果微生物增殖率过高，内源代谢分泌 的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮的聚合物不是以粘连吸附新增殖的微生物，就不可能形成良好的絮 体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成体。如果有机物浓度过低，内源代谢产生的聚合物质被微生物当成 食物消耗，则絮体也难以形成。食物消耗，则絮体也难以形成。 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两个阶段：对有机物的降解可分两个阶段： a.吸附阶段吸附阶段巨大的比表面积巨大的比表面积 b.微生物降解作用微生物降解作用有机物

19、有机物合成合成HHO OH HCOCO) )NONOH H(C(CO ONHNHO OH HC C2 22 2n n2 27 75 5酶酶2 23 3z zy yx x H（呼吸作用）H（呼吸作用）COCOO OO OH HC CH(内源呼吸）H(内源呼吸）O OH HCOCOO ONONOH HC C2 22 22 2y yx x2 22 2酶酶2 22 27 75 5 HH胞外，新的合成胞外，新的合成HH胞内，分解为CO胞内，分解为CO2 2有机固形物有机固形物胶体有机物胶体有机物溶解性有机物溶解性有机物微生物微生物分解分解4.1.6活性污泥法的性能指标活性污泥法的性能指标 混合液中活性污

20、泥微生物的指标混合液中活性污泥微生物的指标 1.混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度(mg/L) 混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的混合液悬浮固体是指曝气池中废水和活性污泥共同的混合液体的 悬浮固体浓度。用悬浮固体浓度。用MLSS表示。表示。 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii 2.混合液挥发性悬浮固体浓度混合液挥发性悬浮固体浓度(mg/L) 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 （MLVSS），用它表示活性污泥微生物量比用），用它表示活性污泥微生物量比用MLSS更为切合实际。更为切合实际。 MLVSS=

21、Ma+Me+Mi MLVSS与与MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值为有一定的比值，例如生活污水的比值为0.7左右。左右。 沉降性与浓缩性评价指标沉降性与浓缩性评价指标 1.1.污泥沉降比：污泥沉降比：SV% 又称又称30min30min沉降比、混合液在量筒内静置沉降比、混合液在量筒内静置30min30min后所形成沉淀污混后所形成沉淀污混 容积占混合液容积的百分比，容积占混合液容积的百分比，SV值在值在1530%左右左右 。 2.污泥容积指数：污泥容积指数：SVI 静置静置30min30min后，后，1g1g干污泥所占的容积，（干污泥所占的容积，（ml/gml/g）这些污泥的干重这些污泥

22、的干重沉后的污泥容积沉后的污泥容积混合液经30min静混合液经30min静SVISVI (ml/g干污泥)(ml/g干污泥)Mlss(g/l)Mlss(g/l)10(ml/l)10(ml/l)SV%SV% 一般为一般为7070150(ml/g)150(ml/g)时沉降性能较好时沉降性能较好 ，过低无机物含量过高，过低无机物含量过高， 污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。污泥活性不好，过高易出现污泥膨胀。 絮凝沉淀分析絮凝沉淀分析 悬浮物浓度不太高，一般在600700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，如给水工程中混凝沉淀、污水处理中初沉池内的悬浮物沉淀均属此类。沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，

23、凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。这里所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不仅与颗粒沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。 絮凝沉淀分析絮凝沉淀分析 絮凝沉淀速度絮凝沉淀速度u u和总沉淀效率和总沉淀效率可用下式计算可用下式计算t tH Hu u ) )2 2R RR R( (1 1i ii iniiHh1)( H沉淀柱高度； t t达到给定去除率所需要的时间达到给定去除率所需要的时间 活性污泥的活性评定指标活性

24、污泥的活性评定指标 活性污泥的比耗氧速率（活性污泥的比耗氧速率（SOUR一般用一般用OUR）：单位重量的活性污）：单位重量的活性污 泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位泥在单位时间内所能消耗的溶解氧量，其单位mgO2/(gMLVSSh)或或mgO2/(gMLSSh) OUR在运行中的重要租用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥在运行中的重要租用在于反映有机物降解速率，以及活性污泥是否中毒，将用于系统的自动报警。是否中毒，将用于系统的自动报警。 活性污泥的活性污泥的OUR一般为一般为820 mgO2/(gMLVSSh)，温度对，温度对OUR的的影响很大，不同温度的影响很大，不同温度的OUR没

25、有可比性，一般在没有可比性，一般在20测测OUROUR4.1.7 环境因素对活性污泥微生物的影响环境因素对活性污泥微生物的影响 BOD负荷率（污泥负荷）负荷率（污泥负荷） Ns过低，丝状菌膨胀过低，丝状菌膨胀 Ns过高，絮体活性高，不易沉降过高，絮体活性高，不易沉降 Ns ， （污泥增长）（污泥增长） ， （底物降解）（底物降解） ，Se ，V，c Ns， （污泥增长），（污泥增长）， ， Se，V ，c BOD负荷在负荷在1.50.5kg/kgd范围内时，范围内时，SVI控制在控制在100左右比较合适。左右比较合适。 XVXVQSQSN N0 0S S 营养物质：营养物质： 平衡用平衡用BO

26、D5:N:P的关系来表示，一般需求为的关系来表示，一般需求为100:5:1 生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。生活污水和城市污水含足够的各种营养物质，但工业废水含量低。 溶解氧：溶解氧： DO ， ， Se 运行费用高运行费用高 对于游离细菌来说应保持在对于游离细菌来说应保持在0.3mg/L 对于活性污泥的絮凝体应保持在对于活性污泥的絮凝体应保持在2mg/L，不低于，不低于1mg/L pH值值 ： 最适宜在最适宜在6.58.5 PH6.5 PH9PH9时，时， 菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。菌胶易解体活性污泥凝体遭到破坏。 温度：温度： 最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现最适宜温度：在这一温度下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现 在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。 活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度活性污泥微生物多为嗜温菌，其适宜温度1530。 小型工业污水和城市污水应保温。小型工业污水和城市污水应保温。 水温过高的工业废水要降温。水温过高的工业废水要降温。 有毒物质（抑制物质）：有毒物质（抑制物质）： 重金属、氰化物、重金属、氰化物、H2S等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。等无机物，酚、醇、醛、燃料等有机物。 但是毒害作用也是当有毒物质在环境中达到某一浓度时才能