Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,*,1,活性污泥法,一、活性污泥法起源,1.1,活性污泥法背景,18,世纪,60,年代欧洲工业革命，工业和城市化快速发展，,大量的工业废水、生活污水未经处理直接排入水体，成为当时污染最为严重的地区图,1 1858,年，伦敦发生“大恶臭,(The Great Stink),”事件,1.2,活性污泥法起源大事记,1865,年，英国成立河流污染皇家委员会,1898,年，成立污水处理皇家委员会，是污水处理技术发展的里程碑事件,1908,年，污水处理皇家委员会提出著名的“,30:20(SS:30mg/L,、,BOD:20 mg/L)+,完全硝化,”出水标准，,1912,年该标准被采纳，当时被视为污水处理工艺发展的巨大挑战。
1.3,活性污泥法发明过程,第一阶段：认识到氧气对污水净化的作用,1882,年，英国的安格斯,史密斯博士尝试向污水中鼓入,空气,，发现在任何情况下曝气都会使污水,腐败延迟,，且更易形成硝酸盐氮18911898,年，英国人洛可克在著名的劳伦斯试验站，采用,生物滤池,对污水进行了类似的曝气研究1897,年，英国曼彻斯特大学吉尔伯特,福勒教授进行了污水曝气试验，产生了,清澈的出水,；同时也产生了,快速沉淀的颗粒物,，但福勒当时认为这些沉淀物是试验的失败之处结论：认识到氧的存在会使污水中的物质得到良好降解，但污水处理效率的提高却收效甚微,1.3,活性污泥法发明过程,第二阶段：认识到活性污泥对污水的净化作用,1911,年，劳伦斯试验站的首席化学家,克拉克,(Clark),和,盖奇,(Gage),进行污水曝气实验，发现随着污水的不断加入和曝气时间的增长，池内出现了,絮状沉淀物,；,并发现当曝气停止后，随着沉淀物排出，出水开始变清首次发现了絮状沉淀物对污水的净化作用1913,年，英国曼彻斯特戴维汉姆实验室的化学工程师,阿登,(Arden),和,洛克,(Locket),特进行了曝气实验，在实验室过程中未将絮状物排出，而是把,絮状物留存下来继续曝气,，发现污水净化周期从初始的,3,周减少到,24h,内。
首次验证了絮状沉淀物对污水的净化作用,阿登在,无需滤池的污水氧化试验,1,一文中首次提出“,活性污泥,”的概念，对活性污泥的发明具有划时代的意义,6,什么是活性污泥法？,以活性污泥为主体的污水生物处理技术本质：天然水体自净化作用的人工强化，是,好氧生物处理过程应用：去除污水中溶解和胶体状态的可生物降解有机物7,（一）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、活性污泥,8,8,一组活性污泥图片,9,（二）曝气池活性污泥的性状,颜色,黄褐色、茶褐色,状态,似矾花絮绒颗粒,味道,土腥味，有霉臭味,相对密度,曝气池混合液：,1.002,1.003,回流污泥：,1.004,1.006,粒径,0.02,0.2mm,20,100cm,2,/mL,比表面积,1,、正常,pH,略显酸性,10,（二）活性污泥的性状,供氧不足或厌氧,黑色,灰白色,供养过多或营养不足,1,、不正常,11,11,曝气池,12,12,13,13,曝气池出水堰,14,14,曝气池混合液配水进入二沉池,15,1,、栖息着的微生物,（三）活性污泥的组成,大量的细菌,真菌,原生动物,后生动物,除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；,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,10,7,10,8,个,/mL,；原生动物,10,3,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,16,按,McKinney,的分析：,混合液悬浮固体：,MLSS=,M,a,+,M,e,+,M,i,+,M,ii,式中：,M,a,有活性的微生物；,M,e,微生物自身氧化残留物，即内源代谢残留的微生物有机体,;,M,i,有机污染物，吸附在污泥上未被降解；,M,ii,无机悬浮固体，吸附在污泥上3,、活性污泥的组成：,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17,4,、按有机性和无机性成分：,MLSS,MLVSS:70%,MLNVSS:30%,MLSS,混合液悬浮固体浓度，也叫污泥浓度（,g/L),，,MLVSS,混合液挥发性悬浮固体浓度，表示混合液悬浮固体中有机物含量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示污泥MLNVSS,灼烧残量，表示无机物含量。
