污水处理-活性污泥法
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活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量ΔX（kg/d）是 微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即
△X = aSr – bX
式中：a——污泥产率（污泥转换率） Sr——污水中被降解、去除的有机污染物量（BOD），kg/d
Sr Q(Sa Se )
X——曝气池混合液含有的活性污泥量，kg/d b——自身氧化率（衰减系数），d－1
5
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
2 、微生物的代谢: 分解代谢和合成代谢
6
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
曝气池内有机物氧化分解、细胞合成、内源代谢 数量关系：
7
影响因素与主要设计运行参数
净化反应影响因素
由于活性污泥中生物种类的过剩以及它们之间的相互竞 争，工艺条件的微小变化就能够引起微生物种群组成和污泥 絮体物理性能的显著变化。
X v
VX v X v
C
24
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与需氧
25
反应动力学基础
莫诺方程式基本方程
max
S KS
S
按物理意义考虑：
max
S KS
S
1 dS d(S0 S) X dt Xdt
dS dt
max
XS KS
S
1 ds maxS (kg / kg h) X dt KS S
1细菌是活性污泥法中污水净化的 第一承担者，也是主要承担者。 2原生动物是活性污泥法中外上污水净化的第二承担者，它
摄食游离细菌，是细菌的首次捕食者 3后生动物是细菌的第二捕食者
3
活性污泥的增殖规律
1.适应期：各种酶系统对环境的适应过程 2.对数增殖期：活性污泥能量水平很高，污泥松散 3.减速增殖期：营养物成为微生物生长的限制因素，活性污泥
SVI在习惯上只称数字，而把单位略去 SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能
15
（1）SVI=70～100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好
SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。 SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。
（2）影响SVI值的主要因素
1）NS 的影响：见图4-7 2）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑ 影响丝状菌大量繁殖的因素：DO不足、NS大、PH≤4.5、缺乏N、P、 Fe 3）T太高
改写为：
dX dt g
Yobs
dS dt
u
活性污泥每日在曝气池的净增殖量为， △X＝Y（Sa-Se）Q-KdVXv
△X XvV
Y
Q△S XvV
Kd
23
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
1
c YNrs Kd
1
c
Yobs N rs
N rs与c
？
当Nrs
dx dt
dS dt
max
XS KS
S
27
莫诺方程式的推论
(1)高底物浓度时，S>>KS
max K1
dS dt
m axX
K1X
(2)低底物浓度时，S<<KS
S max KS S
dS dt
max
XS KS
S
m
ax
S KS
K2S
dS dt
K 2SX
S
S eK2Xt 0
28
莫诺方程对完全混合曝气池的应用
F M
NSQSa XV[k NhomakorabeaBOD / kgMLSS d]
Nv
QSa V
[kgBOD / m3曝气池 d]
式中：Sa——原污水中有机污染物的浓度（BOD）， mg/L
X ——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/L V ——曝气池容积，m3
NV NS X
20
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
水平的能量低下，污泥絮凝。 4.内源呼吸期：营养物缺乏，为了 获得能量维持生命，分解代谢自身 的能量物质，开始衰亡。同时内酶 分解细胞壁，使污泥量减少。
后来有机物几乎被耗尽，能量 水平极低，微生物活动能力非常低， 絮凝体形成速率增大，处理水显著 澄清，水质良好。
4
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
16
活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数
活性污泥评价及控制指标
X
r max
10 6
SVI
SVI值、MLSS、回流比（R）
要维持曝气池一定的MLSS（如3000mg/L）的情况下，SVI值越高， 则要求的污泥回流比R就越大，但当SVI值高达400mL/g时，则难于用提 高R来维持曝气池一定的MLSS浓度。
MLSS浓度（混合液悬浮固体浓度 ） MLSS＝M=X=Ma + Me + Mi + Mii MLVSS浓度（混合液挥发性悬浮固体浓度） MLVSS＝MV=XV=Ma + Me + Mi
单位：mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液； kg/m3混合液
13
活性污泥评价及控制指标
1．絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于NS（BOD—污泥负 荷率） 2． SV污泥沉降比：又称30min沉降率，指混合液在100ml量 筒内静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积 的百分率。
1 、初期的吸附（5~10min）：包括物理吸附和生物 吸附.
