【分享】活性污泥法基本知识

二． 活性污泥形态和活性污泥微生物
（一） 形态：
1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状
2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm ②具有很大的表面积。③含水率>99%,C<1%固体物质。④比重1.002－1.006，比水略大，可以泥水分离。
3.组成：
有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体Ma
{微生物内源代谢，自身氧化残留物Me
{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi
无机物：全部有原污水挟入Mii
（二） 活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用
1． 细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性20-30分钟；
2． 真菌：丝状菌→污泥膨胀。
3． 原生动物
鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。
作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。
活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现，其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带柄固着纤毛虫。
☆ 原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。
4． 后生动物：（主要指轮虫）
在活性污泥处理系统中很少出现。
作用：吞食原生动物，使水进一步净化。
存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标志。
（三） 活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长
四个阶段：
1． 适应期（延迟期，调整期）
特点：细菌总量不变，但有质的变化
2． 对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期）
细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。
3． 减速增殖期（稳定期或平衡期）
细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。
4． 内源呼吸期：（衰亡期）
细菌总数不断减小，增殖速率小于衷亡速率，微生物的增殖要受到有机物含量的控制。
（四） 活性污泥絮凝体形成
菌胶团：P99 细菌集团 MLSS
原理：活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关
☆ 能含量：曝气池内的有机物量与微生物量的比值，用F/M表示。
有机物F小，F/M小，能含量低，处于内源呼吸期，有利于絮凝体形成。
F大，F/M大，1/2mv2大，引力小不易结合。
F小，F/M小，V↓，易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。
Ma+Me+Mi+Mii

三． 活性污泥净化反应过程
１、 初期吸附去除阶段
5-10分钟有机物高速去除
定义：P100，吸附去除的原因→有巨大表面积，吸附力强，外部覆盖着多糖类的粘质层。
吸附去除结果：有机物从污水中转移到活性污泥上去
2． 微生物代谢
酶：透膜酶
大分子（水解酶）→小分子（透膜酶）→细菌体内→微生物代谢
↗（分解代谢）→无机物+Q ↗残存物质（20%）
有机物+O2（异养菌）→（合成代谢）→新细胞（内源代谢）→无机物质+Q（80%）

4.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数
一． 影响因素
1． 营养物质平衡： C N P
碳源 N源 无机盐类
C→BOD5≥100m3/L 城市污水满足对某些工业废水，C低，补充碳源
N：生活污水满足
对某些废水，N不足。（尿素，（NH4）2SO4
Na3PO4-K3PO4 C:N:P=100:5:1
2． DO：{过低：微生物生理活动不能正常进行，处理效果差
{过高：①有机物降解过快，微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济浪费
曝气池出口处 DO 2mg/L(局部区域进水口处较低，不宜低于1mg/L)
3． PH 6.5—8.5 偏碱
PH> 8.5 粘性物质破坏→活性污泥结构破坏
PH<6.5:分子结构有变化
4.水温:{低温细菌
{中温细菌 一般化10℃--45℃ 污水中草药 15℃--35℃
{高温细菌 ↘对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外要有保温措施.
5.有毒物质 → 对微生物抑制和毒害作用
重金属离子 CN- 酚
S2-

二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数
目标:{①使水质,水量得到控制
{②使活性污泥量保持相对稳定
{③控制混合液中DO浓度,满足要求
{④使活性污泥有机物和DO充分接触
控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数
1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标 混合液 → 污泥浓度
⑴混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度) 英文:Mixed liquid suspended solids (mlss)
定义:P106
MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii (Me+Mi)→非活性 Mii→无机
⑵混合液挥发性悬浮固体浓度
SS {MLVSS 有
{MLSS 无
一般用f表示=MLVSS/MLSS 城市污水落石出 0.7---0.8
２、 活性污泥的沉降性能及评定指标
⑴污泥沉降比 P107
SV=(混合液30min静沉的沉降污泥体积ml)/(原混合液体积l)
意义:SV小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好.
城市污水: 15%---30%
⑵污泥溶积指数: (SVI) (sludgs Volume Index)
SVI=(混合液30min静沉形成的活性污泥溶积ml)/（混合液中悬浮固体干重g）
=（（混合静沉30min的污泥体积）/（混合液体积））/（（混合液悬浮固体干重）/混合液体积））
=SV/MLSS
意义：SVI过低，无机颗粒多，污泥缺乏活性。
SVI过高，污泥沉降性能不好，易发生膨胀。
SVI：70-100 SVI=100 SVI=120
工程意义：{①SVI与OBD污泥负荷关系
{②SVI－ MLSS图
3．污泥龄（sludge age）
指曝气池内活性污泥平均停留时间，以称生物固体平均停留时间。
在曝气池内，有机物降解过程中，微生物保持系统平衡，必须排除相当于每日增长的污泥量。
所以，排除污泥量=每日增长的污泥量
△ X= { 随上清液排放的污泥土 （Q-Qw）Xe
{从二沉池底部排出的污泥 QwXr
△ X=(Q-Qw)Xe+Qw-Xr
污泥量定义：曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比
Qc=XV/△X=XV/((Q-Qw)Xe+QwXV)
X:代表微生物量 X Xr Xe Xv
S:代表有机物量 Sa Se So
回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度
（Xr）max=106/SVI

