水污染控制工程 活性污泥
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国家精品课程《水污染控制工程》3-活性污泥法
水污染控制工程（下）
第四章、污水的生物处理
教学要求
1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
7
后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。
• 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长：
a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。
③泥龄（Sludge age）Qc：生物固体平均停留时间或活性污泥在 曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排 放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr 。式中： ⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。
Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max＝106 /SVI • Qc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也 具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越 长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之， 增长速度快，个体小，出水水质相对差。 Qc长短与工艺组合 密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所 不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生 物的组合，实现污染物的降解和转化。
第四章、污水的生物处理
教学要求
1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
7
后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。
• 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长：
a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。
③泥龄（Sludge age）Qc：生物固体平均停留时间或活性污泥在 曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排 放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr 。式中： ⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。
Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max＝106 /SVI • Qc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也 具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越 长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之， 增长速度快，个体小，出水水质相对差。 Qc长短与工艺组合 密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所 不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生 物的组合，实现污染物的降解和转化。
水污染控制工程 活性污泥
2 渐减曝气和分段进水活性污泥法
在推流式曝气池中，混合液的需氧量在长度方向上是逐步 下降的，因此，等距离均量布置扩散器是不合理的，实际 情况是：前半段水中氧量远远不够，而后半部分则超出了 需要。基于以上分析，有人提出并采用了渐减曝气和分段 进水（SFAS）的工艺。
3 完全混合法
完全混合法（CMAS）出现于20世纪50年代后期，用来处理 高负荷工业废水，尤其是含有抑制性有机物的工业废水。进 水均匀分布于整个反应器中，使反应器内个点的可生物降解 有机物浓度比较低，即使进水中有机物有毒性，其毒性仍然 可以减低，生物降解也会得以进行。
推流 推流
鼓风或机械 鼓风
85-95 85-90
中等浓度，对冲击负荷敏 感
气量逐渐减小
完全混合（CMAS）
完全混合
鼓风或机械 85-90
抗冲击
分步曝气（SFAS）
推流
鼓风
85-95
使用性广
接触稳定（CSAS）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
推流
鼓风或机械 80-90
高悬浮固体废水
延时曝气（EAAS） 完全混合或推流 鼓风或机械 75-95
缺优点点：：
1. 1.
曝推气流池式池曝首气端池污应泥用负时荷间率比高较，长好，氧是速一度种快比，较所成以熟设的计运时行不方宜式采；用过高BOD 负荷率；
22.. 耗处氧理速效度果沿好池，长运逐行渐稳降定低；，但是供氧速度恒定，造成浪费；
33.. 抗BO负D荷5去率除冲率击较能高力，不可强达，9对0%水以质上、，水城量市变污化水是处应理性多较采差用。这种方式运行。
增值期
活性污泥微生物各增值期特点比较
F/M 微生物变化情况
活性污泥性能
水污染控制工程第章 活性污泥法课件 (一)
水污染控制工程第章活性污泥法课件 (一)水污染控制工程第一章的课件是关于“活性污泥法”的介绍。
活性污泥法是一种常见的污水处理方式，通过水处理系统中的微生物将有机物质降解成无害的物质。
