二、活性污泥法的基本原理与概念

第三章废水好氧生物处理工艺(1)——活性污泥法活性污泥：第一节活性污泥法的基本原理向生活污水中注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色絮状体，这种絮状体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀和水分离，并使污水得到净化、澄清。污水曝气后产生的这种絮状体污泥具有去除水中有机物的活性，因此称为“活性污泥”。在显微镜下观察这些褐色絮状污泥，可见到大量的细菌、真菌、原生动物及后生动物。活性污泥法：通过人工强化措施，使反应器中保持一定溶解氧及悬浮微生物浓度，利用好氧微生物的代谢作用，去除水中有机污染物的一种生物方法。3.13.2第三节好氧活性污泥法工艺二沉池3.13.2供氧系统①曝气池1）反应的主体，有机物被去除，同时伴随活性污泥微生物的增殖。2）基本设计参数：（城市污水）悬浮固体量（X）：2000--3000mg/L;溶解氧（DO）：1--2mg/LBOD-污泥负荷率：0.3—0.5kgBOD5/kgMLSS·d②二次沉淀池：1）活性污泥和水分离，保证净化水的出水水质；2）得到浓缩污泥，一部分保证污泥回流；另一部分作为剩余污泥排出系统。④剩余污泥排走系统：1）维持活性污泥系统的正常运行，必须定期排泥;2）为了使曝气池内经常保持高度活性的活性污泥。3）去除有机物的重要途径之一。③污泥回流系统：1）维持曝气池内的污泥浓度，活性污泥需要回流；2）回流比的改变，可调整曝气池的运行工况。基本运行参数：（城市污水）回流污泥浓度（Xr）：8000--12000mg/L⑤供氧系统：1）为好氧微生物提供代谢所需的溶解氧2）使得活性污泥处于悬浮状态废水好氧活性污泥法中异养微生物的代谢途径内源呼吸产物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)废水中的可降解有机物新细胞物质（C5H7NO2）代谢产物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)(1/3)分解代谢(2/3)合成代谢+异养微生物O2＋能量净增细胞物质内源呼吸～80%～20%内源呼吸残留物O2无机代谢产物,随出水排出少量能量剩余污泥摄取即废水生物处理中的活性污泥的增长部分，称为剩余污泥。活性污泥系统有效运行的基本条件是：废水中含有足够的溶解和胶体的易降解有机物；混合液含有足够的溶解氧——曝气；池内呈悬浮状态的活性污泥；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（微生物）浓度；进水中不含有对微生物有毒有害的物质活性污泥降解废水中有机物的过程活性污泥降解有机物分为两个阶段：吸附稳定理论1.吸附阶段：废水中有机物转移到活性污泥上活性污泥具有巨大的比表面积；表面上含有多糖类粘性物质。吸附阶段较短：10～30min左右2.稳定阶段：微生物对吸附其上的有机物进行氧化分解利用有机物合成细胞自身物质，进行细胞的更新、繁殖。稳定阶段持续时间较长，需数小时。活性污泥的初期吸附作用曝气过程降解初期吸附BOD5对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论：废水中的有机物残留在废水中的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物微生物能利用的有机物微生物能利用而尚未利用的有机物微生物不能利用的有机物微生物已利用的有机物（氧化和合成）（吸附量）增殖的微生物体氧化产物不同形式的有机物被微生物降解的历程有机物的形态：结构简单、可溶性小分子物质，直接进入细胞内；结构复杂、胶体状或颗粒状的大分子物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。有机物的化学结构：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同：如：糖类…脂类…蛋白质…TCA循环二、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”细菌之间按一定的排列方式互相粘集在一起，被一个公共荚膜包围形成一定形状的细菌集团。颜色：褐色、（土）黄色、铁红色气味：土腥味（城市污水）粒径：0.020.2mm比表面积：20100cm2/ml状态似矾花絮绒颗粒相对密度曝气池混合液：1.002～1.003回流污泥：1.004～1.006二、活性污泥的性质及性能指标2、活性污泥微生物：组成：好氧菌、真菌、原生动物以及后生动物A．好氧菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分曝气池混合液细菌总数1×108个/mL。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）具有很高的增殖速率，其世代时间仅为2030分钟；4）动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团”的功能。真菌在活性污泥中不占优势B、原生动物----在活性污泥中大约为5×103～2×104个/ml0.1mm钟虫小口钟虫草履虫盖纤虫肾形虫变形虫肉足虫鞭毛虫纤毛虫纤毛虫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。C、后生动物线虫轮虫原（后）生动物作为“指示性生物”数量二、活性污泥的性质及性能指标3、活性污泥生化性能:活性污泥的含水率：99.299.8%固体物质的组成：0.2~0.8%1）微生物群体（Ma）2）微生物内源代谢的残留物（Me）3）吸附的难于生物降解的有机物（Mi）4）无机物质（Mii）有机物75~85%固体物质的组成废水好氧生物处理中异养微生物的代谢途径内源呼吸产物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)污水中的可降解有机物新细胞物质（C5H7NO2）代谢产物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)(1/3)分解代谢(2/3)合成代谢+异养微生物O2＋能量净增细胞物质内源呼吸～80%～20%内源呼吸残留物O2无机代谢产物，随水排出少量能量剩余污泥多糖、脂蛋白组成的细胞壁组分和壁外的粘液层摄取即废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分，称为剩余污泥。