1、活性污泥法,一、活性污泥法的基本原理 二、活性污泥法的运行方式 三、活性污泥法的反应动力学 四、浅谈活性污泥法常见的异常情况分析,第一节、活性污泥法的基本原理,一、活性污泥法的工艺流程,活性污泥反应器曝气池 核心二次沉淀池 固液分离污泥回流系统 补充微生物，接种曝气与空气扩散系统 充氧、搅拌,活性污泥系统的主要组成, 曝气池：反应的主体，有机物被降解，微生物得以增殖；二沉池：1）泥水分离，保证出水水质；2）浓缩污泥，保证污泥回流，维持曝气池内的污泥浓度。回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度；2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。 剩余污泥： 1）去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行
2、 供氧系统：为微生物提供溶解氧,生活污水或城市废水的处理流程,某污水处理厂的工艺流程图,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,正在运行的曝气池,曝气池中的曝气头的布置,活性污泥系统有效运行的基本条件：,废水中含有足够的可溶性易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧；活性污泥在池内呈悬浮状态；活性污泥连续回流，剩余污泥及时排放，维持曝气池内稳定的活性污泥浓度；进水中不含有对微生物有毒有害的物质,二、活性污泥的性质及性能指标,1、物理性质：“菌胶团”“生物絮凝体” 颜色：褐色、（土）黄色、铁红色 气味：泥土味（城市污水） 比重：略大于1 （1.00
3、21.006） 粒径：0.020.2 mm 比表面积：20100cm2/ml,二、活性污泥的性质及性能指标,2、生化性能： 活性污泥的含水率： 99.299.8% 其中固体物质的组成：1）活细胞（Ma）：2）微生物内源代谢的残留物（Me）：3）吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）： 4）无机物质（Mii）：,二、活性污泥的性质及性能指标,3、活性污泥中的微生物：A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、无色杆菌属等特征： 1）绝大多数是好氧和兼性异养型的原核细菌；2）在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3
4、）具有很高的增殖速率，其世代时间仅为2030分钟；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团”的功能。,B、原生动物-在活性污泥中大约为103个/ml,钟虫,小口钟虫,草履虫,盖纤虫,肾形虫,变形虫,C、后生动物,线虫,轮虫,原（后）生动物作为“指示性生物”,数量,4、活性污泥的性能指标：,（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS） （Mixed Liquor Suspended Solids）MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/L 或 g/m3（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids）ML
5、VSS = Ma + Me + Mi 单位： mg/L 或 g/m3,在条件一定时， MLVSS/MLSS 较稳定； 对于处理城市污水的活性污泥系统，一般为0.750.85,4、活性污泥的性能指标：,（3）污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）定义：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；功能：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；正常范围： 2030%,SV的测定,0min,15min,30min,SV = 40%,4、活性污泥的性能指标：,（4）污泥体积指数（SVI） （Sludge
6、Volume Index） 定义：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污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，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，将要或已经发生膨胀； 正常范围： 50150 ml/g（处理城市污水时）,三、活性污泥法的基本工艺参数,（1） BOD污泥负荷（Ns）指单位时间内，单位重量的活性污泥所能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量，kg（BOD）/kg（MLSS）d。污泥负荷也可称为食物与微生物比值，即F/M，工程上用BOD-污泥负荷（Ns）。Ns过高会引起污泥膨胀？，一般Ns取值在0