活性污泥法是将含有污染物的污水与一种含有维生素、矿物质、氨氮、磷酸盐等的污泥混合，形成一种张力较大的混合物，称为“活性污泥”，并将其在一个容器内进行充分搅拌与节流，以实现水中污染物质的去除。
活性污泥法是一种常见的处理方式，其原理非常简单易懂。
活性污泥法中，厌氧反应区是一个首要考虑的地方。
由于有机物质在厌氧环境下更易降解，因此，为了效果更好，反应器需要加入一个厌氧区域，以助于分解污染物质。
此外，搅拌器是活性污泥法中的一个重要设备。
由于活性污泥是一种含有生物质的混合物，因此需要有机械器械将混合物进行充分搅拌，以确保生物质的充分分布，从而加强处理效果。
分污水处理中，过滤器是处理过程的最后一道工序。
过滤器是在搅拌器的基础上，在反应器内设置的一种过滤器，通过它可以去除过滤器内的残留物质，洗净活性污泥并回收。
活性污泥法需要专业的污水处理工程师设计和安装。
正确的设计和安装不仅能提高其处理效果，还能减少操作人员的投入。
活性污泥法虽然是一种比较成熟的技术，但保持良好的污泥养护、控制和监控而得以优化其处理效果。
在维护过程中，操作人员应该及时检查设备的工作状态，并清理淤泥和固体排放物。
综上所述，活性污泥法是一种常见的污水处理方式，其原理简单易懂。
对于正确的设计和安装，优化厌氧反应区、选择合适的搅拌器和过滤器，养护和监控非常重要，以保证其高效正常地运行。
水污染控制 第4章 活性污泥法1
活性污泥法又称曝气法，是以废水中的有机污染物作 为培养基（底物），在人工曝气充氧的条件下，对各 种微生物群体进行混合连续培养，使之形成活性污泥。 并利用活性污泥在水中的凝聚、吸附、氧化、分解和 沉淀等作用，去除废水中的有机污染物的废水处理方 法。
一、 活性污泥 1、组成: ①具有活性的微生物群体(Ma)； ②微生物自身氧化的残留物(Me)； ③原污水挟入的不能为微生物降解的惰性有机物 质(Mi)； ④原污水挟入的无机物质(Mii)
曝气装置
35
推流式曝气池动画
36
平行水流(并联)式和转折水流(串联)式曝气池
推流式曝气池示意图（平行水流式）
空气
曝 曝气池 气 池
进水
二次沉 淀池
出水
回流污泥
剩余污泥
37
推流式曝气池示意图 （转折水流式）
空气
曝 气 池
进水
二次沉 出水 淀池
回流污泥
剩余污泥
38
特征参数：
曝气池的池长可达100m。为了防止短流，廊道长度和宽 度之比应大于5，甚至大于10。 为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在1.5 －2之间。池深常在3－5m。 曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气 池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。 曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水 流流速一般较小(0.1－0.2m/s)，以免污泥受到破坏。
1）生物相(organism culture)观察
主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物和少数其他微 型动物。
游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。
6
2）混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid, MLSS) 混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。 混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含量， 单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓 度（一般用X表示）。 它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥 法中，MLSS浓度一般为2－4g/L。
水污染控制工程-2活性污泥法-2
污水的好氧生物处理 —活性污泥法（2）
第三节 活性污泥法的发展和演变（自学） 第四节 二次沉淀池
第五节 活性污泥法运行中 的一些重要问题
第三节 活性污泥法的发展和演变
活性污泥法的多种运行方式
传统活性污泥法 渐 减曝二次沉淀池的功能要求
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
(3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物 和磷化合物；
(4)投加一些化学药剂；
(5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉 池，直接进入曝气池。
E
并无大量丝状菌存在 的非丝状菌性膨胀
丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素
污水水质
污水水质是造成污泥膨胀的 最主要因素。 含溶解性碳水化合物多的污 水往往发生由浮游球衣细菌引 起的丝状膨胀。 含硫化物多的污水往往发生 由硫细菌引起的丝状膨胀。
运行条件
工艺方法
水温低于15℃时，一般不会 发生膨胀。 pH低时，容易产生膨胀。
丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素
污水水质
运行条件
污泥负荷对污泥膨胀在一 定条件下有一定的影响，但两 者无必然的联系。
工艺方法
溶解氧浓度并不一定影响 污泥的膨胀。
在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝 状菌的特性，可采取的抑制措施：
(1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；
(2)调整pH；
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）
第三节 活性污泥法的发展和演变（自学） 第四节 二次沉淀池
第五节 活性污泥法运行中 的一些重要问题
第三节 活性污泥法的发展和演变
活性污泥法的多种运行方式