4、活性污泥的性能指标：（1）混合液悬浮固体浓度（MLSS）（污泥浓度）（MixedLiquorSuspendedSolids）混合液污泥浓度，曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii单位：mg/L或g/L普通活性污泥法，曝气池内悬浮固体浓度常控制在2～3g/L。（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度MLVSS=Ma+Me+Mi单位：mg/L或g/m3二、活性污泥的性质及性能指标MLVSSMLSSMLVSS表示活性污泥中有机固体物质的浓度，更能反映活性污泥的活性。城市污水的活性污泥系统，一般为0.75～0.85MLVSS/MLSS4、活性污泥的性能指标：活性污泥的沉降性能及其评定指标（3）污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）定义：取一定量曝气池中悬浮状态的混合液，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：相对地反映污泥量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀（丝状菌的大量滋生）；正常范围：2030%SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。4、活性污泥的性能指标：（4）污泥体积指数（SVI）（SludgeVolumeIndex）定义：曝气池混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的沉淀后的污泥体积，(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：50150ml/g（城市污水）)/()/((%)lgMLSSlmlSVSVI101L混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）SV(mL/L)SVI=1L混合液中悬浮固体干重（g）MLSS(g/L)Q-Qw\Xe\Se回流污泥二次沉淀池废水曝气池初次沉淀池出水空气剩余活性污泥Q\SiV\XQw\Xr\SeQr\Xr\SeQ+Qr\X\Se（4）污泥体积指数（SVI）有污泥回流并在二沉池底部排泥的活性污泥系统流程示意图曝气池混合液污泥浓度为X（mg/L），回流污泥浓度Xr（mg/L），处理水量Q，回流污泥量Qr，回流污泥比RQr、Xr曝气池V、X二沉池Q+QrXQ-QwXeQQw、XrrQRQrrrXQQQX1rXRXR610(/)(/)rXmgLSVImLg根据泥量平衡关系：（假定曝气池进水中不含悬浮固体）SVIR1610RX如果活性污泥的SVI值增高，它在二次沉淀池内的浓缩浓度会降低，即Xr降低，为了使在曝气池内混合液的活性污泥浓度保持一定，就需要加大污泥的回流量。R111SVI610X或在MLSS一定的条件下，SVI值越高，所应采用的污泥回流比也越大。4、活性污泥的性能指标：（5）泥龄（θc）指曝气池全部活性污泥平均更新一次所需的时间，活性污泥在曝气池内的平均停留时间，故又称细胞平均停留时间：曝气池内活性污泥的总量与每日排放污泥量（出水+剩余污泥）之比，d。crwweXVXQQQX当Xe≈0时，crwXVXQ污泥龄是活性污泥系统设计与运行管理的重要参数，反映了活性污泥吸附有机物后进行稳定氧化的时间长短。污泥龄不能太长，否则污泥会老化，影响处理效果；污泥龄不能短于活性污泥中微生物的世代时间，否则在曝气池中不能大量增殖。三、活性污泥法的基本工艺参数1、曝气池的BOD——容积负荷：1）BOD——进水容积负荷ViSQVNVeSiSQ)('vN)(35dmkgBOD)(35dmkgBOD2）BOD——去除容积负荷：单位曝气池容积（m3），在单位时间（1d）内，能够接受，并将其降解到预定程度的进水有机污染物量（BOD）。单位曝气池容积（m3），在单位时间（1d）内，能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物的去除量（BOD）。BOD——容积负荷与BOD——污泥负荷2、曝气池的BOD——污泥负荷：1）BOD——进水污泥负荷VXiSQsNdkgMLSSkgBOD5VXeSiSQsN)('dkgMLSSkgBOD52）BOD——去除污泥负荷指曝气池内，单位重量（kg）活性污泥，在单位时间（1d）内能够接受，并将其降解到预定程度的进水有机物量（BOD）。指曝气池内，单位重量（kg）活性污泥，在单位时间（1d）内能够接受，并将其降解到预定程度的有机污染物的去除量（BOD）。BOD—污泥负荷和BOD—容积负荷的关系式XsNNV注意：以上公式中活性污泥是以悬浮固体浓度表示的，也可以以挥发性悬浮固体浓度表示。F/M值:活性污泥系统中参与反应的物质有：作为活性污泥微生物载体的活性污泥；作为活性污泥微生物营养物质的有机污染物保证活性污泥微生物正常生理活动的溶解氧在正常的活性污泥反应进程中，三种物质在数量上产生变化：有机污染物被降解而含量降低；由于微生物的增殖，而使活性污泥得到增长；溶解氧为微生物所利用，必须连续加以补充。决定有机污染物的降解速度、微生物增长速率、氧利用速率的重要因素是有机物量与活性污泥量的比值，即有机基质（Food）与微生物（Microorganism）的比值，即F/M值。)5(dkgMLSSkgBODXViSQsNMF实际上，F/M值就是BOD——污泥负荷（进水）活性污泥增殖曲线对应的微生物特征活性污泥增殖曲线分为四个时期：1)适应期2)对数增殖期3)减速增殖期4)内源呼吸期微生物量时间普通活性污泥的增殖曲线条件：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)——有机污染物适应期适应期1）定义：活性污泥微生物处于驯化阶段，微生物在新的环境条件、污水水质情况下需要一个短暂的适应过程；2）活性污泥微生物的变化