7、.3d-10.6d-1之间。,F 指BOD 、COD（有机物或营养物）Sa进水BOD，mg/L M 污泥，一般以MLVSS表示 Se出水BOD，mg/L Q污水流量，m3/d X MLSS，mg/L V曝气池容积，m3 Sr去除BOD，mg/L NsBOD-污泥负荷 NrsBOD-污泥去除负荷,区别,（2）BOD容积负荷率（Nv）指单位曝气池容积，在单位时间内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物量（BOD），kg（BOD）/m3d。,则,(3) 曝气池的水力停留时间（HRT、Hydraulic Retention Time）,(4) 曝气池的污泥停留时间（SRT，Sludge Reten
8、tion Time、c）,（h）,（d）,(mg/l),作为剩余活性污泥排放的污泥量,剩余污泥浓度,排放污水中的悬浮固体浓度,污泥负荷过低时，可因两种情况引起SVI升高：其一是营养物不足时，比表面积大的丝状菌生长快、占主要优势，造成SVI升高；其二是形成菌胶团的细胞外多糖基质被细菌作为营养消耗，絮粒小，SVI升高。污泥负荷过高时，微生物营养非常丰富，游离菌生长有利，菌胶团细菌趋于解絮成单体游离菌，以增加比表面，也会使SVI升高。避免BOD污泥负荷介于0.5-1.5kg/(kgMLSSd),污泥容积系数（SVI）与污泥负荷的相关关系,四、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
9、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。活性污泥的增殖曲线,活性污泥的增殖曲线,注意：1）间歇静态培养；2）底物是一次投加,对数增殖期,减速增殖期,内源呼吸期,氧利用速率曲线,微生物增殖曲线(M),BOD变化曲线(F),适应期,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(内源呼吸)两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：,活性污泥中微生物的合成速率；,其中：a 降解1kgBOD所产生的MLVSS，即产率系数；,活性污泥中微生物的自身氧化速率；,其中：b 活性污泥的自身氧化系数（一般为d-1）；,xv 系统中活性污泥的总量
10、,因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:,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:,Si进水BOD浓度(kgBOD/m3)；Se 出水浓度(kgBOD/m3)。,a、b经验值的获得：,(1) 对于生活污水或相近的工业废水:a = 0.50.65，b = 0.050.1；(2) 对于工业废水，则：,a、b经验值的获得：,（3）通过实验获得：,可改写为：,有机物降解与需氧：,氧在微生物代谢过程中的用途：(1)氧化分解有机物；(2)氧化分解自身的细胞物质。,式中：O2曝气池中混合液的需氧量，kgO2/d;a代谢每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d;b每kgVSS每天进行自
11、身氧化所需的氧量， kgO2/kgVSS.d 。,有机物降解与需氧:,上式可改写为：,或,式中：O2/VXv单位质量污泥的需氧量，kgO2/kgVSS.d;O2=O2/QSr去除每kgBOD所需的氧量， kgO2/kgBOD.d;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：,a、b值的确定:,活性污泥法处理工业污水：,a、b值的确定:,(3)试验法:,第二节 活性污泥法的运行方式,1)普通活性污泥法； 2)阶段曝气活性污泥法； 3)吸附再生活性污泥法； 4)延时曝气活性污泥法； 5)完全混合活性污泥法,
12、普通活性污泥法工艺的污泥负荷约为0.2-0.4kg BOD / kg MLVSS d,混合液悬浮固体浓度 1500-3000 mg/L, 活性污泥回流比为10 % -30%，去除每公斤BOD需空气44m3-62m3。优点：处理水质好，BOD去除率高。缺点：有机负荷不高；前段供氧不足，后段供氧过剩，氧利用率低；抗负荷变化能力差。,普通活性污泥法的水流为推流式，池内均匀曝气。活性污泥经历了吸附与代谢两个完整阶段。,清水,二沉池,剩余污泥,曝气池,初沉池,回流污泥,均匀供气,有机负荷逐渐降低 需氧量渐减,供氧量恒定,1. 普通活性污泥法,微孔曝气头,传统活性污泥法,2. 阶段曝气法（分段进水法）,对
