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1、环环 境境 工工 程程 学学3.2 3.2 好氧生物处理工艺好氧生物处理工艺(1)(1)活性污泥法活性污泥法7/21/20241环环 境境 工工 程程 学学3.2.1 3.2.1 活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理3.2.2 3.2.2 活性污泥法活性污泥法的运行方式的运行方式3.2.3 3.2.3 活性污泥法的反应动力学活性污泥法的反应动力学3.2.4 3.2.4 曝气的原理、方法与设备曝气的原理、方法与设备3.2.5 3.2.5 活性污泥法的工艺设计活性污泥法的工艺设计3.2.6 3.2.6 活性污泥法的运行管理活性污泥法的运行管理7/21/20242环环 境境 工工 程程 学学3.
2、2.1 3.2.1 活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理一、活性污泥法的工艺流程一、活性污泥法的工艺流程回流污泥回流污泥二次二次沉淀池沉淀池废水废水曝气池曝气池初次初次沉淀池沉淀池出水出水空气空气剩余活性污泥剩余活性污泥7/21/20243环环 境境 工工 程程 学学活性污泥系统的主要组成活性污泥系统的主要组成曝气池曝气池曝气池曝气池： 反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；二沉池二沉池二沉池二沉池： 1 1）泥水分离，保证出水水质；）泥水分离，保证出水水质； 2 2）浓浓缩缩污污泥泥，保保证证污污泥泥回回流流，维维持持曝曝气气池池内内的的污泥浓
3、度。污泥浓度。回流系统：回流系统：回流系统：回流系统： 1 1）维持曝气池内的污泥浓度；）维持曝气池内的污泥浓度； 2 2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。剩余污泥：剩余污泥：剩余污泥：剩余污泥： 1 1）去除有机物的途径之一；）去除有机物的途径之一； 2 2）维持系统的稳定运行）维持系统的稳定运行供氧系统：供氧系统：供氧系统：供氧系统： 为微生物提供溶解氧为微生物提供溶解氧7/21/20244环环 境境 工工 程程 学学生活污水或城市废水的处理流程生活污水或城市废水的处理流程高碑店污水处理厂的工艺流程图高碑店污水处理厂的工艺流程图活性污泥系统活性
4、污泥系统7/21/20245环环 境境 工工 程程 学学高碑店污水处理厂的工艺流程与平面布置初沉池曝气池二沉池二期曝气池二沉池初沉池7/21/20246环环 境境 工工 程程 学学正在运行的曝气池正在运行的曝气池正在运行的曝气池正在运行的曝气池7/21/20247环环 境境 工工 程程 学学曝气池中的曝气头的布置曝气池中的曝气头的布置7/21/20248环环 境境 工工 程程 学学活性污泥系统有效运行的基本条件是：废水中含有足够的可溶性废水中含有足够的可溶性易降解有机物易降解有机物易降解有机物易降解有机物；混合液含有足够的混合液含有足够的溶解氧溶解氧溶解氧溶解氧；活性污泥在池内呈活性污泥在池内
5、呈悬浮悬浮悬浮悬浮状态；状态；活性污泥连续活性污泥连续回流回流回流回流，剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥及时排放，及时排放， 维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有进水中不含有对微生物对微生物有毒有害有毒有害有毒有害有毒有害的物质的物质7/21/20249环环 境境 工工 程程 学学二、活性污泥的性质及性能指标二、活性污泥的性质及性能指标1、物理性质：、物理性质： “菌胶团菌胶团”“生物絮凝体生物絮凝体”颜色：颜色：褐色、（土）黄色、铁褐色、（土）黄色、铁红色红色气味：泥土味（城市污水）气味：泥土味（城市污水）比重：略大于比重：略大于1（1.002 1.0
6、06）粒径：粒径：0.02 0.2mm比表面积：比表面积：20 100cm2/ml7/21/202410环环 境境 工工 程程 学学2、生化性能、生化性能：活性污泥的含水率：活性污泥的含水率：99.2 99.8%其中其中固体物质的组成：固体物质的组成：1）活细胞（）活细胞（Ma）：）：2）微生物内源代谢的残留物（微生物内源代谢的残留物（Me）：）：3）吸吸附附的的原原废废水水中中难难于于生生物物降降解解的的有有机物（机物（Mi）：）：4）无机物质（无机物质（Mii）：）：有机物有机物7585%二、活性污泥的性质及性能指标二、活性污泥的性质及性能指标7/21/202411环环 境境 工工 程程
7、学学二、活性污泥的性质及性能指标二、活性污泥的性质及性能指标3、活性污泥中的微生物：、活性污泥中的微生物：A细菌：细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分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、无色杆菌属等属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等特征：特征：1）绝大多数是）绝大多数是好氧和兼性好氧和兼性异养型的异养型的原核细菌；原核细菌；2）在）在好氧条件好氧条件下，具有很强的下，具有很强的分解分解有机物的功能；有机物的功能；3）具有）具有很高的增殖速率很高的增殖速率，其世代时
