第四章 (4.1)活性污泥法的基本原理

Me——内源代谢残留的微生物有机体； Mi——未代谢的不可生化的有机悬浮固体； Mii——吸附的无机悬浮固体。
按有机性和无机性成分： MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表 示有机物含量，MLNVSS灼烧残量，表示无机物含量。 MLVSS包含了微生物量，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微生物的量。 MLVSS (Mixed liquor volatile suspended solids) MLVSS: 70% 处理生活污水的活性污泥 NVSS: 30% MLVSS: 一般范围为55％~75％
1）氧化分解
C x H y O z (x y z y )O 2 酶 xCO 2 H 2 O H 4 2 2
（4－1）
2）合成代谢（合成新细胞）
nCx H yOz nNH3 n( x
y z 5)O2 酶 4 2 （4－2） (C5 H 7 NO2 ) n n n( x 5)CO2 ( y 4) H 2O H 微生物细胞的化学式 2
粒经 比表面积
0.02～0.2mm
20～100cm2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmL
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
3.活性污泥的组成
栖息着的微生物 大量的细菌 真菌 原生动物 后生动物
活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群 体，除细菌外,还有酵母菌、放线菌、霉菌以及原生动物和后生动物。 活性污泥中细菌含量一般在107～108个/mL；原生动物103个/mL，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。
NVSS: 一般范围为25％~45％
NS
F QS 0 N XV
4.1.3 活性污泥净化反应过程
1. 活性污泥微生物的增殖 （1）活性污泥微生物增殖曲线（图4 -4活性污泥增长曲线及其 和有 机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系） （2）（BOD）——污泥负荷率（NS）：[kg BOD 5/kgMLSS•d] 定义：单位重量的活性污泥在单位时间内能够接受（承受）， 并 将其降解到预定程度的有机物污染量（BOD） QS 0 F S M XV [kg BOD 5/kgMLSS•d] 式中：F——营养物或有机底量物 M——微生物量 F/M——食料比，活性污泥的能量。 Q——污水流量：m 3/d S0——原污水有机底物（BOD5）浓度 V、X——曝气池体积和污泥浓度 NS =F/M 食料比，控制着活性污泥微生物的增殖期，是非常 重要的设计与运行参数
第4章 活性污泥法
4.1 活性污泥法的基本原理 4.2 活性污泥法净化反应影响因素与主要设计参数 4.3 活性污泥反应动力学基础 4. 4 活性污泥处理系统的运行方式与曝气池工艺参数 4. 5 活性污泥处理系统的新工艺 4.6 曝气的基础理论 4.7 曝气系统与空气扩散装置 4.8 活性污泥反应器——曝气池 4.9 活性污泥处理系统的工艺设计 4.10 活性污泥处理系统的运行管理 思考题与习题
活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态 ③ 减速增殖期（减速增长期、稳定期、平衡期）
0.1
F 2.2， M
dMa K 2 MaS dt
特征： ●营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素， ●活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。
④ 内源呼吸期（衰亡期）
量 对数增长期 减速增殖期 内源呼吸期 （污泥） c d 氧的利用速度 b
含水98％~99％ 干固体和水分 干固体1％~2% MLSS
MLVSS NVSS
2．活性微生物（Ma）的分类及作用 （1）细菌：净化污水的第一承担者，即主要承担者 ① 异养型原核细菌（107～108个/mL）——好养细菌 ● 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 ② 特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒 （2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌，具有分解有机物的功能。若大 量繁殖则会引起污泥膨胀。 （3）原生动物：肉足虫 、鞭毛虫、纤毛虫等。通过辨认原生动物的 种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生 物。原生动物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕 食者，它是污水净化的第二承担者。 （ 4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中不经常出现，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 法 的 基 本 流 程
4.1.2 活性污泥的形态及其组成
1.什么是活性污泥？ 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。
一组活性污泥图片
2.活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 黄褐色 土腥味 似矾花絮绒颗粒 曝气池混合液：1.002～1.003 回流污泥：1.004～1.006
Water Pollution Control Engineering
Historical Development suspended growth biological treatment processes
Early 1880s, Dr. Angus Smith, the aeration of wastewater in tanks to hasten the oxidation of the organic matter; In 1910, Black and Phelps, a considerable reduction in putrescibility （易腐烂） by forcing air into wastewater in basins; In 1912 and 1913, Clark and Gage, with aerated wastewater to cultivate growths of organisms in bottles and in the tanks partially filled with roofing slate（石板瓦）about 25mm apart and to greatly increase the degree of purification; In 1914, Ardern and Lockett, The sludge played an important part in the results obtained by aeration, in their paper they gave the name activated sludge.