13、普通法的一种改进，缩小了供氧与需氧的不平衡。废水沿池长多点进料，池中有机物负荷分布较均匀，避免了普通法时前段缺氧后段氧过剩的弊病，并且可以调节各个进料口的水量，有较大的灵活性。提高了曝气池的抗冲击负荷能力。此法的曝气池容积较之普通法可减小30%左右。分散进水点数一般为3-4处，增加点数，污泥浓度并不按比例增加。,3. 吸附-再生活性污泥法,吸附-再生活性污泥法是根据废水净化机理、污泥对有机污染物的初期高速吸附作用，对普通法改进而成，吸附与代谢分别在不同的反应器内进行，又称接触稳定法。,二沉池,剩余污泥,吸附曝气池,再生曝气池,进水,出水,数十分钟充分接触、吸附,吸附的有机物进一步氧化分解、恢复
14、活性,为了更好的吸附污染物，回流污泥量比普通法多，一般为50%-100%。,分建式吸附再生活性污泥法工艺流程图,活性污泥的初期吸附作用,曝气过程,降解,初期吸附,BOD,3. 吸附-再生活性污泥法,4. 延时曝气活性污泥法（完全氧化活性污泥法）,延时曝气活性污泥法为长时间曝气的活性污泥法，一般曝气反应时间在24h以上。低负荷，去除率高、污泥量少，处理效果稳定。流态多为完全混合式。缺点是占地面积大、曝气量大。,特点：1）曝气时间t长（24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容大 ；2）Ns非常小，只有0.050.10 kgBOD/kgMLSSd；3）出水水质好，对原污水有较强的适
15、应能力，无需设初沉池，适合于小城镇污水和工业废水处理（Q1000m3/d）。污泥不需进行厌氧消化处理；4）基建费和运行费较高。,二沉池,剩余污泥,出水,初沉池,进水,初沉污泥,缺点：出水水质比普通法差，回流比调节不方便，操作性能不好。,分建式完全混合曝气池,优点：对污水负荷变化适应性强，适于处理较高浓度废水。克服了普通法供氧需求不均的缺点。,5.分建式完全混合活性污泥法,5合建式完全混合活性污泥法,也叫合建式完全混合曝气沉淀池，简称曝气沉淀池，曝气反应与沉淀固液分离在同一个处理构筑物内完成。,沉淀区的表面水力负荷宜取于0.51.0m3/（m2d）,工艺特点：（1）这种工艺对冲击负荷有较强的适应
16、能力，适用于处理高浓度工业废水；（2）曝气池内各处有机物浓度均匀一致。可通过对F/M值的调整，控制出水水质等指标。负荷率高于推流式曝气池；（3）曝气池内混和液需氧平衡，动力消耗低于推流式曝气池。 存在问题：微生物对有机物的降解动力低下?，活性污泥易产生膨胀现象。一般处理水质低于推流式曝气池。,完全混合活性污泥法,第三节、活性污泥法的反应动力学,什么是活性污泥法反应动力学？可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、氧气的消耗等与各项设计参数、运行参数及环境因素之间的关系；,1概 述,2莫诺方程,微生物的比增殖速度，t-1 S有机底物浓度 max微生物最大比增殖速度，t-1 有机底物的比降
17、解速度， t-1 Ks饱和常数，为当 = max 时的底物浓度 max有机底物的最大比降解速度， t-1,有机底物降解速度,2莫诺方程,（1）莫诺基本方程,推论：在高浓度有机物的条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物浓度无关，呈零级反应关系，S-S区段。在高浓度有机物的条件下，有机底物的降解速度与污泥浓度（生物量）有关，并呈一级反应关系。, 当混合液中SKS，则KS可忽略不计高底物浓度条件下,2莫诺方程,（2）莫诺方程的推论,Monod方程式是描述有机底物比降解速度（或微生物比增殖速度）与有机底物浓度之间的函数关系。在两种极限条件下，进行推论：,推论：在低底物浓度的条件下，有机底物
18、降解与有机底物浓度遵循一级反应。0-S区段，其斜率即为K2。, 当混合液中SKS，则S可忽略不计低底物浓度条件下,（2）莫诺方程的推论,（3）Monod公式的应用,在稳定条件下，对曝气池中的有机底物进行物料平衡：,+,进入曝气池 流出曝气池 在曝气池降解的,(1+R)Q X, Se,Q - Qw Xe, Se,Q S0 X0=0,RQ, Xr, Se,物料衡算范围,完全混合连续流系统物料衡算图,Qw，Xr,剩余污泥,城市污水属低浓度污水，在完全混合曝气池内活性污泥处于减速增长期， SSeS，且为定值，属一级反应：,此式成立,结合Monod方程，可得,而,可得,莫诺方程：,以上式中的K2、max
19、及Ks等各值，对一定的污水来说，为一常数值，一般通过对实际运行污水处理厂的运行数据或试验数据进行分析可推导出。,（4）K2、Vmax、KS的确定, 常数K2的确定,0,S,e,(mg/L),S0-Se,Xt,(kgBOD/kgMLSSd),1组,2组,3组,4组,5组,K,2,图4-14 图解法确定,K,2,值, Vmax、KS的确定,=,+,为纵坐标 斜率 为横坐标 截距,上式取倒数 ，得,1,X,t,v,max,S,0,-S,e,=,K,s,1,1,(,),),(,v,max,S,e,v,max,+,X,t,S,0,-S,e,K,s,v,max,S,e,1,K,s,1,确定常数值vmax、