MLVSS:,一般范围为,55,75,，,即,MLVSS/MLSS=0.70.8,，,18,污泥沉降比：,SV,（四）活性污泥的沉降浓缩性能,取混合液至,1000mL,或,100mL,量筒，静止沉淀,30min,后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（,%,）表示污泥沉降比可反映污泥的沉降性能污泥沉淀,30min,后密度接近最大，故,SV,可反映沉降性能能反映污泥膨胀等异常情况，可控制剩余污泥的排放量城市污水正常值为,15%,30%,左右简单易行但,SV,不能确切表示污泥沉降性能19,19,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20,6,、污泥龄,(SRT),c,：,是指微生物平均停留时间，,实质上是,反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值以,C,表示，单位为,d,定义式为,（,X,),T,曝气池中活性污泥,总质量,，,kg,（,X,/,t,),T,每天从系统中排出的,活性污泥质量,kg/d,21,（,1,）含义：,对于一定量的基质，达到一定处理效率所需要的微生物的量,;,对于一定进水浓度的污水（,S,0,）只有合理选择污泥浓度（,X,）和恰当的污泥负荷,L,s,才能达到指定的处理效率；,污泥负荷决定活性污泥的生长阶段；,L,s,决定活性污泥的凝聚、沉降和系统的处理效率7】,污泥负荷,22,指曝气池的单位容积，在单位时间内所能够接受，并将其降解到某一规定额数的,BOD,5,的质量，即,:,式中：,L,v,容积负荷，,kg(BOD,5,)/(m,3,d),8】,容积负荷,实际计算,:,X,、,L,s,、,L,v,可查,p118,表,12-1.,对于某些工业污水，试验确定,X,、,L,s,、,L,v,污泥负荷法应用方便，但需要一定的经验。
23,23,二,.,活性污泥法的基本流程,24,三、活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用25,第,二节 活性污泥法数学模型基础,26,莫诺特（,Monod）模式方程式,研究微生物的比生长速率与底物的浓度之间的关系,探讨微生物生长动力学,27,微生物增长速度和微生物本身的浓度、底物浓度之间的关系是废水生物处理中的一个重要课题有多种模式反映这一关系当前公认的是莫诺特方程式：,式中：,S,限制微生物增长的底物浓度，mg/L；,微生物比增长速度，即单位生物量的增长速度微生物实际增长模型,：,其中,max,为最大比生长速率,(T,-1,);,K,s,为微生物生长速率为最大比生长速率,1/2,时的基质浓度,(g/L);,K,d,为微生物内源衰减速率,微生物实际增长模型（考虑衰亡）,29,在生化反应中，反应速度是指单位时间里底物的减少量、最终产物的增加量或细胞的增加量在废水生物处理中，是以单位时间里底物的减少或细胞的增加来表示生化反应速度。
图中的生化反应可以用下式表示：,即,该式反映了底物减少速率和细胞增长速率之间的关系，是废水生物处理中研究生化反应过程的一个重要规律及,式中：反应系数,又称产率系数，,mg（生物量）/mg（降解的底物）,基质降解模型,：,其中,max,为最大比生长速率,(T,-1,);,K,s,为微生物生长速率为最大比生长速率,1/2,时的基质浓度,(g/L);,K,d,为微生物内源衰减速率,基质降解速率模型,31,微生物增长与底物降解的基本关系式,式中：,Y,产率系数；,K,d,内源呼吸（或衰减）系数；,X,反应器中微生物浓度微生物净增长速度；,底物利用（或降解）速度；,32,在实际工程中,产率系数（微生物增长系数）,Y,常以实际测得的观测产率系数（微生物净增长系数）,Y,obs,代替故式,从上式得：,式中：,为微生物比净增长速度上列诸式表达了生物反应处理器内,微生物的净增长和底物降解之间的基本关系，亦可称废水微生物处理工程基本数学模式可改写为：,或,同理，从式 得：,反应器动力学,-,物料平衡,如何建立物料平衡方程？,关键步骤：,第一步：确定处理系统的组成,第二步：必须确定控制单元,第三步：建立某一种物质组分物料平衡方程,总原则：一个物料方程只能针对一种成分！,反应器动力学,-,物料平衡,Q=Q,in,-Q,out,+Q,p,Q-,控制单元内物质累积速率,Q,in,-,物质流进速率,Q,out,-,物质流进速率,Q,p,-,物质产生速率,控制单元内某成分物料平衡总方程：,Q,in,Q,out,Q,p,某控制单元内某组分物料图,间歇反应器动力学模型,Q=Q,in,-Q,out,+Q,p,其中,Q,in,=0,Q,out,=0,以反应器中底物降解与微生物生长为例：,Q,in,Q,out,Q,produce,某控制单元内某组分物料图,Q=Q,p,控制单元内只需考虑,反应器内部底物的降解和,微生物积累，无外源添加,或排出。
间歇反应器污染物降解与微生物增长动力学模型,:,微生物增长模型,：,假设基质利用速率和微生物增长速率均符合,Monod,模型,：,其中,qmax,为最大比基质利用速率,(g,基质,/g,微生物）,/T,；,K,为微生物生长速率为最大比生长速率,1/2,时的基质浓度,(g/L),；,Xa,为微生物浓度,(g/L),底物降解模型：,其中,max,为最大比生长速率,(T,-1,);,K,为微生物生长速率为最大比生长速率,1/2,时的基质浓度,(g/L);,b,为微生物内源衰减速率,非稳态,间歇反应器动力学模型,从底物,S,降解和。