活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性 污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶 体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在 30min 内能去除70%BOD。 一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最 强，吸附能力也强。
活性污泥法
SWF
2
活性污泥法基本原理
活性污泥及其组成
概念：活性污泥是由各种微生物与污（废）水中有机的和无 机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或绒粒。
特点：黄褐色絮凝体颗粒 颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm 表面积：20～100 cm2/mL , (2000～10000)m2/m3污泥 含水率99％以上
9
净化反应影响因素
pH值 最佳的pH值为6.5～8.5 当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势 当pH＞9.0，代谢速率↓ 微量营养物质的需要
10
净化反应影响因素
温度 最高运行温度限制在35～40℃之间， 45～50℃ 有些系统也可成功运行。 水温：15～35℃之间 20～30℃，效果好，活动旺盛， ＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱， ＜5℃，＞45℃，效果很差，
图2
31
根据活性污泥曝气池建立一个物料平衡: 累积＝流进－流出＋产生
29
dS S0Q RQSe (Q RQ)Se V dt 0
Q(S0 Se ) dS
V
dt
dS dt
max
XS e KS Se
N rv
Q(S0 Se) V
S0
Se t
dS dt
vmax
XSe Ks Se
N rv
Q(S0 Se) XV
污泥龄（SRT） 工艺的运行状况和污泥本身特征都与污泥龄有关。 系统中每日增长的污泥量应等于每日排出的剩余污泥量ΔX
X QwXr (Q Qw)Xe
C
VX X
QwXr
VX
(d )
(Q Qw) Xe
Xe 0
C
VX QwXr
19
影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
BOD－污泥负荷与BOD－容积负荷
11
活性污泥工艺中的概念和定义
处理效率 容积负荷 污泥负荷 回流比 污泥浓度 污泥量 污泥产量（产率系数） 剩余污泥 污泥龄
12
影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
微生物量指标： MLSS MLVSS f 活性污泥沉降性能指标： SV％ SVI ml/g SVI与BOD-污泥负荷
a(Y ) 0.49 ~ 0.73 (0.5 ~ 0.65) 城市污水：0.4～0.5
对于生活污水： b(kd ) 0.07 ~ 0.075
(0.05 ~ 0.1) 城市污水：0.07
21
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
将增殖通过增殖速度表示（1951年由霍克莱金等人通 过废水生物处理的大量实验研究工作，就微生物增长和底物 降解之间存在一定量的关系，提出了如下方程式）：
活性污泥评价及控制指标
Qr R Q0
XQ i Qs X s Qe X e
Qr Qs Qw Xr Xs
XQ i Qr X r
Qi Q0 Qr
R
X
X r
X
X (Q0 Qr ) Qr X r
X Xr R 1 R
R
Qr Q0
18
影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
dx dx dx
dt g
dt s
dt e
dX dt g
Y dS dt u
KdXv
微生物净增长速度＝ 产率系数*底物降解速度－衰减系数*反应器中微生物浓度
22
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
在实际工程中，产率系数Y常以实际测得的观测产
率系数（或微生物净增长系数）Yobs替代。上式可
S0 Se Xt
dS dt
vm a x
Se Ks Se
30
图解法对常数进行确定
S0 Se Xt
vm ax Ks
Se
Xt K s 1 1 S0 Se vmax Se vmax
图1
图2
N rv
Q(S0 Se ) XV
S0 Se Xt
vm a x Ks
Se
vmax
Se Ks Se
图1
城市污水：SV取15%--30%。SV反应了曝气池正常运行的污 泥量，可用于控制剩余污泥排放量，同时通过它能及早发现 污泥膨胀等异常现象的发生。
14
活性污泥评价及控制指标
3．衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标——SVI（污泥指数）
曝气池出口处的混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的 沉淀污泥所占的容积—mL/g
营养物质的平衡 溶解氧 pH值 温度 有毒物质
BOD>100mg/l,BOD:N:P=100:5:1 曝气池内DO>=2mg/l 6.5～8.5 10～45℃ 与驯化有关
8
净化反应影响因素
1 曝气池在稳定运行时 微生物的耗氧速率(需氧速率)＝曝气器的供氧速率 ，其 池中的溶解氧DO不变。
2 曝气池中DO浓度大小将取决于： (1) 生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓 度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。 对此要求DO浓度为2mg/L左右为好。 (2) 考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解 供氧量的变化 冲击负荷 DO突然↓ 急性中毒 DO突然↑ 慢性中毒 DO逐渐增加