4.BOD—污泥负荷和BOD—容积负荷
F/M=NS=（QSa）/(XV) (kgBOD)/(kg mlss d)
定义： V=(QSa)/(XNs) Q—日平均流量 m3/s
Sa 进入曝气池的原污水有机污染物（BOD）浓度
Sa=（1-η）S0（经除尘之后）
Sa=S0 直接进入
在工程上：BOD容积负荷
Nv=(Q Sa)/v (kg BOD)/(m2曝气池d)
Nv=NsX
Ns 选取 {过高，有机物降解和微生物繁殖速度都很大
{过低，有机物降解和微生物繁殖速度慢，容积大，增加了基建投资
Ns {高负荷：1.5-2.5 kgBOD5/kgMlss d
｛中负荷（一般）：0.5-0.2
{低负荷：≤0.1
SVI 0.5-1.5 避免易发生污泥膨胀
城市污水：Ns：0.5-0.3
５．有机物的降解和活性污泥增长
｛合成代谢---新细胞　　↘
　　　　　　　　　　　　差值---净增值----排放
｛内源代谢---减少新细胞↗
△X=aSr-bx b---自身氧化率　　a---合成产率 Sr=Sa-Se
(dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt)e
(dx/dt)s=Y(ds/dt)u Y—合成产率系数
(dx/dt)e=kdsv
(dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv----微生物增值速度基本方程式
(ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(Sa-Se)/(V/Q)=Q(Sa-Se)/V
△ X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv 同乘v
△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv →用来计算排放的剩余污泥量
Y Kd 的确定 （上式同除以VXv）
△ X/VXv=YQ(Sa-Se)/VXv-Kd
BOD污泥去除负荷
Xv/△X=Qc ∴1/Qc=Ynys-Kd
Nys与Qc成反比关系
用图解法确定Y Kd 图
经验数据 生活污水: Y 0.4—0.65
Kd 0.05—0.1
城市污水; Y 0.4—0.5
Kd 0.07
工业废水，Y Kd 按实测数据由图解法组成
6．有机物的降解与需氧量
需氧过程 {有机物降雨量降解的需氧量
{微生物内源代谢自身氧化需气量
Ov=a’Q(Sa-Se)+b’VXv 用来计算曝气池内实际需氧量
a′:有机物降解需氧量 b′:需氧率 图解确定
O2/VXv=a′Q(Sa-Se)/VXv+b′=a′Nrs+b′
同除以Q(Sa-Se)
O2/QSr=a′+b′/Nrs
结论：降解单位有机物需氧量小，BOD去除率高。
a′b′确定 O2/VXv=a′+b′/Nrs
a′ 0.42---0.53 b′ 0.188---0.11