8、间仅为，其世代时间仅为20 30分钟分钟；4）动胶杆菌动胶杆菌具有将大量细菌结成为具有将大量细菌结成为“菌胶团菌胶团”的功能的功能。7/21/202412环环 境境 工工 程程 学学0.1mmB、原生动物原生动物-在活性污泥中大约为在活性污泥中大约为103个个/ml钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫7/21/202413环环 境境 工工 程程 学学C、后生动物后生动物线虫轮虫7/21/202414环环 境境 工工 程程 学学原（后）生动物作为原（后）生动物作为原（后）生动物作为原（后）生动物作为“ “指示性生物指示性生物指示性生物指示性生物” ”数数量量7/21/202415环环 境境 工工
9、 程程 学学4、活性污泥的性能指标：、活性污泥的性能指标：（1）混合液悬浮固体浓度混合液悬浮固体浓度（MLSS）（Mixed Liquor Suspended Solids） MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位：单位： mg/L 或或 g/m3（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（MLVSS）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids） MLVSS = Ma + Me + Mi 单位：单位： mg/L 或或 g/m3计量曝气池中活性污泥数量的指标。计量曝气池中活性污泥数量的指标。7/21/202416环环 境境 工工
10、程程 学学4、活性污泥的性能指标：、活性污泥的性能指标：（3）污泥沉降比（）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）定义：定义：将曝气池中的将曝气池中的混合液混合液在量筒中静置在量筒中静置30分钟分钟，其，其沉淀污泥与原混合液的沉淀污泥与原混合液的体积比体积比，一般以，一般以%表示；表示；功能：反映功能：反映曝气池正常运行时的曝气池正常运行时的污泥量污泥量，可用以，可用以控制控制剩余污泥剩余污泥排放和及时排放和及时发现发现早期的早期的污泥膨胀污泥膨胀；正常范围：正常范围：20 30%7/21/202417环环 境境 工工 程程 学学SV的的测定测定0min15min30minSV =
11、 40%7/21/202418环环 境境 工工 程程 学学4、活性污泥的性能指标：、活性污泥的性能指标：（4）污泥体积指数（）污泥体积指数（SVI）定义：曝气池出口处混合液经定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，分钟静沉后，1g干污干污泥所形成的污泥体积，泥所形成的污泥体积，(ml/g)功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，功能：能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀；生膨胀；正常范围：正常范围：50 150 m
12、l/g（处理城市污水时处理城市污水时）7/21/202419环环 境境 工工 程程 学学三、活性污泥法的基本工艺参数三、活性污泥法的基本工艺参数1、曝气池的有机容积负荷：、曝气池的有机容积负荷： 1）进水进水COD（BOD5）容积负荷：容积负荷： 2）COD（BOD5）去除容积负荷去除容积负荷：7/21/202420环环 境境 工工 程程 学学2、曝气池的有机污泥负荷：曝气池的有机污泥负荷：1）进水）进水COD（BOD5）污泥负荷：污泥负荷：2）COD（BOD5）去除污泥负荷：去除污泥负荷：7/21/202421环环 境境 工工 程程 学学三、活性污泥法的基本工艺参数三、活性污泥法的基本工艺参
13、数3、曝气池的水力停留时间、曝气池的水力停留时间（HRT)4、曝气池的污泥停留时间、曝气池的污泥停留时间（SRT、c）（h）（d）(mg/l)7/21/202422环环 境境 工工 程程 学学c是指曝气池中工作的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值。单位（d）表示新增长的污泥在曝气池中的平均停留时间。7/21/202423环环 境境 工工 程程 学学四、活性污泥的增殖规律及应用四、活性污泥的增殖规律及应用u 活性污泥中活性污泥中微生物的增殖微生物的增殖是活性污泥在是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然曝气池内发生反应、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结果，而
14、微生物增殖的结果则是活性污泥的增殖。的增殖。u 活性污泥的活性污泥的增殖曲线增殖曲线7/21/202424环环 境境 工工 程程 学学微微生生物物量量时间时间活性污泥的增殖曲线活性污泥的增殖曲线注意：注意：1）间歇静态培养；）间歇静态培养；2）底物是一次）底物是一次投加投加对数增殖期对数增殖期减速增殖期减速增殖期内源呼吸期内源呼吸期氧利用速率曲线氧利用速率曲线微生物增殖曲线微生物增殖曲线(M)BOD变化曲线变化曲线(F)适应期适应期7/21/202425环环 境境 工工 程程 学学有关概念有关概念F/M值值:在在温温度度适适宜宜、DO充充足足、且且不不存存在在抑抑制制物物质质的的条条件件下下，