△X = aSr – bX
式中：a——污泥产率（污泥转换率） Sr——污水中被降解、去除的有机污染物量（BOD），kg/d
Sr Q(Sa Se )
X——曝气池混合液含有的活性污泥量，kg/d b——自身氧化率（衰减系数），d－1
5
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
2 、微生物的代谢: 分解代谢和合成代谢
6
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
曝气池内有机物氧化分解、细胞合成、内源代谢 数量关系：
7
影响因素与主要设计运行参数
净化反应影响因素
由于活性污泥中生物种类的过剩以及它们之间的相互竞 争，工艺条件的微小变化就能够引起微生物种群组成和污泥 絮体物理性能的显著变化。
X v
VX v X v
C
24
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与需氧
25
反应动力学基础
莫诺方程式基本方程
max
S KS
S
按物理意义考虑：
max
S KS
S
1 dS d(S0 S) X dt Xdt
dS dt
max
XS KS
S
1 ds maxS (kg / kg h) X dt KS S
1细菌是活性污泥法中污水净化的 第一承担者，也是主要承担者。 2原生动物是活性污泥法中外上污水净化的第二承担者，它
摄食游离细菌，是细菌的首次捕食者 3后生动物是细菌的第二捕食者
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活性污泥的增殖规律
1.适应期：各种酶系统对环境的适应过程 2.对数增殖期：活性污泥能量水平很高，污泥松散 3.减速增殖期：营养物成为微生物生长的限制因素，活性污泥
SVI在习惯上只称数字，而把单位略去 SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能
15
（1）SVI=70～100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好
SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。 SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。
（2）影响SVI值的主要因素
1）NS 的影响：见图4-7 2）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑ 影响丝状菌大量繁殖的因素：DO不足、NS大、PH≤4.5、缺乏N、P、 Fe 3）T太高
改写为：
dX dt g
Yobs
dS dt
u
活性污泥每日在曝气池的净增殖量为， △X＝Y（Sa-Se）Q-KdVXv
△X XvV
Y
Q△S XvV
Kd
23
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
1
c YNrs Kd
1
c
Yobs N rs
N rs与c
？
当Nrs
dx dt
dS dt
max
XS KS
S
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莫诺方程式的推论
(1)高底物浓度时，S>>KS
max K1
dS dt
m axX
K1X
(2)低底物浓度时，S<<KS
S max KS S
dS dt
max
XS KS
S
m
ax
S KS
K2S
dS dt
K 2SX
S
S eK2Xt 0
28
莫诺方程对完全混合曝气池的应用
F M
NSQSa XV[k NhomakorabeaBOD / kgMLSS d]
Nv
QSa V
[kgBOD / m3曝气池 d]
式中：Sa——原污水中有机污染物的浓度（BOD）， mg/L
X ——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/L V ——曝气池容积，m3
NV NS X
20
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
水平的能量低下，污泥絮凝。 4.内源呼吸期：营养物缺乏，为了 获得能量维持生命，分解代谢自身 的能量物质，开始衰亡。同时内酶 分解细胞壁，使污泥量减少。
后来有机物几乎被耗尽，能量 水平极低，微生物活动能力非常低， 絮凝体形成速率增大，处理水显著 澄清，水质良好。
4
活性污泥法基本原理
活性污泥净化反应过程
16
活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数
活性污泥评价及控制指标
X
r max
10 6
SVI
SVI值、MLSS、回流比（R）
要维持曝气池一定的MLSS（如3000mg/L）的情况下，SVI值越高， 则要求的污泥回流比R就越大，但当SVI值高达400mL/g时，则难于用提 高R来维持曝气池一定的MLSS浓度。
MLSS浓度（混合液悬浮固体浓度 ） MLSS＝M=X=Ma + Me + Mi + Mii MLVSS浓度（混合液挥发性悬浮固体浓度） MLVSS＝MV=XV=Ma + Me + Mi
单位：mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液； kg/m3混合液
13
活性污泥评价及控制指标
1．絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于NS（BOD—污泥负 荷率） 2． SV污泥沉降比：又称30min沉降率，指混合液在100ml量 筒内静置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积 的百分率。
1 、初期的吸附（5~10min）：包括物理吸附和生物 吸附.
