第八课 生化 活性污泥法教材

1第三节活性污泥法第四章生物处理2什么是活性污泥法？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。3（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4按McKinney的分析：混合液悬浮固体：MLSS=Ma+Me+Mi+Mii式中：Ma——有活性的微生物；Me——微生物自身氧化残留物，即内源代谢残留的微生物有机体;Mi——有机污染物，吸附在污泥上未被降解；

Mii——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。活性污泥的微生物组成（Ma）1）细菌：异养型原核细菌（107～108个/mL）特征：世代时间=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状具有较强的分解有机物（转化为无机物）的能力.

种类：动胶杆菌属，假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势），产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势），黄杆菌属，大肠埃希式杆菌WaterPollutionControlEngineering活性污泥概述2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌丝状菌：污泥絮凝体的骨架，并使污泥具有高的沉淀性能。但过多，会引起污泥膨胀，降低沉降性能，影响出水水质。3）原生动物：肉足虫,鞭毛虫,纤毛虫等,通过辨认原生物的种类,能够判断处理水质的优劣,它是一种指示性生物.原生物摄食水中的游离细菌,是细菌的首次捕食者，可以改善出水水质。WaterPollutionControlEngineering4）后生动物：主要是轮虫,它在活性污泥中的不经常出现,轮虫的出现是水质稳定的标志.后生动物是细菌的第二捕食者活性污泥概述WaterPollutionControlEngineering钟虫轮虫菌胶团：部分细菌形成的絮凝体状团粒--活性污泥絮凝体的主要成分。作用：具有很强的吸附氧化分解有机物的能力，防止其内的细菌被微生物吞噬和免受毒物的危害。凝聚性能。活性污泥概述WaterPollutionControlEngineering菌胶团形态94、按有机性和无机性成分：MLSSMLVSS: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=0.7~0.8，10（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0.02～0.2mm20～100cm2/mL比表面积1、正常pH略显酸性11（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、不正常活性污泥概述活性污泥处理污水的基本过程（微观）

驯化——吸附——稳定——固液分离污泥驯化:“菌胶团”的形成,要求细菌处于静止期，所以F/M要求低,生物活性降低,在布朗运动的作用下碰撞形成,某些细菌分泌的粘性物质有利于絮体形成.活性污泥的核心菌胶团是很多细菌相互粘附形成的生物絮体。微生物其在对数增长期,个体处于旺盛生长,其运动活性大于范得华力，菌体不能结合;但到了静止衰亡期,动能低,菌体相互粘附,形成生物絮体,因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物.活性污泥概述吸附阶段与稳定阶段有机物首先被吸附到活性污泥表面,随后由于吸附的有机物发生水解等反应形成可溶性有机物释放到水中,BOD出现上升,最后稳定阶段,有机物浓度逐渐降低.图.有机物在活性污泥中的浓度变化14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15基本流程（宏观）16封闭环流式序批式曝气池的四种池型推流式曝气池完全混合式曝气池活性污泥的形成与发展其他曝气池基本上是这四种池型的组合或变形一、活性污泥法曝气反应池的基本形式171、推流式曝气池

推流式曝气池的长宽比一般为5～10；进水方式不限；出水用溢流堰。1.平面布置

推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为1～2。2.横断面布置水流：推流型底物浓度分布：进口最高，沿池长逐渐降低，出口端最低。理想推流：横断面上浓度均匀，纵向无掺混18①吸附→减速增长→内源呼吸②处理效果好③不易污泥膨胀④供氧与需氧不平衡⑤耐冲击负荷能力差(尤其对有毒或高浓度工业废水)推流式特点19常规推流式：充氧设备沿池长均匀分布。在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的。前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要，而充氧设备沿池长均匀分布。易受冲击负荷的影响，适应水质水量变化的能力差：污泥进入池后不能立即与混合液充分混合。常规推流式工作原理的缺点

2.渐减曝气空气扩散设备二次沉淀池进水出水剩余活性污泥回流活性污泥21特征:把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。优点：均衡了污染负荷和需氧率提高了耐冲击负荷的能力3、阶段曝气（分步曝气）阶段曝气示意图224.完全混合曝气池

池形根据和沉淀池的关系

圆形

方形

矩形分建式合建式23池中微生物的种类和浓度、底物浓度需氧速率各点相同——与推流式不同；对冲击负荷有较强的适应能力；出水水质不及传统推流式；易出现污泥膨胀。完全混合法的特征SBR法运行方式

运行分为五个阶段：进水、反应、沉淀、排水、待机（闲置）5.序批式（间歇式）活性污泥法（SBR法）SBR工艺特点(1)工艺简单，可省略二沉池和污泥回流设备，甚至可省却初沉池(2)反应推动力大，效率高(3)静止沉淀，污泥沉淀效果好(4)不易发生污泥膨胀(5)通过调节运行方式(前加缺氧，厌氧时间)可脱N除P(6)便于自动控制(时间参数)(7)适用于中小型污水处理装置SBR的发展