活性污泥反应动力学基础
一． 概述
研究目的 {①研究反应速度和环境因素间的关系
　　　　　｛②对反应的机理进行研究，使反应进行控制
反应动力学方程式 {米门方程式 1913　研究酶促反应速度
{莫诺方程式　1942
　　　　　　　　　｛劳—麦方程式 1970
二． 莫诺方程式
１． 基本方程式形式
　提出人：莫诺 时间:　１９４２ 　试验条件：纯种生物在单一底物的培养基中
试验内容：研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系
结果与米门方程式相同
μ=μmaxS/(Ks+S) μ---比增值速度（单位生物量的增殖速度）
Ｓ―有机底物的浓度
Ｋs－饱和常数 当μ=1/2μmax时，有机底物的浓度
有机物比降解速度与底物浓度关系
V=VmaxS/(Ks+S) (1)
V=-(ds+dt)/x v=f(s)
-ds/dt=vmaxXS/(Ks+S) (2)
２． 推论
（１）对于高底物浓度条件下 S>>Ks
V=Vmax=k1
-ds/dt=vmaxx=k1x
结论：①在高底物浓度下，有机底物以最大速度进行降解，与有机底物浓度无关，其降解速度只与污泥浓度有关。
②低底物浓度，S<V=VmaxS/Ks=k2S (3)
-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX (4)
结论：在低底物浓度下，有机底物降解速度与有机底物浓度有关，且成一级反应（有机物多，无机物少）
由（４）得　　　－∫s0sds/dt=∫0tk2xsdt
S=S0e-k2xt
３． 莫诺方程式在曝气池中的应用
　Ｑ（Ｓa-Se）/v=-ds/dt
Q(Sa-Se)/v=Nrv ∴ds/dt=Nrv
(1) 用来计算 Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/t
k2Xse=Q(Sa-Se)/v
(2)计算Ｎrs k2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs
(3)计算有机物降解率 η=(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt)
４． 有关k2的确定（图解法）
Q(Sa-Se)/xv作纵轴 Se-X　斜率k2
经验数据 0.0168---0.0281

三． 劳—麦方程式
　１．概念：　（１）把污泥龄改名为生物固体平均停留时间
（２）提出单位底物利用率概念
２．基本方程式
（１）劳---麦第一方程式　　　１/Qc=Yq-Kd
（２）劳 －麦第二方程式　　v=q
　　　　　　　v=KS/(Ks+S) →(ds/dt)u/xa=KS/(Ks+S)
３．劳-麦方程式的推论及应用
① Se—Qc关系
② Xa—Qc Xa=YQQc(Sa-Se)/t(1+KdQc)
③ R---Qc
④ V与q的关系 (ds/dt)u/Xa=k2Se →Q(Sa-Se)/XaV=k2Se →v=Q(Sa-Se)/k2XaSe
曝气池容积的计算方法
{①Ns V=Q(Sa-Se)/NsX
{②Nrs V=Q(Sa-Se)/NrsXv
{③劳麦 {v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc)
{v=Q(Sa-Se)/k2SeXa
⑤ 两种产率 △X=YQ（Sa-Se）-KdVXv
合成产率 微生物的净增值量
Yobs=Y/(1+KdQc)
△ X计算 {△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv
{△X=YobsQ(Sa-Se)

曝气池的理论基础
作用：充氧搅拌
方法：鼓风曝气：从鼓风机中房或空气压缩机房送来的空气，经过设置在曝气池底的空气扩散装置，溶解于水中。
机械曝气：利用安装在池表面的机械曝气装置，将空气溶于水中。
一． 氧转移原理－传质理论
（一） 菲克定律－扩散转移
　　　　　　　　Ｖd=-Dldc/dx dc/dx—浓度梯度
Vd=(dm/dt)/A=-Dldc/dx
(二)双膜理论
处理废水量21600m3/d,经过沉淀后的ＢＯＤ５为250mg/l,希望处理后的出水ＢＯＤ５为２０mg/l, 温度为２０℃，曝气池悬浮固体浓度为4000mg/l,设计的Ｑc为１０天。
要求：采用劳-麦方程式计算Ｖ；计算排放的剩余污泥量
　　　计算实际所需的空气量。
1. 定义： 双膜－气膜 液膜
2. 基本点
（1） 通过两层膜，两层膜为层流状态，气液两相主体为紊流状态
（2） 传质阻力仅存在于两层膜中
（3） 在气膜中存在氧分压梯度，在液膜中存在氧浓度梯度
（4） 传质阻力又主要集中在液膜上（O2难溶于水）
3. 表达式：
4. Kla的确定（Kla-氧总转移系数）
（1） 脱氧清水测定法
充氧介质：清水
条件：脱氧DO－0
水温：20℃
大气压：1个气压
步骤：（1）脱氧剂（Na2so3 N2）DO=0
（2）对清水充氧 c1t达饱和→DS
（3）C关系作图
横轴C 纵轴
（2）曝气池（了解）
二、氧转移的影响因素
1.污水水质 Kla Cs
(1)Kla的影响 Kla′= & Kla (&﹤1 )
(2) 对CS的影响 CS′＝ CS（ ﹤1）
城市污水
水质越差，取值越小
2.水温Kla 、 Cs－转移速率增大
（1） 对Kla的影响
（2）对CS影响 CS 查附录1－P607
３、氧分压 C: 2㎎/L
（1） 鼓风曝气
（２）机械曝气
P＝1 C＝㎎/L 为定值
４、 其他影响因素
气泡大小 紊流程度与气液接触时间 人为因素