15、活活性性污污泥泥微微生生物物的的增增殖殖速速率率主主要要取取决决于于微微生生物物与与有有机机基基质质的的相相对对数数量量，即即有有机机基基质质(Food)与与微微生生物物(Microorganism)的比值，的比值，即即F/M值。值。 F/M值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素值是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素实际上，实际上，F/M值值就是以就是以BOD5表示的进水污泥负荷，即：表示的进水污泥负荷，即：7/21/202426环环 境境 工工 程程 学学活性污泥的增殖曲线的分区活性污泥的增殖曲线的分区可将增殖曲线分为可将增殖曲线分为四个时期：四个时期：1)适应期适应期2)对数增
16、殖期对数增殖期3)减速增殖期减速增殖期4)内源呼吸期内源呼吸期7/21/202427环环 境境 工工 程程 学学适应期适应期1）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不）定义：微生物对于新的环境条件、污水中不同种类的有机物污染物等的同种类的有机物污染物等的短暂的适应过程短暂的适应过程；2）活性污泥）活性污泥微生物的变化：微生物的变化：数量数量基本没有变化；基本没有变化；菌体菌体体积增大；体积增大；酶系统酶系统相应调整；相应调整；新的新的变异变异；3）水质）水质指标指标基本无变化。基本无变化。7/21/202428环环 境境 工工 程程 学学对数增殖期对数增殖期对数增殖期对数增殖期uF/M值高值高
17、( 2.2kgBOD/kgVSS.d)，有机物丰富，有机物丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；营养物质不是微生物增殖的控制因素；u微生物的增值速率与基质浓度无关，呈微生物的增值速率与基质浓度无关，呈零级反应，零级反应，仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只仅由微生物本身特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身生理机能的限制；受微生物自身生理机能的限制；u微生物以最高速率对有机物进行摄取，以微生物以最高速率对有机物进行摄取，以最高速率最高速率增殖增殖，合成新细胞；，合成新细胞；u活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很活性污泥具有高的能量水平，微生物的活动能力很强，污泥质地松散，
18、不易形成较好的絮凝体，强，污泥质地松散，不易形成较好的絮凝体，沉淀沉淀性能不佳；性能不佳；u活性污泥的活性污泥的代谢速率极高，代谢速率极高，需氧量大；需氧量大；u一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如一般不采用此阶段作为运行工况。（但也有，如高高负荷活性污泥法）负荷活性污泥法）7/21/202429环环 境境 工工 程程 学学减速增长期减速增长期减速增长期减速增长期uF/M值下降到一定水平后，值下降到一定水平后，有机物的浓度有机物的浓度成为微生物成为微生物增殖的控制因素；增殖的控制因素；u微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为微生物的增殖速率与残存的有机物呈正比，为一级反一级反应；应；u
19、有机底物的有机底物的降解速率也开始下降降解速率也开始下降；u微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为微生物的增殖速率在逐渐下降，直至最终下降为零零，但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；但活性污泥的量仍持续增长并最终达到最高；u絮凝体开始形成絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；能均较好；u出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；出水水质有较大改善，且整个系统运行稳定；u大多数污水厂曝气池的运行工况。大多数污水厂曝气池的运行工况。7/21/202430环环 境境 工工 程程 学学内源呼吸期内源呼吸期内源呼吸期内源呼吸期u内内源呼吸的速率在本
20、期之初首次源呼吸的速率在本期之初首次超过超过了合成速率，了合成速率，因此从整体上来说，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，活性污泥的量在减少，最终所最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；而这些物质多是难于降解的细胞壁等；u污泥的无机化程度较高，污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，沉降性能良好，但但凝聚性凝聚性较差较差；有机物基本消耗殆尽，；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；处理水质良好；u一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如如延时曝气法。延时曝气
