活性污泥法的基本原理活性污泥法中污泥产率的计算及浓度测定
污水处理-活性污泥法
△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
全面解析活性污泥法工艺的原理
全面解析活性污泥法工艺的原理展开全文◆ ◆ ◆一、活性污泥的形态、组成与性能指标1.活性污泥法工艺活性污泥法工艺是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术，其主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统以及污泥回流系统等组成（图2-5-1)。
废水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。
废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物(主要是CO2)。
非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和利用。
废水由此得到净化。
净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放；分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。
2.活性污泥的形态和组成活性污泥通常为黄褐色（有时呈铁红色）絮绒状颗粒，也称为“菌胶团”或“生物絮凝体”，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/m3；活性污泥具有较大的比表面积，一般为20~100cm2/mL。
活性污泥由有机物及无机物两部分组成，组成比例因污泥性质的不同而异。
例如，城市污水处理系统中的活性污泥，其有机成分占75%~85%，无机成分仅占15%~25%。
活性污泥中有机成分主要由生长在活性污泥中的微生物组成，这些微生物群体构成了一个相对稳定的生态系统和食物链（如图2-5-2所示），其中以各种细菌及原生动物为主，也存在着真菌、放线菌、酵母菌以及轮虫等后生动物。
在活性污泥上还吸附着被处理的废水中所含有的有机和无机固体物质，在有机固体物质中包括某些惰性的难以被细菌降解的物质。
3.活性污泥的性能指标(1) 污泥浓度指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），也称为“混合液污泥浓度”，表示活性污泥在曝气池混合液中的浓度，其单位为mg/L或kg/m3。
活性污泥法基本原2
Ns=QS/VX
污泥负荷介于0.5~1.5 BOD5⁄（㎏ 污泥负荷介于0.5~1.5 ㎏BOD5⁄（㎏MLSS·d）之间区域，SVI值很 （㎏MLSS· 之间区域，SVI值很 污泥沉降效果不佳，属污泥膨胀高发区，因此， 高，污泥沉降效果不佳，属污泥膨胀高发区，因此，应避免采用这一 区段的污泥负荷。 区段的污泥负荷。
3）θc长，活性污泥吸附的有机物被氧化掉的多， 活性污泥吸附的有机物被氧化掉的多， 需氧量就大，增加的污泥量就少；反之， 需氧量就大，增加的污泥量就少；反之，吸附的有机物被 氧化的量就少，一部分来不及氧化的有机物就作为剩余污 氧化的量就少， 泥排除系统，需要的氧量相应就少些。 泥排除系统，需要的氧量相应就少些。 4）污泥龄和污泥负荷的关系：当有机负荷低时，剩 污泥龄和污泥负荷的关系：当有机负荷低时， 余污泥量小，污泥龄较长；当有机负荷高时， 余污泥量小，污泥龄较长；当有机负荷高时，污泥合成较 剩余污泥龄大，污泥龄就较短。 快，剩余污泥龄大，污泥龄就较短。 污泥负荷 污泥龄/d 污泥龄/d 高负荷 0.2～2.5 0.2～ 中负荷 5～15 低负荷 2 荷
200
100 高 负 荷 0 2.5 2.0 1.5 0.5 2.5 0
低 负 荷
BOD-污 泥 负 荷 率 (kgBOD/kgMLSS· d)
图
17-2 污 泥 负 荷 与 SVI值 之 间 的 关 系
一般地，高负荷时，选择在1.5~2.0 ㎏BOD5⁄（㎏ 一般地，高负荷时，选择在1.5~2.0 MLSS· 范围内；中负荷时，选择范围： MLSS·d）范围内；中负荷时，选择范围：0.2~0.4 ㎏ （㎏MLSS ）；低负荷时 选择范围： MLSS· 低负荷时， BOD5⁄（㎏MLSS·d）；低负荷时，选择范围：0.03~0.05 （㎏MLSS MLSS· ㎏BOD5⁄（㎏MLSS·d）。 对城市污水，BOD-污泥负荷率多取值为0.3~0.5㎏ 对城市污水，BOD-污泥负荷率多取值为0.3~0.5㎏ （㎏MLSS ），BOD 去除率可达90 以上。 MLSS· 90％ BOD5⁄（㎏MLSS·d），BOD5 去除率可达90％以上。 对剩余污泥不便处理与处置的污水处理厂， 对剩余污泥不便处理与处置的污水处理厂，应采用较 低的BOD 污泥负荷率，一般不宜高于0.2 BOD低的BOD-污泥负荷率，一般不宜高于0.2 ㎏BOD5⁄（㎏ MLSS· ），污泥自身氧化过程加强 产泥量减少。 污泥自身氧化过程加强， MLSS·d），污泥自身氧化过程加强，产泥量减少。 在寒冷地区修建的活性污泥法系统， 在寒冷地区修建的活性污泥法系统，曝气池也应采用 较低的BOD 污泥负荷率， BOD较低的BOD-污泥负荷率，这样能够在一定程度上补偿由于 水温低对微生物降解反应带来的不利影响。 水温低对微生物降解反应带来的不利影响。