传统活性污泥法 渐 减曝二次沉淀池的功能要求
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
(3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物 和磷化合物；
(4)投加一些化学药剂；
(5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉 池，直接进入曝气池。
E
并无大量丝状菌存在 的非丝状菌性膨胀
丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素
污水水质
污水水质是造成污泥膨胀的 最主要因素。 含溶解性碳水化合物多的污 水往往发生由浮游球衣细菌引 起的丝状膨胀。 含硫化物多的污水往往发生 由硫细菌引起的丝状膨胀。
运行条件
工艺方法
水温低于15℃时，一般不会 发生膨胀。 pH低时，容易产生膨胀。
丝 状 菌 性 膨 胀 的 主 要 因 素
污水水质
运行条件
污泥负荷对污泥膨胀在一 定条件下有一定的影响，但两 者无必然的联系。
工艺方法
溶解氧浓度并不一定影响 污泥的膨胀。
在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝 状菌的特性，可采取的抑制措施：
(1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；
(2)调整pH；
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）
《水污染控制工程》第三章 活性污泥法
• 式中:
• Ma——具有代谢功能活性的微生物群体（细菌,真菌, 原生动物,后生动物）；
• Me——代谢产物； • Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物； • Mii——活性污泥吸附的无机物。
活性污泥的物质组成与性状是随环境而 变化的，对评价系统运行情况和处理功效具 有重要的意义。
活性污泥法基本概念：
根据（3-1）式得：
c
VX X
（3-2）
c
QW
Xr
VX （Q QW）X e
（3-3）
在一般条件下，Xe值极低可忽略不计，上式可简化为:
c
VX QW X r
（3-4）
Xr值是从二沉池底部流出,回流至曝气池的污泥浓度,即剩余污泥浓度:
（X
）
r max
10 6 SVI
（3-5）
活性污泥降解污水中有机物的过程
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物， 也就是活性污泥；
二是废水中的有机物，它是处理对象，也 是微生物的食料；
三是溶解氧，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。
活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程
活性污泥法的基本流程
初沉池
去除污水中大颗粒的悬浮物质，根据废水的特性不同，有 时可以省去。
普通活性污泥法城市污水：SV取30%； SV能够反映曝气池运行过程中的活性污 泥量，可以调节剩余污泥排放量； 是活性污泥处理系统重要的运行参数， 是评定活性污泥数量和质量的重要指标。
评价活性污泥的重要指标—污泥沉降性能
为什么用30min沉降时间？
正常的活性污泥在30min内即可完成絮凝沉淀和成层 沉淀，并进入压缩沉淀过程；
水污染控制工程 第九章 活性污泥法4
流方向逐渐减少，而MLSS浓度、BOD、SS、碱度等在沟内各点几乎相等。
d．剩余污泥量大致为进水SS量的75％左右，比普通活性污泥少。 e．剩余污泥由于经好氧分解，所以比普通活性污泥法稳定程度高。 f．由于水力停留时间长和水深浅，占地面积较大。
（3）普通氧化沟工艺设计
a. 设计参数 普通氧化沟的主要设计参数见《规范>中表6.6.3。BOD-SS负荷0.05～
2. SBR法的工作原理
3．SBR法的优缺点(与普通活性污泥法比较)
(1) SBR法的优点： 1）构筑物少，投资省，占地少，设备少，维护方式简便：一般不设调节池、可省 初沉池、没有二沉池、没有污泥回流系统。 2）曝气时间短、效率高：SBR曝气池属完全混合间歇反应器(CMB)，反应时一般不 进水。反应期内不同时间段曝气池内混合液为完全混合，但池内有机物浓度随时间的增
4. 循环式活性污泥法（CAST） （1） 工艺流程
CAST是循环式活性污泥法（Cyctic Activated Sludge Technology）的英文 缩写。CAST法是SBR法的最新发展，它是利用不同微生物在不同负荷条件下增殖速 度差异和废水生物脱氮除磷机理，将生物选择器与传统SBR反应器相结合的产物。
0.1kgBOD/(kgMLSS· d)、BOD容积负荷0.15～0.3kgBOD/(m3· d)、混合液悬浮固
体浓度X=2500～5000mg/L。水力停留时间24～68h、污泥回流比60％～200％、 生物固体停留时间8～50d。
b. 形状、构造和沟个数
氧化沟形状采用无终端沟渠形，有效水深1.0～3.0m，沟宽2.0～6.0m。 在氧化沟转弯处，外周流速高，内周流速低，为防止低流速处发生沉淀，减 少氧化沟有效容积，需在氧化沟转弯处设导流墙来增大内侧的流速。导流墙 ห้องสมุดไป่ตู้设置如图所示。
《水污染控制工程》(第4版)(下册)第12章 活性污泥法【圣才出品】
第12章活性污泥法12.1复习笔记【知识框架】【重点难点归纳】一、基本概念1．活性污泥（1）活性污泥组成①有活性的微生物（Ma），如以菌胶团形式存在的细菌、真菌等；②微生物自身氧化残留物（Me）；③吸附在活性污泥上没有被微生物所降解的有机物（Mi）；④无机悬浮固体（Mii），主要来自入流的污水，也包括细胞物质中的一些无机物质。
（2）活性污泥性状①粒径在200～1000μm的类似矾花状不定形的絮凝体；②具有约20～100cm2/mL的较大表面积；③一般呈茶褐色，略显酸性，稍具土壤的气味并夹带一些霉臭味；④供氧不足或出现厌氧状态时活性污泥呈黑色，供氧过多营养不足时污泥呈灰白色。
（3）活性污泥的评价方法①生物相观察利用光学显微镜或电子显微镜进行观察。