活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性 污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶 体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在 30min 内能去除70%BOD。 一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最 强，吸附能力也强。
活性污泥法
SWF
2
活性污泥法基本原理
活性污泥及其组成
概念：活性污泥是由各种微生物与污（废）水中有机的和无 机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或绒粒。
特点：黄褐色絮凝体颗粒 颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm 表面积：20～100 cm2/mL , (2000～10000)m2/m3污泥 含水率99％以上
9
净化反应影响因素
pH值 最佳的pH值为6.5～8.5 当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势 当pH＞9.0，代谢速率↓ 微量营养物质的需要
10
净化反应影响因素
温度 最高运行温度限制在35～40℃之间， 45～50℃ 有些系统也可成功运行。 水温：15～35℃之间 20～30℃，效果好，活动旺盛， ＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱， ＜5℃，＞45℃，效果很差，
图2
31
根据活性污泥曝气池建立一个物料平衡: 累积＝流进－流出＋产生
29
dS S0Q RQSe (Q RQ)Se V dt 0
Q(S0 Se ) dS
V
dt
dS dt
max
XS e KS Se
N rv
Q(S0 Se) V
S0
Se t
dS dt
vmax
XSe Ks Se
N rv
Q(S0 Se) XV
污泥龄（SRT） 工艺的运行状况和污泥本身特征都与污泥龄有关。 系统中每日增长的污泥量应等于每日排出的剩余污泥量ΔX
X QwXr (Q Qw)Xe
C
VX X
QwXr
VX
(d )
(Q Qw) Xe
Xe 0
C
VX QwXr
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影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
BOD－污泥负荷与BOD－容积负荷
11
活性污泥工艺中的概念和定义
处理效率 容积负荷 污泥负荷 回流比 污泥浓度 污泥量 污泥产量（产率系数） 剩余污泥 污泥龄
12
影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
微生物量指标： MLSS MLVSS f 活性污泥沉降性能指标： SV％ SVI ml/g SVI与BOD-污泥负荷
a(Y ) 0.49 ~ 0.73 (0.5 ~ 0.65) 城市污水：0.4～0.5
对于生活污水： b(kd ) 0.07 ~ 0.075
(0.05 ~ 0.1) 城市污水：0.07
21
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
将增殖通过增殖速度表示（1951年由霍克莱金等人通 过废水生物处理的大量实验研究工作，就微生物增长和底物 降解之间存在一定量的关系，提出了如下方程式）：
活性污泥评价及控制指标
Qr R Q0
XQ i Qs X s Qe X e
Qr Qs Qw Xr Xs
XQ i Qr X r
Qi Q0 Qr
R
X
X r
X
X (Q0 Qr ) Qr X r
X Xr R 1 R
R
Qr Q0
18
影响因素与主要设计运行参数
活性污泥评价及控制指标
dx dx dx
dt g
dt s
dt e
dX dt g
Y dS dt u
KdXv
微生物净增长速度＝ 产率系数*底物降解速度－衰减系数*反应器中微生物浓度
22
活性污泥评价及控制指标
有机污染物降解与活性污泥增长
在实际工程中，产率系数Y常以实际测得的观测产
率系数（或微生物净增长系数）Yobs替代。上式可
S0 Se Xt
dS dt
vm a x
Se Ks Se
30
图解法对常数进行确定
S0 Se Xt
vm ax Ks
Se
Xt K s 1 1 S0 Se vmax Se vmax
图1
图2
N rv
Q(S0 Se ) XV
S0 Se Xt
vm a x Ks
Se
vmax
Se Ks Se
图1
城市污水：SV取15%--30%。SV反应了曝气池正常运行的污 泥量，可用于控制剩余污泥排放量，同时通过它能及早发现 污泥膨胀等异常现象的发生。
14
活性污泥评价及控制指标
3．衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标——SVI（污泥指数）
曝气池出口处的混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的 沉淀污泥所占的容积—mL/g
营养物质的平衡 溶解氧 pH值 温度 有毒物质
BOD>100mg/l,BOD:N:P=100:5:1 曝气池内DO>=2mg/l 6.5～8.5 10～45℃ 与驯化有关
8
净化反应影响因素
1 曝气池在稳定运行时 微生物的耗氧速率(需氧速率)＝曝气器的供氧速率 ，其 池中的溶解氧DO不变。
2 曝气池中DO浓度大小将取决于： (1) 生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求DO浓 度高，DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。 对此要求DO浓度为2mg/L左右为好。 (2) 考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解 供氧量的变化 冲击负荷 DO突然↓ 急性中毒 DO突然↑ 慢性中毒 DO逐渐增加