在SBR基础上出现了一系列新工艺，ICEAS、CASS(CAST)(CASP)、DAT-IAT、

MSBR、UNITANK。在原有基础上增加连续进水甚至连续出水、生物选择器、循环混合等功能。27

部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高负荷曝气法。曝气池构造与传统推流式相同。

曝气时间比较短，约为1.5～3h，BOD5处理效率仅约70%～75％左右。活性污泥处于旺盛生长期。6、高负荷曝气（改良曝气）28

延时曝气的特点：曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg/L；活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥主要是一些难于生物降解的微生物内源代谢残留物，少而稳定，无需消化，可直接排放；适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理系统多有使用。耐冲击负荷，无需初沉池，缺点：池体积大，基建费运行费高7、延时曝气29氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.3～0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。5～15min完成一次循环。8.氧化沟氧化沟发展历史与现状1954年在荷兰建造的第一座氧化沟废水处理厂，目前，欧洲：2000个；北美：9000个；亚洲：1000个；发展迅速。处理水量在增加，过去一般在3000t/d，现在处理量在100000t/d以上的工艺已比较普遍。现在试图在其中加填料，试验效果较好。氧化沟的特点推流和完全混合两种流态的结合，一个循环5-20min；总体需要30-200次循环，稀释能力强（数十倍），抗冲击性强；具有明显的溶解氧梯度，可以在一个构筑物中实现硝化和反硝化，节约溶解氧、碱度等，能耗也低（自然流动）；处理流程简单，污泥量小(延时曝气），可不设二沉池；出水效果稳定，水质好。缺点：占地面积大。氧化沟的命名1、根据采用的特殊曝气设备命名，例如将采用立式表曝机曝气的氧化沟，命名为表曝氧化沟，将采用射流曝气的氧化沟命名为射流曝气氧化沟等。2、根据氧化沟的运行方式和氧化沟的主要特点方式命名，例如将目前的双沟氧化沟和三沟式氧化沟命名为交替(工作)式氧化沟，将沉淀设备在氧化沟内的氧化沟命名为一体化氧化沟等。而不宜将采用立式表曝机的氧化沟统称为卡鲁塞尔氧化沟。3)在引进项目上可以直接采用原名，如奥贝尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟等等。在我们应用时虽然采用同样的工作原理，但是在其已有注册商标的情况下也不要采用同样的名称。4)对应用曝气转刷和曝气转盘的氧化沟没作命名，这是因为这类设备应用非常广泛，几乎可以应用于各种类型的氧化沟。1.卡鲁塞尔氧化沟采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟

(英国ASHVale污水处理厂)2.交替工作式氧化沟OTV-Gruger的三沟式氧化沟(Faabborg污水处理厂)3)Orbal氧化沟型

Orbal型氧化沟4.一体化氧化沟Simon-Hartley船型氧化沟

3)氧化沟曝气设备a)水平轴曝气转刷或转盘图6-7曝气转刷设备(OTV-Gruger产品)3)氧化沟曝气设备b)水平轴曝气转盘曝气转盘设备(美国USFilter产品)c)立式低速表曝机图6-8荷兰DHV公司表曝机4)进、出水装置图6-9三沟式氧化沟可调式出水堰5)导流和混合装置图6-10潜水搅拌机图6-11水下推进器439.接触稳定法（吸附再生法）接触稳定法，也叫吸附再生法，基本原理，利用活性污泥吸附悬浮BOD耗时短、稳定吸附的污染物耗时长的特点，将吸附和稳定降解分别置于两个构筑物中进行。44可省去初沉池；占地面积小，基建费用低；此方法接触时间短，氨氮难硝化，不适于处理溶解性有机污染物废水，剩余污泥量多。

接触稳定法回流污泥的曝气使污泥再生曝气的同时吸附4510.吸附－生物降解工艺（AB法）46特征：分为预处理段、A级和B级三段，无初沉池A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短，30～60min，B级停留时间2～4h。该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。吸附－生物降解工艺（AB法）4711.浅层曝气

特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10℃静止水中的传递特征，如下图所示。48

浅层曝气扩散器的深度以在水面以下0.6～0.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达1.8～2.6kg（O2）/kW·h。可以用一般的离心鼓风机。浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/4~1/6左右，约10kPa，故电耗略有下降。曝气池水深一般3～4m，深宽比1.0～1.3，气量比30～40m3/（m3H2O.h）。浅层池适用于中小型规模的污水厂。由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。4912.深层（井）曝气深井曝气法处理流程深井曝气池简图50一般深层曝气池直径约1~6m，水深约10～20m。但深井曝气法深度可达150～300m，节省了用地面积。在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。综合结果就是产生污泥量少。深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也随深度的增加而增加。需解决的问题：当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。

深层曝气普通曝气池经济深度：5～6m，占地面积大。51

纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。纯氧曝气池的构造见右图。13.纯氧曝气缺点：纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。