②混合液悬浮固体浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度a．混合液悬浮固体浓度（MLSS），是指曝气池中单位体积混合液中活性污泥悬浮固体的质量，又称污泥浓度。
它包括Ma、Me、Mi及Mii四者在内的总量。
b．混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS），是指混合液悬浮固体中有机物的质量。
它包括Ma、Me及Mi三者，不包括污泥中无机物质。
MLSS 测定简便，工程上往往以它作为评价活性污泥量的指标。
MLVSS 代表混合液悬浮固体中有机物的含量，比MLSS 更接近活性微生物的浓度，测定也较为方便。
对某一特定的污水处理系统，MLVSS/MLSS 的比值相对稳定，因此可用MLVSS 表示污泥浓度。
③污泥沉降比（SV%）污泥沉降比是指曝气池混合液静止30min 后沉淀污泥的体积分数，标准采用1L 的量筒测定污泥沉降比。
通常使用污泥沉降比（SV%）和污泥体积指数来表示活性污泥的沉降性能。
④污泥体积指数（SVI）污泥体积指数（SVI）是指曝气池混合液沉淀30min 后，每单位质量干泥形成的湿污泥的体积，常用单位为mL/g。
其计算公式为：()()m S L VI /L MLSS g/L =沉淀污泥的体积SVI 表示沉淀后单位干泥所占体积，比SV%能更准确反映污泥的沉降性能。
水污染控制工程：第十二章 活性污泥法2-1
第三节 活性污泥法数学模型基础
第三节 活性污泥法数学模型基础
二、劳伦斯和麦卡蒂（Lawrence-Mc Carty）模型
1、生物固体停留时间（Solids retention time，SRT），也称为 污泥龄
污泥龄被定义为在处理系统（曝气池）中微生物的平均停留
时间，常用 c 表示：
c
X T X / t T
（12-46 # ）
第三节 活性污泥法数学模型基础
三、Lawrence-Mccarty模型的应用
将（12-46）代入L—M模型的第一基本方程式得：
第三节 活性污泥法数学模型基础
一般二沉池沉淀效果良好时，出水中的SS小 于15mg/L，因此，随出水排出的污泥量对污泥泥龄 的影响相比于剩余污泥量对污泥泥龄的影响小很多， 甚至可以忽略，因而污泥泥龄可简化为：
c
XV Qw X R
（12-4）
对于图12-24中，如果剩余污泥是从曝气池直接排放
的，那么式（12-4）中污泥浓度XR=X，故 ：
第三节 活性污泥法数学模型基础
三、劳-麦方程的应用 1、出水有机底物与污泥龄的关系
将前述劳1c-麦 方Y程K（rms1a1x-S2Se6e）代入K式d （1（21-21-012））得：
从上式中解出Se，得：
Se
c
Ks (1 Kdc )
(Yrmax Kd ) 1（12-13）
式中：Se—出水中溶解性有机底物的浓度，gBOD5/m3；
第三节 活性污泥法数学模型基础
dS QS0 Se
dt u
V
（12-15）
将式（12-15）代入L-M第一基本方程式（12-10）得：
1
c
Y
水污染控制工程第十章-污水的好养生物处理法活性污泥法
完全混合法
完全混合法的特征
（1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同， 生活环境也基本相同。
（2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小， 因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推 流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义 上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理 中有一定优点。
多点进水经验去除率：85%~90％ 经验停留时间：3~5h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积：
V＝200×4.5m3=900m3
污泥负荷率
污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所 能承受的BOD5量，即:
NS
qv S0 XV
式中：Ns——污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSS·d）; qv——与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； ρs0——曝气池进水的平均BOD5值，mg/L； ρs——曝气池中的污泥浓度，mg/L。
容积负荷率
容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受 的BOD5量，即：
NV
qv S0
V
NSX
式中：Nv——容积负荷率，kg (BOD5)/(m3·d)。
NS
qv S0 XV
NV
qv S0
V
NSX
根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:
V qv S0 qv S0 NSX NV
ρs0和qv是已知的，ρx和N可参考教材中表14－5选 择。对于某些工业污水，要通过试验来确定ρx和N值。
吸附－生物降解工艺（AB法）
吸附－生物降解工艺（AB法）
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。
水污染控制工程 活性污泥法
内源代谢产 物残留物 ~20%
分解 CO2, H2O, NH3, SO42-, P43- + 能量
热
(1/3)
好氧生物处理过程有机物转化示意图 15
共一百九十三页
2.4. 好氧生物(shēngwù)处理过程 (con’d)
(1) 一般情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对(xiāngduì)
稳定的：
❖ 反应(fǎnyìng)温度
微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性 和低温性（嗜冷菌）四类。
最低温度 最适温度 最高温度