20、,K,s,的图解法, Vmax、KS的确定,（1）概述,3. 劳伦斯麦卡蒂方程式, “污泥龄”的新概念：单位重量的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间，“生物固体平均停留时间”，以c表示 单位微生物量的底物利用率为一常数，以q表示,异养微生物群体（活性污泥）污水中混合有机物证实有机物降解速率也符合Monod公式,Xa单位微生物量；微生物对有机底物的降解速度。,以c、q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。,3. 劳伦斯麦卡蒂方程式, 劳麦第一基本方程式,是在表示微生物净增殖速度与有机底物被微生物利用速度之间关系的式（4-20）的基础上建立的。,Y微生物产率系数，mg微生物量/mg被
21、微生物利用（降解）的有机底物；Kd 衰减系数，微生物的自身氧化率，d-1； q单位有机底物利用率。,劳-麦第一基本方程式表示的是：生物固体平均停留时间与微生物产率系数、单位底物利用率以及微生物的衰减系数之间的关系。,在莫诺方程的基础上，且在概念上q。 经归纳整理，劳-麦第二基本方程式：,劳-麦第二基本方程表示的是：有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度 Xa及有机底物浓度S之间的关系。, 劳麦第二基本方程式,K1单位微生物量的最高底物利用速度，即max； Xa 曝气池内微生物浓度，即活性污泥浓度，mg/L。,（2）劳麦方程式的推论与应用,Y微生物产率系数：mg微生物量/mg有机物量
22、, 处理水有机底物浓度Se与生物固体平均停留时间c的关系, 反应器内活性污泥浓度Xa与c的计算,t污水在反应器内的反应时间，d, 污泥回流比R与c值之间的关系,Xr从二沉池回流的污泥浓度，剩余污泥浓度也同此值,（4-11）, 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,对完全混合曝气池，可推出：,或,活性污泥法运行中的异常情况,一、污泥膨胀 二、污泥解体 三、污泥反硝化 四、污泥腐化 五、泡沫问题,污泥膨胀,现象：沉淀池上部有较浅的一层清液，可观察到明显的污泥絮体，但污泥的SV高，出水清澈，出水
23、水质良好。随着污泥的进一步膨胀，可能导致二沉池出水中携带大量污泥，曝气池内污泥浓度急剧降低，系统的处理功能逐步丧失。原因：丝状菌和非丝状菌膨胀导致解决办法：针对导致膨胀的原因采用相应的措施进行控制,丝状污泥膨胀原因,(1)溶解氧浓度 曝气池内溶解氧在0.72.0mgL范围内，虽然都可能出现丝状微生物，但在低溶解氧条件下却能生长良好，甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶解氧最低应保持在2mg/L左右。,(2)冲击负荷 如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，使絮体内部溶解氧消耗提高，在菌胶团内部产生了适宜丝状体生长的低溶解氧条件，从而促使丝状微生物的分枝超出絮体，
24、伸入溶液。,(3)进水化学条件的变化：首先是营养条件变化，一般细菌在营养为BOD5：N：P100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，CN升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。其二是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀,解决污泥膨胀的方法,及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。,当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧在2mgL以上；加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新污泥置换老污泥：曝气池中合碳高而倔碳氮比失调时，投加含氮化合物；加氯可以起凝聚和杀菌双重作用，在回流污
25、泥中投加漂白粉或液氯可抑制丝状菌生长(加氯量按干污泥的0.30.4%估计)，调整pH值。,污泥解体,现象: 出水浑浊、污泥絮体微细，处理效果变差原因： 曝气过量：搅动剧烈、氧化分解快，能量高进水含有毒物：导致微生物死亡，细胞解体解决办法：控制曝气；控制进水有毒物浓度,污泥反硝化,现象：二沉池污泥呈块状上浮 原因：曝气过度、污泥搅拌剧烈，气泡附在污泥上，可能引起污泥上浮系统运行泥龄长、产生硝化作用，二沉池中出现反硝化现象，N2气泡与污泥粘附而使污泥上浮 解决办法：控制曝气；加大污泥回流量，控制泥龄,污泥腐化,现象：二沉池中污泥腐败、变黑、发出恶臭(H2S)；污泥上浮 原因：污泥厌氧发酵停留时间过长 解决办法：加大污泥回流量，及时排泥,泡沫问题,由于废水中可能含有洗涤剂或其它表面活性剂，因而在曝气池曝气过程中往往产生大量泡沫；若采用表面曝气，则过多的泡沫会影响氧的传递。解决办法: 提高MLSS；配高压水喷头；投加煤油、机油等除沫剂(0.51.5mg/l),谢谢,