活性污泥污泥浓度的测定
活性污泥污泥浓度的测定活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法。
这种生物絮体叫做活性污泥，它由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成，具有降解废水中有机污染物（也有可部分利用无机物）的能力，显示生物化学活性。
污泥浓度、污泥指数、污泥沉降比的测定1 适用范围曝气池活性污泥的污泥浓度、污泥指数、污泥沉降比。
2 定义污泥浓度是指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体数量。
单位：mg/L。
污泥沉降比是指曝气池混合液在100ml量筒中，静置沉淀30分钟后，沉淀污泥与混合液之体积比（%）。
污泥指数是指曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所占的容积，以ml计。
3 仪器3．1 天平3．2 定量滤纸3．3 烘箱3．4 真空泵3．5 扁嘴无齿镊子3．6 实验室其它常用仪器4 活性污泥污泥浓度的测定采样与样品保存实验室样品采集在干净的玻璃瓶内，采样之前用待采的水样清洗三次，然后采集具有代表性的水样100―200ml，盖严瓶塞。
应尽快分析。
5 活性污泥污泥浓度测定步骤5．1 滤纸准备用扁嘴无齿镊子夹取定量滤纸放于事先恒重的称量瓶内，移入烘箱中于103―105℃烘干半小时后取出置于干燥器内冷却至室温，称其重量。
反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.2mg，记录（W1）。
将恒重的滤纸放在玻璃漏斗内。
5．2 试样测定用100ml量筒量取充分混合均匀的试样100ml，静止30分钟后读取沉淀后污泥所占的体积V（ml）。
倾去上述量筒中清液，用准备好的滤纸进行过滤量筒中的污泥，并用少量蒸馏水冲洗量筒，合并滤液。
（为提高过滤速度，应采用真空泵进行抽滤。
）将载有污泥的滤纸放在原恒重的称量瓶里，移入烘箱中于103―105℃下烘2~3小时后移入干燥器中，使冷却到室温，称其重量。
反复烘干、冷却、称量，直至两次称量的重量差≤0.4mg为止，记录（W2）。
活性污泥法
空气净化器--改善曝气系统运行状态, 防止扩散器阻塞. 鼓风机--供应压缩空气.
a.鼓风曝气
(水下曝气)
空气输配管系统—输送空气.
扩散器--将空气分散成空气泡，将 氧溶解于水中 .
扩散器
1.气泡大小 （1）小气泡扩散器 （2）中气泡扩散器 （3）大气泡扩散器 （4）微气泡扩散器 2.外形 (1)管式 (2)盘式
2.2.2 微生物生长动力学-----莫诺德方程
1.细胞反应速率的定义
微生物比增长速率μ 的提出？
当微生物生长不受外界条件限制（对数增长期）时，
μ表示每单位微生物的增长速度
1.细胞反应速率的定义
绝对速率---是单位时间 单位反应体积某一组分的 变化量。
细胞生长速率
比速率---是以单位浓度 细胞为基准而表示的各个 组分的变化速率。
废水的生物处理
-----活性污泥法
activated sludge process
1.基本概念
1.1 活性污泥及其组成
1.2 评价活性污泥数量和性能的指标
1.3 活性污泥净化反应过程 1.4 活性污泥的增殖规律
1.1 活性污泥及其组成
1.外观形态： 多为黄褐色絮体，含水率超过99％.
2.活性污泥组成 M =Ma + Me + Mi + Mii
污泥增长数率 N S V曝气池 Se 沉淀性能变好 有机物降解数率
3．DO溶解氧
(1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（Rr 需氧速率）
dc ，其池中的溶解氧DO不变。 ＝曝气器的供氧速率时 dt
(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。
二、活性污泥法的基本原理与概念
三、活性污泥法的基本工艺参数
BOD ——容积负荷与BOD——污泥负荷 1、曝气池的BOD ——容积负荷： 1）BOD ——进水容积负荷 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）。
NV Q Si V
( kgBOD
5
m d)
3
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
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。 ⑤ 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
无机代谢产物,随出水排出 少量能量
钟虫
小口钟虫
肾形虫
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： 99.299.8% 固体物质的组成：0.2~0.8% 固体物质的组成 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）
Ns Q Si X V
kgBOD
5
kgMLSS
活性污泥法基本原
► 5.