低温性 O℃
5～10℃
3O℃
常温性 5℃ 10～30℃
40℃
中温性 10℃ 30～40℃
50℃
高温性 30℃ 50～60℃ 70～80℃ 好氧：中温性微生物为主；
厌氧：中温性和高温性微生物为主。 27
❖ 按微生物对溶解氧的要求
好氧生物处理 厌氧生物处理 缺氧生物处理
6
共一百九十三页
按微生物生长(shēngzhǎng)方式分类
❖ 悬浮生长法（活性污泥法）
通过适当的混合方法使微生物在生物处理构筑物中
保持(bǎochí)悬浮状态，并与污水中的有机物充分接触， 完成对有机物的降解。
❖ 附着生长法（生物膜法）
第八章 活性污泥法
(Activated Sludge)
1
共一百九十三页
本章 内容 (běn zhānɡ)
❖ 第一节：污水生物处理的基本概念和生 化反应动力学基础(jīchǔ)
❖ 第二节：活性污泥法的基本概念
❖ 第三节：活性污泥法的发展
❖ 第四节、氧传递和曝气设备 ❖ 第五节、活性污泥系统工艺设计
❖ 第六节、二次沉淀池 ❖ 第七节、运行和管理
分解 CO2, H2O, NH3, SO42-, P43- + 能量
热
(1/3)
好氧生物处理过程有机物转化示意图 15
共一百九十三页
2.4. 好氧生物(shēngwù)处理过程 (con’d)
(1) 一般情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对(xiāngduì)
稳定的：
❖ 反应(fǎnyìng)温度
微生物可分为高温性（嗜热菌）、中温性、常温性 和低温性（嗜冷菌）四类。
最低温度 最适温度 最高温度
低温性 O℃
5～10℃
3O℃
常温性 5℃ 10～30℃
40℃
中温性 10℃ 30～40℃
50℃
高温性 30℃ 50～60℃ 70～80℃ 好氧：中温性微生物为主；
厌氧：中温性和高温性微生物为主。 27
❖ 按微生物对溶解氧的要求
好氧生物处理 厌氧生物处理 缺氧生物处理
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按微生物生长(shēngzhǎng)方式分类
❖ 悬浮生长法（活性污泥法）
通过适当的混合方法使微生物在生物处理构筑物中
保持(bǎochí)悬浮状态，并与污水中的有机物充分接触， 完成对有机物的降解。
❖ 附着生长法（生物膜法）
第八章 活性污泥法
(Activated Sludge)
1
共一百九十三页
本章 内容 (běn zhānɡ)
❖ 第一节：污水生物处理的基本概念和生 化反应动力学基础(jīchǔ)
❖ 第二节：活性污泥法的基本概念
❖ 第三节：活性污泥法的发展
❖ 第四节、氧传递和曝气设备 ❖ 第五节、活性污泥系统工艺设计
❖ 第六节、二次沉淀池 ❖ 第七节、运行和管理
水污染控制工程之完全混合活性污泥法
合Байду номын сангаас式（曝气沉淀池）
分建式
完全混合活性污泥法抗冲击负荷能力强，处理 效果好，污泥自动回流，工艺简单，操作管理 方便。通过延长污泥龄，可实现延时曝气，则 具有剩余污泥量少、稳定性高、无需再进行厌 氧硝化处理的特点，而且可省去初次沉淀池。 完全混合（延时曝气）活性污泥法是一种典型 的流程简洁、处理效果好及管理方便的一体化 污水处理工艺。
主要特点：a.可以方便地通过对F/M的调 节，使反应器内的有机物降解反应控制在 最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即 被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有 一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度 的有机工业废水。d.问题：微生物对有机 物的降解动力低，易产生污泥膨胀；处理 水水质较差。
主要结构形式：a.合建式（曝气沉淀池）：b.分建式
完全混合技术
完全混合技术
概念
原理
特点
结构
完全混合技术
污水与回流污泥进入曝气池后，立即与 池内的混合液充分混合，池内的混合液 是有待泥水分离的处理水。
污水已进入反应池，在曝气搅拌的作用下 立即和全池混合，曝气池内各点的底物浓 度、微生物浓度、需氧速率完全一样，不 像推流式的前后段有明显的区别，当入流 出现冲击负荷时，因为瞬时完全混合，曝 气池混合液的组成变化较小，故完全混合 法耐冲击负荷能力较大
水污染控制工程废水好氧生物处理工艺——活性污泥法
污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时 间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。
污泥龄也称固体平均停留时间或细胞平均停留时间 污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。
水力停留时间是指水在处理系统中的停留时间，单 位也是d。HRT＝V/Q，V是曝气池的体积；Q是 废水的流量。
对于推流式活性污泥法，氧的最大需要量出现在污水与污 泥开始混合的曝气池首端，常供氧不足。供氧不足会出现 厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌。供氧多少 一般用混合液溶解氧的浓度表示。
混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬 浮液。
混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中污泥 的含量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3。
它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。
指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为 mg/L、g/L或kg/m3。
把混合液悬浮固体在600℃焙烧，能挥发的部分 即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性 悬浮固体（MLIVSS）。