21、法。7/21/202432环环 境境 工工 程程 学学活性污泥增殖规律的应用：活性污泥增殖规律的应用：1）活性污泥的增殖状况，主要是由）活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值值所控制；所控制；2）不不同同增增殖殖期期的的活活性性污污泥泥，性性能能不不同同，出出水水水水质质也也不同；不同；3）通通过过调调整整F/M值值，可可调调控控曝曝气气池池的的运运行行工工况况，以以达达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；4）推流式活性污泥法）推流式活性污泥法：一段线段；一段线段；完全混合式活性污泥法：完全混合式活性污泥法：一个点一个点7/21/202433环环 境境
22、 工工 程程 学学微微生生物物量量时间时间活性污泥的增殖曲线活性污泥的增殖曲线对数增殖对数增殖减速增殖减速增殖内源呼吸内源呼吸适应期适应期7/21/202434环环 境境 工工 程程 学学有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化( (内源呼吸内源呼吸) )两两项作用的综合结果，所以，微生物的项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：净增殖速率为：式中：式中：活性污泥中微生物的净增值速率（活性污泥中微生物的净增值速率（kgVSS/d）；）；活性污泥中微生物的
23、合成速率（活性污泥中微生物的合成速率（kgVSS/d）；）；其中其中：a降解降解1kgBOD所产生的所产生的VSS，即产率系数（即产率系数（kgVSS/kgBOD.d）；）；活性污泥中微生物的自身氧化速率（活性污泥中微生物的自身氧化速率（kgVSS/d）；）；其中：其中：b 活性污泥的自身氧化系数（活性污泥的自身氧化系数（kgVSS/kgVSS.d，一般为一般为d-1）；）；xv系统中活性污泥的总量（系统中活性污泥的总量（kgVSS）7/21/202435环环 境境 工工 程程 学学有机物降解与微生物增殖：有机物降解与微生物增殖：因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式因此，活性污泥微生物增殖的基
24、本方程式: : 积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日的净增长量为: : Si进水进水BOD浓度浓度(kgBOD/m3)；Se 出水浓度出水浓度(kgBOD/m3)。式中式中: x每日的污泥增长量每日的污泥增长量(kgVSS/d)；=QwXrQ每日处理废水量每日处理废水量(m3/d)；7/21/202436环环 境境 工工 程程 学学a a、b b经验值的获得：经验值的获得：经验值的获得：经验值的获得：(1)对于对于生活污水生活污水或相近的工业废水或相近的工业废水:a=0.50.65，b=0.050.1；(2)对于对于工业废水，工业废水，则
25、：则：合成纤维废水合成纤维废水0.380.10含酚废水含酚废水0.550.13制浆与造纸废水制浆与造纸废水0.760.016制药废水制药废水0.77酿造废水酿造废水0.93工业废水工业废水ab亚硫酸浆粕废水亚硫酸浆粕废水0.550.137/21/202437环环 境境 工工 程程 学学a a、b b经验值的获得：经验值的获得：（3）通过小试获得：）通过小试获得：可可改改写写为为 ：abQSr/VXv(kgBOD/kgVSS.d)x/VXv(1/d)7/21/202438环环 境境 工工 程程 学学有机物降解与需氧：有机物降解与需氧：有机物降解与需氧：有机物降解与需氧：氧氧在微生物代谢过程中的用
26、途：在微生物代谢过程中的用途：(1)氧化分解有机物；氧化分解有机物；(2)氧化分解自身的细胞物质。氧化分解自身的细胞物质。式中：式中：O2曝气池中混合液的需氧量，曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d;a代谢每代谢每kgBOD所需的氧量，所需的氧量，kgO2/kgBOD;b每每kgVSS每每天天进进行行自自身身氧氧化化所所需需的的氧氧量量，kgO2/kgVSS.d。7/21/202439环环 境境 工工 程程 学学有机物降解与需氧有机物降解与需氧有机物降解与需氧有机物降解与需氧: :上上式式可可改改写写为为：或或式中：式中：O2/VXv单位质量污泥的需氧量，单位质量污泥的需氧量，kgO2/kgV
27、SS.d; O2=O2/QSr去除每去除每kgBOD所需的氧量，所需的氧量，kgO2/kgBOD.d;7/21/202440环环 境境 工工 程程 学学a、b值的确定值的确定:v活性污泥法处理城市污水：活性污泥法处理城市污水： 运行方式运行方式 O2ab完全混合式完全混合式0.7 1.10.420.11生物吸附法生物吸附法0.7 1.1传统曝气法传统曝气法0.8 1.1延时曝气法延时曝气法1.4 1.80.530.1887/21/202441环环 境境 工工 程程 学学a、b值的确定值的确定:v活性污泥法处理工业污水：活性污泥法处理工业污水： 废水种类废水种类ab石油化工废水石油化工废水0.750.16合成纤维废水合成纤维废水0.550.142含酚废水含酚废水0.56制浆与造纸废水制浆与造纸废水0.380.092制药废水制药废水0.350.354酿造废水酿造废水0.93漂染废水漂染废水0.5 0.60.065炼油废水炼油废水0.550.12亚硫酸浆粕废水亚硫酸浆粕废水0.400.1857/21/202442环环 境境 工工 程程 学学a、b值的确定值的确定:(3)试验法试验法:abLsrBOD(kgBODr/kgVSS.d)O2/VXv(kgO2/kgVSS.d)7/21/202443