活性污泥法基本流程
污水经物化预处理后与二沉池回流污 泥同时进入曝气池，通过曝气搅拌作用， 使污泥呈悬浮态并和污水完全混合，污水 中的有机物被活性污泥吸附并降解或同化， 最终转化为二氧化碳和剩余污泥，污水因 而得到净化。净化后的污水和活性污泥在 二沉池中进行固液分离，上清液溢流排放， 沉淀浓缩的污泥一部分作为接种污泥回流 到曝气池，另一部分则作为剩余污泥排放。
►
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
污水与污泥混合曝气后BOD的变化曲线
► 3.絮凝与沉淀 3.絮凝与沉淀
絮凝体是活性污泥的基本结构，它能够防止 微型动物对游离细菌的吞噬，并承受曝气等不利 因素的影响，更有利于与处理水分离。 沉淀是混合液中固相颗粒同废水分离的过程， 好坏直接影响出水水质。
3. 活性污泥的组成
► ►
活性污泥含水率一般都在99%以上，固体物质仅占1%以 活性污泥含水率一般都在99%以上，固体物质仅占1%以 下。而这1%固体物质由有机和无机两部分组成。 下。而这1%固体物质由有机和无机两部分组成。 有机部分包括： Ma——具有代谢功能活性的微生物群体； ——具有代谢功能活性的微生物群体； Me——微生物内源代谢、自身氧化残留的微生物有 ——微生物内源代谢、自身氧化残留的微生物有 机体； Mi ——由原污水挟入的不可生化的有机物质 ； ——由原污水挟入的不可生化的有机物质 无机部分包括： Mii——由原污水挟入的无机物质 。 ——由原污水挟入的无机物质
各种内酶 → 进行代谢反应 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
1〉氧化分解 2〉合成代谢（合成新细胞） 3〉内源代谢
二、活性污泥法的基本原理与概念演示课件.ppt
18年
20
废水好氧生物处理中异养微生物的代谢途径
无机代谢产物，随水排出
少量能量
代谢产物
＋ 能量
O2
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
污水中的可 降解有机物
+ 异养微生物
摄取
(1/3) 分解代谢
(2/3) 合成代谢
新细胞物质
（C5H7NO2）
～80%
内源呼吸
～20%
内源呼吸产物 + 能量
(CO2、H2O、NH3、SO42-…)
XV X rQw
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1，8年否则污泥会老化，影响处理效果；污泥龄不能短于活性污29 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
BOD ——容积负荷与BOD——污泥负荷 1、曝气池的BOD ——容积负荷：
肉足虫
鞭毛虫
纤毛虫
钟虫
小口钟虫
肾形虫
18年
纤毛虫
0.1mm
原生动物中以纤 草履虫 毛虫居多数，固
着型纤毛虫可作
为指示生物，固
盖纤虫 着型纤毛虫如钟
虫、等枝虫、盖
变形虫
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。 17
C、后生动物
线虫
轮虫
18年
18
原（后）生动物作为“指示性生物”
正18年常范围： 50150 ml/g（城市污水）
25
（4）污泥体积指数（SVI）
V\ X
空气
废水
初次 沉淀池
活性污泥法的基本原理
活性污泥法的基本原理活性污泥法的基本原理⼀、活性污泥法的基本⼯艺流程1、活性污泥法的基本组成①曝⽓池：反应主体②⼆沉池： 1）进⾏泥⽔分离，保证出⽔⽔质；2）保证回流污泥，维持曝⽓池内的污泥浓度。
③回流系统： 1）维持曝⽓池的污泥浓度；2）改变回流⽐，改变曝⽓池的运⾏⼯况。
④剩余污泥排放系统： 1）是去除有机物的途径之⼀；2）维持系统的稳定运⾏。
⑤供氧系统：提供⾜够的溶解氧2、活性污泥系统有效运⾏的基本条件是：①废⽔中含有⾜够的可容性易降解有机物；②混合液含有⾜够的溶解氧；③活性污泥在池内呈悬浮状态；④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持⼀定浓度的活性污泥；⑤⽆有毒有害的物质流⼊。
⼆、活性污泥的性质与性能指标1、活性污泥的基本性质①物理性能：“菌胶团”、“⽣物絮凝体”：颜⾊：褐⾊、（⼟）黄⾊、铁红⾊；⽓味：泥⼟味（城市污⽔）；⽐重：略⼤于1，（1.002~1.006）；粒径：0.02~0.2 mm；⽐表⾯积：20~100cm2/ml。
②⽣化性能：1) 活性污泥的含⽔率：99.2~99.8%；固体物质的组成：活细胞（Ma）、微⽣物内源代谢的残留物（Me）、吸附的原废⽔中难于⽣物降解的有机物（Mi）、⽆机物质（Mii）。
2、活性污泥中的微⽣物：①细菌：是活性污泥净化功能最活跃的成分，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；基本特征：1) 绝⼤多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2) 在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3) 具有较⾼的增殖速率，世代时间仅为20~30分钟；4) 其中的动胶杆菌具有将⼤量细菌结合成为“菌胶团”的功能。