向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段 时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种 絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构 成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能， 称为活性污泥 。
活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一 般为0.02－2mm，含水率一般为99.2－ 99.8％，密度因含水率不同而异，一般为 1.002－1.006g/cm3。
1、污泥负荷 在(M活LS性S污)的泥重法量中比，值一(f般oo将d有t机o b物io（mBaOsDs,5F）:M与)活，性称污为泥污泥
负荷，一般用N表示。 污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。 重污量泥负在荷单位(o时rg间an内ic所lo承ad受in的gBrOaDte5,量N，S）单即位单为位kg重B量O活D5性
污泥龄也称固体平均停留时间或细胞平均停留时间 污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。
水力停留时间是指水在处理系统中的停留时间，单 位也是d。HRT＝V/Q，V是曝气池的体积；Q是 废水的流量。
对于推流式活性污泥法，氧的最大需要量出现在污水与污 泥开始混合的曝气池首端，常供氧不足。供氧不足会出现 厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌。供氧多少 一般用混合液溶解氧的浓度表示。
混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬 浮液。
混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中污泥 的含量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3。
它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。
指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为 mg/L、g/L或kg/m3。
把混合液悬浮固体在600℃焙烧，能挥发的部分 即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性 悬浮固体（MLIVSS）。
向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段 时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种 絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构 成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能， 称为活性污泥 。
活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一 般为0.02－2mm，含水率一般为99.2－ 99.8％，密度因含水率不同而异，一般为 1.002－1.006g/cm3。
1、污泥负荷 在(M活LS性S污)的泥重法量中比，值一(f般oo将d有t机o b物io（mBaOsDs,5F）:M与)活，性称污为泥污泥
负荷，一般用N表示。 污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。 重污量泥负在荷单位(o时rg间an内ic所lo承ad受in的gBrOaDte5,量N，S）单即位单为位kg重B量O活D5性
水污染控制工程 第九章 活性污泥法3
抗进水中有机负荷及pH值大幅度变化。原核微生物之所以有这种功能，主要原 因是其细胞体积十分微小，平均在1μ m3以下，体积为1μ m3的细胞结构简单， 在运行中，A段曝气池不断地接受来自中间沉淀池的沉淀污泥，使原核微生物 不断循环接种。另外，进水中人体排泄物中的高活性细菌对有机物的去除也起 重要作用，故本工艺勿需设置初沉池。
普通活性污泥法工艺流程
流程说明:
污水和回流活性污泥从曝气池的首端进人，呈推流式至曝气池末 端流出。活性污泥对有机物吸附、氧化和同化过程是在一个统一的曝 气池内连续进行的。曝气池进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低， 需氧量也沿池长逐渐减少，当进水BOD5浓度较高时，进水端污泥处于 对数增殖期,当进水BOD5浓度较低时，则污泥处于停滞期。经6～8h曝 气后，池末端污泥已进入内源呼吸期，这时污水中的BOD5浓度很低， 活性污泥微生物细胞内的贮藏物质也将耗尽,BOD5 去除率一般为90 ％～95％，出水水质好。另外，进入内源呼吸期的活性污泥的沉降性 能好，易于在二沉池中进行固液分离，剩余活性污泥量约为处理水量 的1％～2％。
分裂时间短，比表面积大，所以它有较大的营养储存容量，高的繁殖分裂速度。
(2) B段曝气池 B段曝气池在低负荷下运行。降解有机物的微生物包括细菌及原生动物。
原生动物的大量存在，对游离性细菌的去除有很大作用。由于A段曝气池已缓
解了进水有机负荷或有毒物质的冲击，B段曝气池能充分发挥生物降解有机物 的能力，使出水水质稳定。
• 2) 为了保持一定的MLSS浓度，需要对回流污泥量加以控制。
回流污泥量可根据公式确定。
4)
污泥泵的主要型式是轴流泵，运行效率较高，可用于较大规模的污
水处理厂。在选择时，应考虑不破坏活性污泥絮体，使活性污泥保持其 固有特性。采用污泥泵时，将从二沉池排出的回流活性污泥先流到污泥
普通活性污泥法工艺流程
流程说明:
污水和回流活性污泥从曝气池的首端进人，呈推流式至曝气池末 端流出。活性污泥对有机物吸附、氧化和同化过程是在一个统一的曝 气池内连续进行的。曝气池进口处有机物浓度高，沿池长逐渐降低， 需氧量也沿池长逐渐减少，当进水BOD5浓度较高时，进水端污泥处于 对数增殖期,当进水BOD5浓度较低时，则污泥处于停滞期。经6～8h曝 气后，池末端污泥已进入内源呼吸期，这时污水中的BOD5浓度很低， 活性污泥微生物细胞内的贮藏物质也将耗尽,BOD5 去除率一般为90 ％～95％，出水水质好。另外，进入内源呼吸期的活性污泥的沉降性 能好，易于在二沉池中进行固液分离，剩余活性污泥量约为处理水量 的1％～2％。
分裂时间短，比表面积大，所以它有较大的营养储存容量，高的繁殖分裂速度。
(2) B段曝气池 B段曝气池在低负荷下运行。降解有机物的微生物包括细菌及原生动物。
原生动物的大量存在，对游离性细菌的去除有很大作用。由于A段曝气池已缓
解了进水有机负荷或有毒物质的冲击，B段曝气池能充分发挥生物降解有机物 的能力，使出水水质稳定。
• 2) 为了保持一定的MLSS浓度，需要对回流污泥量加以控制。
回流污泥量可根据公式确定。
4)
污泥泵的主要型式是轴流泵，运行效率较高，可用于较大规模的污
水处理厂。在选择时，应考虑不破坏活性污泥絮体，使活性污泥保持其 固有特性。采用污泥泵时，将从二沉池排出的回流活性污泥先流到污泥
《水污染控制工程》第三章 活性污泥法2-动力学
实验时，选择不同的S，测定对应的v。求出两者的 倒数，作图即可得出如下图的直线。量取直线在两坐 标轴上的截距1/vmax和 -1/Km ，就可以求出Km及vmax。
1 Km 1 1 （2-28） v vmax S vmax
酶促反应速率
微生物增长速率 底物利用速率
底物 浓度
莫诺特（Monod）模式方程式-微生物增长
• 主要内容：
基质降解动力学：基质降解与基质浓度、生 物量等因素的关系
微生物增长动力学：微生物增长与基质浓度、 生物量、增长常数等因素的关系
底物降解与生物量增长、底物降解与需氧量、 营养要求之间的关系
反应动力学模型的假设
• 反应器处理完全混合状态 • 活性污泥系统处于绝对稳定
• 二沉池内无微生物活动、也无污泥累积、且泥 水分离效果好
有机物比降解速度（按物理意义）：
v d（S0 S） 1 dS （2-31）
Xdt
X dt
式中：
S0—原污水中有机底物的原始浓度; S—经t时间反应后混合液中残留的有机底物浓度;
t—活性污泥反应时间；
X—混合液中活性污泥总量。
根据（2-30）、（2-31）两式得:
v
vm ax
S KS
S
v d（S0 S） 1 dS
Xdt
X dt
dS
XS
dt vmax KS S
（2-32）
莫诺特（Monod）方程式推论:
dS dt
vm a x
XS KS
S
(1)高底物浓度条件下,S》KS
dS dt
vm a x X
K1 X
1 Km 1 1 （2-28） v vmax S vmax
酶促反应速率
微生物增长速率 底物利用速率
底物 浓度
莫诺特（Monod）模式方程式-微生物增长
• 主要内容：
基质降解动力学：基质降解与基质浓度、生 物量等因素的关系
微生物增长动力学：微生物增长与基质浓度、 生物量、增长常数等因素的关系
底物降解与生物量增长、底物降解与需氧量、 营养要求之间的关系
反应动力学模型的假设
• 反应器处理完全混合状态 • 活性污泥系统处于绝对稳定
• 二沉池内无微生物活动、也无污泥累积、且泥 水分离效果好
有机物比降解速度（按物理意义）：
v d（S0 S） 1 dS （2-31）
Xdt
X dt
式中：
S0—原污水中有机底物的原始浓度; S—经t时间反应后混合液中残留的有机底物浓度;
t—活性污泥反应时间；
X—混合液中活性污泥总量。
根据（2-30）、（2-31）两式得:
v
vm ax
S KS
S
v d（S0 S） 1 dS
Xdt
X dt
dS
XS
dt vmax KS S
（2-32）
莫诺特（Monod）方程式推论:
dS dt
vm a x
XS KS
S
(1)高底物浓度条件下,S》KS
dS dt
vm a x X
K1 X
水污染控制工程第五节活性污泥的工艺设计(BOD去除)
活性污泥
(4)需氧量计算(K1为0.1/d) O2＝1.46 Q(S0－Se)－1.42△Xv ＝1.46·21600m3d－1－1.42·1350 kg/d ＝5913 k1g./4d6－19含17义k。g/d＝3996 kg/d(4039)
0.1(Ma Me)
活性污泥
需氧量计算:
需氧速率:
dO 0.57(S0 Se ) 1.1Ka Ma
dt
t
需氧量 = 需氧速率×曝气池容积.
活性污泥
例题: 城市污水厂进水BOD5=200 mg/L, SS= 200 mg/L, SS中80为
VSS, VSS中40%是生物不可降解的. 污水经过初沉淀池后, BOD5可以去除30%, SS可以去除60%, 污水设计最大流量 为420 m3/h, 要求处理水的SS为小于20 mg/L, BOD5小于10 mg/L, 计算曝气池容积和污泥浓度, 以及需氧量.
=流入 - 排出
+ 合成 –内源代谢
活性污泥
根据 [Qw Xr (Q - Qw )Xe ] V[Y
以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得到：
(
dS dt
)
U
Kd
X]
0
QwXr
(Q - Qw )Xe
V[Y dS dt
Kd
X]
式左为V污X泥龄倒数：
VX 1
1c
Y(S0 - Se ) Xt
活性污泥
排放的剩余污泥(以SS计): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d 曝气池内污泥浓度MLVSS: 2400 mg/L;回流污泥浓度VSS:
10g/L·f = 8000 mg/L, 曝气池污泥浓度X与回流污泥浓度Xr 关系: X = r/(1+r) Xr 回流比r = X/(Xr
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MLVSS
混合液挥发性悬浮固体浓度，表示有机悬浮固 体的浓度，mg/L或kg/m3。
MLVSS=Ma+Me+Mi
一般，MLVSS/MLSS的值比较稳定，城市污水一般在0.750.85之间。对于不同废水，该值不同。
2）污泥沉降性能指标：