各种内酶 胞外酶（水解酶） 透膜酶催化作用 大分子 小分子 透过细胞壁进入细胞体 内 小分子 透膜酶催化作用 透过细胞壁进入细胞体 内 进行代谢反应:
图4-22 Smith 史密斯实验
污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
+
能量
+ O2
内源呼吸残留物
图 4-5 微生物对有机物的分解代谢及合成代谢及其产物的模式图
可降解 有机物
氧化 1/3 2/3 合成
无机物＋能量 80% 新细胞物质 20% 内源代谢 残留物质 无机物＋能量
图 4-6 微生物三项代谢活动之间的数量关系（麦金尼提出）
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：
3．活性污泥絮凝体（生物絮凝体）的形成与凝聚沉淀
● 生物絮凝体——菌胶团 ● 生物絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于活性污泥的能量水平 ● 活性污泥的能量水平主要取决于Ns （BOD——污泥负荷率) ● Ns高，能量水平高，处于对数增殖期，细菌处于“壮龄”阶 段，其动能大于范德华引力，污泥不易絮凝 污泥松散 ● Ns低，能量水平低，细菌处于减衰增殖后段或内源性呼吸 期，处于“老龄”阶段，动能小于范得华引力，污泥易于絮 凝,污泥沉降性好。 ● 活性污泥中的某些微生物（如枝状动胶杆菌，酵母菌、原生动物） 分泌出粘性的胶体物质，使细菌互相连接形成菌胶团，并对微小颗粒 及可溶性有机物也具有一定的粘结性能，促进生物凝絮体的形成。
N

（3）活性污泥的增殖阶段 ① 适应期（延迟期或调整期）：是微生物细胞内各种酶 系统对环境的适应过程 ② 对数增殖期（等速增殖期）
F 2.2, M
dMa K1MaS 0 Ma t Ma 0 e K1t dt
ds dMa 特征 : 营养物过剩， ， dt max dt max
F dMa 0.1， K 3 Ma M dt
特征： ●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 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。
S(BOD)
§4. 1 活性污泥法的基本原理
4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程 4.1.2 活性污泥的形态及其组成 4.1.3 活性污泥净化反应过程
4.1.1 活性污泥法的基本概念与流程
1．活性污泥法发展历史
2．基本工艺流程
3．活性污泥法特征 • 曝气池是一个生物化学反应器 • 曝气池内混合液是一个三相混合系统： 液相—固相—气相；混合液=污水+活性污泥+空气 • 传质过程：气象中 O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体（固 相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解→降解产物 （CO2） 和（H2O）返回气相和液相。 • 物质转化过程： 有机物降解→活性污泥增长
3）内源代谢
(C5 H7 NO2 )n 5nO2 酶 5nCO2 2nH2O nNH3 H（4－3）
谢 代 解 分
代谢产物 H 2 O CO 2 NH 3
+
能量
污水中有机污染物 C x Hy Oz
+ O2
微生物 ↓
合 成 代 谢
内源呼吸产物 H 2 O CO 2 NH 3 合成细胞物质 C 5 H7 NO 2 内源呼吸 ↓
残留在废 水中的有 机物
微生物不能利用的有机物
废 水 中 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 （吸附量） 从废水中 去除的有 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） 增殖的微生物体 氧化产物
污染物的吸附转化情况
无机悬浮固体污染物 基本吸附于微生 物表面混入污泥
有办法知道确切的生物量吗？
有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的DNA量、有机氮量、 三磷酸腺苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥 的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变 化。
按McKinney的分析： MLSS=Ma+Me+Mi+Mii MLVSS=Ma+Me+Mi
式中：Ma——具备活性细胞成分；
废 水 中 的 污 染 物
不可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解的有机溶解性污染物
转化为新的微 生物体和CO2
部分转移到新的生物机体中
无机溶解性污染物 不可生物降解有机溶解性污染物
部分留于废水中 基本留于废水中
曲线①反映污水中有 机物的去除规律； 曲线②反映活性污泥 利用有机物的规律； 曲线③反映了活性污 泥吸附有机物的规律。 这三条曲线反映出，在曝气过程中： 污水中有机物的去除在较短时间( 图中是5h左右)内就基本 完成了(见曲线①)； 污水中的有机物先是转移到(吸附)污泥上(见曲线③),然后逐 渐为微生物所利用(见曲线②)； 吸附作用在相当短的时间(图中是45min左右)内就基本完成 了(见曲线③)； 微生物利用有机物的过程比较缓慢(见曲线②)。
a X0
0
时间
图 4-4 活性污泥增长曲线及其和有机 污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系 （有机污染物一次投加）
2.活性污泥净化有机物的过程
1．初期吸附去除（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。 ● 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 ● 初期吸附去除的过程 图4-22 Smith 史密斯实验 2．微生物的代谢