②其它微⽣物------原⽣动物、后⽣动物----在活性污泥中⼤约为103个/ml3、活性污泥的性能指标：①混合液悬浮固体浓度（MLSS）（Mixed Liquor Suspended Solids）：MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/l g/m3②混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（Mixed Volatile Liquor Suspended Solids）：MLVSS = Ma + Me + Mi；在条件⼀定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污⽔，⼀般是0.75~0.85③污泥沉降⽐（SV）（Sludge Volume）：是指将曝⽓池中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；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可⽤以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为20~30%。
活性污泥法的设计计算(共33张PPT)
得
二、劳伦斯-麦卡蒂〔Lawrence -McCarty〕法
排除的剩余活性污泥量计算 dx/dt = yobs•(dS/dt)
所需的空气量计算
理论耗氧量=有机物氧化的耗氧量- 转化为剩余 污泥的有机体的有机物耗氧量
1/θc = Yds/dt - kd
所以
其三是碳水化合物过多会造成膨胀。
造成非丝状菌性污泥膨胀的原因
经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的外表附着水，细菌外面包有黏度 极高的粘性物质，这种粘性物质是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、 脱氧核糖等形成的多糖类。
非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此 时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多 糖类物质，使活性污泥的外表附着水大大增加，致使SVI升高，形成污 泥膨胀。 解决污泥膨胀的方法
概括起来就是预防和抑制。预防就要加强管理，及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥 指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。
污泥发生膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的制止措施：
当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧 在2mg／L以上；
加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新污泥置换老污泥；
解决腐化的措施是：加大曝气量，以提高出水溶解氧含量；疏通堵塞，及时排泥
十一、序批式活性污泥法〔SBR法〕
9.6 活性污泥法系统的运行管理
一、活性污泥的培养与驯化
(一)活性污泥的培养 (二)活性污泥的驯化
二、活性污泥运行中常见的问题 (一)污泥膨胀
广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混 浊的现象总称为活性污泥的膨胀。
活性污泥的工作原理、计算及操作规程总结
活性污泥的工作原理、计算及操作规程总结活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，1912年由英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现，活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，活性污泥主要用来处理污废水。
活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机污水的一类好氧处理方法。
活性污泥是一种好氧生物处理方法，活性污泥基本概念是1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Gage）发现的。
他们对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。
继而阿尔敦Arde和Lockgtt对这一现象进行了研究。
曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。
由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。
随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。
1916年，应用这个试验的工艺建成的第一个活性污泥法污水处理厂。
在显微镜下观察这些褐色的絮状污泥，可以见到大量的细菌，还有真菌，原生动物和后生动物，它们组成了一个特有的生态系统。
正是这些微生物（主要是细菌）以污水中的有机物为食料，进行代谢和繁殖，才降低了污水中有机物的含量。