污泥沉降比，又称30min沉淀率
SV 在曝气池中取出100ml混合液于量筒中，静置30min后，测量污泥沉
SVI
1L混合1L液混3合0 液min中沉悬淀浮后固的体活干性基污质泥量容（积g）（ml）
SV MLSS
SVI值可以衡量活性污泥的沉降浓缩特性。他的测量受到很多因素影响， 如容器直径、污泥浓度等，所以，各个污水处理厂的SVI值没有可比性。
3）溶解氧（DO）及溶解氧消耗速率：
活性污泥系统曝气池中的溶解氧浓度一般要维持在2－ 4mg/L，不宜低于1mg/L。 DO消耗速率：即单位时间、单位体积的溶解氧消耗量（ mg/L·min），该参数可以看作污泥活性的量化指标。
1 基本概念
活性污泥（Activated Sludge）：
1912年英国克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现长时间曝气会 产生污泥，同时水质明显改善。继而，阿尔敦（Arden）和络开 脱（Lockett）发现了正是这些污泥对水质改善有着关键作用， 所以把 这些污泥称为Activated Sludge(活性污泥)。
杆状
螺旋状
肉足类：可以任意改变形状 原 生 动 鞭毛类：有一根或多根鞭毛 物
纤毛类：分为自由游泳型和固着型
水
处
线虫
理
系
统
中
的
后
生
动
轮虫
物
2 活性污泥的性状
活性污泥通常为黄褐色（有时为铁红色），絮绒状颗粒，一般 直径有0.02-2mm ，含水率99.2%-99.8%，密度因含水率不同而 不同，一般在1.002-1.006g/cm3范围内，比表面积大，大约20100cm2/mL。
获得方法：不同时间测 量混合溶液的DO值， 作曲线，其斜率即溶解 氧消耗速度。
以上五个参数（即MLSS,MLVSS、SV、SVI、DO消耗速 度）是工艺运行中监测的重要指标。
4）投配比F/M（kgBOD或COD/kgMLSS·d）
活性污泥的营养物或有机底物量(F)与微生物量(M)的比值(F／M)是活性污泥 微生物增厚、增殖的重要影响因素，也是有机底物降解速率、氧利用速率、 活性污泥的絮凝、吸附性能的重要影响因素。可以通过调整F/M的值，来使 活性污泥停留在我们需要的阶段。
1916年第一个活性污泥法污水处理厂建成。
其实，活性污泥并不是传统意义上的泥，在显微镜下，褐色的絮 状活性污泥中，有大量的细菌、真菌、藻类、原生、后生动物等 微生物存在，组成了一个特殊的生态系统。正是这个特殊的生态 系统将水中的有机污染物转化为细胞物质或者氧化为低能量的化 合物。
细菌最基本的形态
球状
3 活性污泥系统的指标
1）污泥浓度指标：
活性污泥由四部分物质组成： 具有活性的微生物群体(Ma)；微生物自身氧化的残留物质(Me)；原污水 挟入的不能被微生物降解或暂时没有降解的有机物质(Mi)；原污水挟入的 无机物质(Mii)。
MLSS
（混合液悬浮固体浓度），或混合液污泥浓度。 单位，mg/L或kg/m3，表示活性污泥在曝气池 混合液中的浓度。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
推流 推流
鼓风或机械 鼓风
85-95 85-90
中等浓度，对冲击负荷敏 感
气量逐渐减小
完全混合（CMAS）
完全混合
鼓风或机械 85-90
抗冲击
分步曝气（SFAS）
推流
鼓风
85-95
使用性广
剩余污泥排放：一般需要后续处理。
5 活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程
活性污泥工艺在污水工艺中的位置
进厂污水 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ格栅
污水泵房
细格栅
沉砂池
活性污泥反应池
剩余污泥
鼓风机房
污泥脱水车间
泥饼外运
UV 消毒 排放
6 活性污泥工艺分类简介
运行方式
流态
曝气方式 BOD去 除率%
附注
传统法（CAS） 渐减曝气
淀体积与原混合液体积的比值，一般用%表示。对于大部分城市污 水处理厂的活性污泥，该值在20%-30%之间。
SV值测定方法简单快捷，能相对地反映出污泥浓度、污泥凝聚、沉 降性能等，可用于控制排泥量和及时发现初期的污泥膨胀。
污泥体积指数
SVI
指曝气池出口处的混合液经过30min静置沉淀后，1g干污泥所形成的 沉淀污泥体积。SVI更能准确地评价污泥凝聚性能及沉淀性能。SVI 值低，则表明污泥粒径小、密实、无机成分含量高；SVI值高，表明 污泥沉降性能不好，将要发生或已经发生污泥膨胀。
§4.1 概述
活性污泥工艺是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术，是 一种好氧悬浮生长过程。
优点：工艺灵活、可靠、容易控制、出水质量高，除了有机
污染物以外，还可以去除部分N、P。对抗短时有机负荷和水 利负荷的能力也比较强。
缺点：工艺运行相对复杂，需要有资格和有经验的人员运行
维护，投资和运行费用尽管合理，但仍然比较大。一种活性 污泥系统的成功运行需要充分的资金、人力资源来保证。
一般投配比在0.1－0.2左右可以保证活性污泥稳定在工艺需要期。
5）去除率负荷
容积去除率负荷：单位工作体积，单位时间去除BOD
或COD的量，单位（kgBOD/m3·d或kgCOB/m3·d）
污泥去除负荷率：单位质量活性污泥，单位时间去除
COD或BOD的量，单位（kgBOD/kgMLSS·d或 kgCOD/kgMLSS·d）
增值期
活性污泥微生物各增值期特点比较
F/M 微生物变化情况
活性污泥性能
停滞期
适应新环境，没有量的增值，有 质的变化
对数增殖期 >2.2 以很高的速度增值
活动能力强、沉淀性能差
静止期
变小 生长速度减慢
絮体开始形成，凝聚、吸附以 及沉淀性能提高。
衰老期
最低
开始分解代谢、代谢微生物自身 数量减少、絮凝、吸附沉淀性 能好，处理水质好。
4 活性污泥系统(CAS)组成
曝气池：活性污泥工艺的核心，活性污泥与水中有机污染物充分混合
接触，进而将其分解吸收的场所。
曝气装置：向曝气池提供氧气，满足微生物需求。 二沉池：将活性污泥与处理完的水分离。 回流污泥系统：回流部分活性污泥，保证曝气池有足够的微生物浓
度。回流污泥泵要求大流量、低扬程，转速不能太快以免破坏絮体。