在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。采用密闭池52四气体传递原理和曝气设备

53

活性污泥法的三个要素构成活性污泥：引起吸附和氧化分解作用；有机物：是处理对象，也是微生物的食料；溶解氧：没有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。54气体传递原理

双膜理论①认为在气液界面存在着二层做层流流动的膜：气膜和液膜。②传质阻力仅存于这两层膜。气液界面达到平衡态，无阻力。③传质推动力气膜：氧分压差液膜：氧浓度差④氧的传质阻力主要在液膜上，故液膜内的氧的传质是控制步骤。55提高氧转移速率的措施提高KLa值提高紊流程度，降低液膜厚度；加速气液界面的更新；微孔曝气，增大气液接触面积。2.提高cs值提高气相氧分压，如采用纯氧曝气、深井曝气。56

氧气转移影响因素

（1）污水水质污水中的杂质对氧气的转移以及溶解度有一定影响，如表面活性物质会形成一层膜，增加传递阻力所以引入小于1的修正系α数，则有：57

（2）水温

水温上升，水的粘度降低，液膜厚度减小，Kla值增高；

氧气在水中的溶解度随温度上升而降低。

温度对氧气转移有二种相反的影响，但不能相互抵消，

总体上，低温有利于氧气的转移。58曝气的作用与曝气方式

曝气方式：1.鼓风曝气系统2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器3.鼓风+机械曝气系统4.其他：富氧曝气、纯氧曝气5960

曝气设备鼓风曝气机械曝气空气过滤器

鼓风机空气输配管系统

扩散器竖式曝气机表面曝气机卧式曝气机液面以下安装于液面61鼓风曝气空气净化器

鼓风机空气输配管系统

扩散器

空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。62鼓风曝气空气净化器

鼓风机空气输配管系统

扩散器鼓风机供应压缩空气

风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。

风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂63常用鼓风机形式

1.容积式风机:罗茨鼓风机、回转风机642.单级高速离心鼓风机丹麦HV-Turbo风机英国Howden风机常用鼓风机形式

65单级高速离心鼓风机进出口导叶片66多极离心风机67鼓风曝气空气净化器

鼓风机

扩散器空气输配管系统

负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。68鼓风曝气空气净化器

鼓风机

扩散器

扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。空气输配管系统小气泡扩散器中气泡扩散器大气泡扩散器微气泡扩散器扩散器的类型69微孔曝气设备圆盘式微孔扩散器管式微孔扩散器70微孔曝气盘

71微孔曝气管72微孔曝气设备测试73微孔曝气设备安装74ZDB型振动曝气器75KBB型可变微孔曝气器可变微孔曝气器安装77五龙口二期78

表面曝气机充氧原理：

(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；

(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气；

(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。79表面曝气（机械曝气）

曝气的效率取决于：曝气机的性能曝气池的池形倒伞形平板形泵形

这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟。竖式曝气机卧式曝气刷80泵形倒伞形平板形81表面曝气机82潜水曝气机8384伞形曝气器858687曝气转刷88

曝气设备性能指标比较各种曝气设备性能的主要指标

氧转移速率：单位为mg（O2）/（L·h）。

充氧能力（或动力效率）：即每消耗1kW·h动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kW·h）。

氧利用率：通过曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为％。89

曝气设备性能90二次沉淀池的功能要求1.澄清（固液分离）2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）五:二次沉淀池91六系统设计和运行中的一些重要问题92流向污水厂的流量变化

一、水力负荷一天内的流量变化随季节的流量变化雨水造成的流量变化泵的选择不当造成的流量变化93水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。对二次沉淀池为水力影响。

一、水力负荷94

二、有机负荷率N

污泥负荷率N和MLSS的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（<0.1），把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。

曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率N和MLSS的设计值。95

三、微生物浓度

在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：

其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小。

其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀，影响出水水质。

其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS的提高是有限度的。96

四、曝气时间

在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。

当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能得到充分利用。

若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。97五、微生物平均停留时间(MCRT)(又称泥龄)

微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。

微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。

微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。98

六、氧传递速率氧传递速率要考虑二个过程要提高氧的传递速率氧传递到水中氧真正传递到微生物的膜表面必须有充足的氧量必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件99七、污泥回流率

高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。

活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。100八、曝气池的构造

推流式曝气池完全混合式曝气池示踪剂的研究表明：推流式曝气池的纵向混合很严重氧消耗率的数据表明：氧的传递受到限制处理量小时，只配有一个机械曝气机，很容易围绕曝气机形成混合区处理量大时，曝气池也相应增大，曝气池不是充分完全混合的101九、pH和碱度

活性污泥pH通常为6.5～8.5。

pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。

工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生pH过低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。

生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平。

102十一、溶解氧浓度

通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。

一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.5～2mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。

过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。103十二、污泥膨胀及其控制

正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50～150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。

活性污泥膨胀可分为污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀104丝状菌性膨胀絮花状物质，其骨干是菌胶团正常的活性污泥丝状菌大量出现，主要是有鞘细菌和硫细菌不正常的情况下

当污泥中有大量丝状菌时，大量有一