三、氧转移速率与供气量计算
1. 标准条件下的氧转移量（1）机械曝气
（2）鼓风曝气 只将CSb→即可
2. 实际条件下的氧转移量
（1） 鼓风曝气
（２）机械曝气

３.供气量的计算
根据GS确定鼓风机型号及台数
（2）机械曝气 QOS＝R
根据QOS可确定叶轮直径与功率
4.5 曝气系统与空气扩散装置
技术性能的主要指标
（1）动力效率EP ㎏O2/Kwh
每消耗1 Kwh的电能，转移到混合液中O2的量
（2）氧利用率EA＝
（3）氧转移效率（充氧能力）EL ㎏O2/h
（1）（2）鼓风 （1）（3）机械
一、鼓风曝气系统与空气扩散装置（Or曝气装置 曝气皿）
（一） 鼓风曝气系统
1.组成 空压机（Or鼓风机） GS
一系列连通管道
空气扩散装置
2.鼓风曝气过程
（二）空气扩散装置
1. 微气泡空气扩散装置（多孔性空气扩散装置）
多孔性材料
优点：EA较高
缺点：易堵塞
（1） 扩散板
EA＝7％－14％ EP＝1.8－2.5㎏O2/kwh
安装：在池底一侧或两侧
（2） 扩散管
EA＝10％－13％ EP＝2㎏O2/kwh
8－12根扩散管组成管组
（3） 固定平板式微孔空气扩散皿
EA＝20％－25％ EP＝4－6㎏O2/kwh
服务面积0.3－0.75㎡/个 布满池底
（4） 固定钟罩型
设计参数同（3）平板式
（5） 膜片式微孔扩散皿 合成橡胶
EA＝27％－38％ EP＝3.4㎏O2/kwh
服务面积1－3㎡/个 不易堵塞（与其它相对而言）
（1）（2）（5）尤其是（5）最常用
（6）摇臂式微孔扩散器 服务面积2㎡/个
EA＝18％－30％ EP＝4.4－5.5％㎏O2/kwh
2. 中气泡空气扩散器
（1） 穿孔管 塑料或钢管
直径25－50㎜
孔与孔之间距离 50－100㎜
EA＝4－6％ EP＝1 ㎏O2/kwh
（2）网状膜扩散器
EA＝12－15％ EP＝2.7－3.7 ㎏O2/kwh
服务面积0.5 ㎡/个
3.水力剪切式空气扩散装置
特点：利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用
在气泡吹出装置前，将大气泡剪切成小气泡，从而EA′↑
倒盆式
固定螺旋 了解
金山型
4.水力冲击式空气扩散装置
（1） 密集多喷嘴
（2） 射流式空气扩散皿（射流曝气皿）
原理P157第一段
５、水下空气扩散器（了解）
〖总结〗
扩散装置安装在池底一侧，两侧Or布满池底
属于水下鼓气

二、机械曝气装置
机械曝气特点：利用安装在曝气池表面的机械曝气装置在电机的驱动下转动，从而将空气中氧转移到水中它属于表面曝气。
它属于表面曝气
（一） 机械曝气原理（通过3种作用实现）
1. 表面充氧
2. 整池充氧
3. 吸入部分空气
（二） 机械曝气装置
按传动轴的安装方向 竖轴（纵轴 ）
卧轴（横轴）
1. 竖轴机械愚昧落后敢装置
传动轴与水面垂直，装有叶轮，叶轮上装有叶片
又称竖轴叶轮曝气机（表曝机）
（1）泵型叶轮表曝机 最佳线速度 4.5～5m/s
叶轮淹没深度≤4㎝
目前国内已有系列产品，应用最广泛
（2）K型 最佳线速度4㎝ 0～1㎝←叶轮淹没深度
规定 叶轮直径与曝气池直径之比为
（３）倒伞型
（４）平板型
2.卧轴式表曝机
传动轴与水面平行 由传动轴和叶片组成
应用→转刷曝气器（曝气转刷）
主要用于氧化沟