1、工作原理活性污泥中复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的食物链。
最先担当净化任务的是异氧菌和腐生性真菌，细菌特别是球状细菌起着最关键的作用，优良运转的活性污泥，是以丝状菌为骨架由球状菌组成的菌胶团。
沉降性好，随着活性污泥的正常运行，细菌大量繁殖，开始生长原生动物，是细菌一次捕食者。
活性污泥常见的原生动物有鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫和吸管虫。
活性污泥成熟时固着型的纤毛虫、种虫占优势；后生动物是细菌的二次捕食者，如轮虫、线虫等只能在溶解氧充足时才出现，所以当出现后生动物时说明处理水质好转标志。
活性污泥法中污泥产率的计算
活性污泥法中污泥产率的计算Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】活性污泥法中污泥产率的计算吴凡松彭永臻（中国市政工程华北设计研究院）（北京工业大学环境与能源工程学院）提要：根据IAWQ活性污泥模型确定的原理，推导出活性污泥系统中污泥产率的计算公式，并通过实例验证，当系统中设置初沉池或不设初沉池时应采用不同的计算公式。
关键词：IAWQ活性污泥模型 ATV A131标准污泥产率初沉池引言文中的污泥产率是指污泥的净产率，而非表观产率，它是生物处理系统产生的污泥量(MLSS)与进入生物系统的BOD5数量的比值。
对于按泥龄法设计的活性污泥系统，污泥产率是最重要的设计参数之一。
在泥龄和MLSS浓度确定的情况下，按照以下公式即可计算出生物池容积：V=Q·BOD5·Yt·θc／X式中： Q——生物处理系统设计流量，m3／d；BOD5—进入生物处理系统的BOD5浓度，kg／m3；Yt——污泥产率，kgMLSS／kgBOD5；θc——泥龄，d；X——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，g／L；设计中污泥产率通常按公式法求算，有时也可按经验选取。
1 污泥产率公式的推导关于活性污泥产率的计算方法，可依据IAWQ活性污泥模型进行推导。
该模型中有机物和污泥挥发性组分均采用COD作为计量参数，考虑到习惯性问题和实用化，这里仍采用BOD5作为可生物降解有机物的计量参数，采用SS或VSS作为污泥的计量参数。
对于特定污水，这些参数与COD之间存在定量换算关系。
（1）根据IAWQ活性污泥模型确定的原理，来自进水中的固定性悬浮固体（FSS）和不可生物降解VSS将全部截留在活性污泥絮体内，由此产生的污泥量（XI）可由下式求得：XI=Q·SS·（1-fV+fV·fNV）（1）式中： fV——进水SS中挥发份所占比例，我国城市污水典型实测值为～；fNV——进水VSS中不可好氧生物降解部分所占比例，典型值为～。
污水的生物处理--活性污泥法
物降解与活性污泥增长
微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢两项生理活动完成的。 微生物增殖的基本方程式： dX dX dX 上式 变形为：△XV=Y（Sa-Se）Qd/Vt - gKd.Xvdt s dt e 剩余污泥量计算： △Xv= Y（Sa-Se）Q- Kd.Xv BOD-污泥去除负荷：Nrs=Q.Sr/V.Xv 1/θc=Y.Nrs-Kd Y、Kd的取值：经验数据，城市污水：Y取0.4-0.6；Kd取0.05-0.1
(S0-Se)/x.t=k2.Se可按Y=aX形式作图 VmaxKs的确定 K2的取值：0.0168—0.0281
对完全混合曝气池的应用
计算BOD—污泥去除负荷率Nrs Nrs=Q(S0-Se)/X.V=(S0-Se)/x.t=k2Se
计算容积去除负荷率： Nrv=Q(S0-Se)/V=(S0-Se)/t=k2XSe
曝气与空气扩散系统
进水 来自初沉池
V、X
曝气池
出水
Q-Qw 、Xe
二沉池
回流污泥 Xr
Qw、 剩X余r污泥
污泥龄定义：曝气池内活性污泥总量（VX）与每日排放的污泥量(△X )之比。
c
XV X
X QW X R
泥负荷与BOD容积负荷
在具体工程应用上， BOD—污泥负荷以F/M表示。 F/M=Ns=Q.Sa/X.V(kg/kgMLSS.d)
弧状菌
葡萄球菌
变形虫
丝状菌
草履虫 吸管虫属
小口钟虫 累枝虫
圆筒盖虫
轮虫
3、活性污泥微生物的增殖与活性污泥的增长
增殖规律用增殖曲线表示。根据微生物的生长速度，整个曲线
对数增殖期（增殖旺盛期）：增殖速度达最大，且为常数，所以又称 减速增殖期（稳定期或平衡期）：增殖速度变慢，直至为0，细菌总数 内源呼吸期（内源代谢期或衰亡期）：细菌进行内源代谢，细菌总数 4、活性污泥絮凝体的形成：有多种学说。
活性污泥法介绍
局限性
能耗较高
活性污泥法的曝气、混合、沉淀等过程需要消耗 大量能源，增加了运行成本。
对温度和pH值有要求
活性污泥法的最佳运行温度和pH值范围有限， 需根据实际情况调整。
ABCD
对有毒物质敏感
活性污泥法对有毒物质较为敏感，少量有毒物质 可能导致活性污泥死亡或性能下降。
占地面积较大
活性污泥法需要较大的构筑物和沉淀池，占地面活性污泥法的发展趋势与研究方向
活性污泥法的发展趋势
高效低耗
资源化利用
通过优化工艺参数、改进反应器结构和加 强过程控制，提高活性污泥法的处理效率 ，降低能耗和运行成本。
将活性污泥中的有机物和营养元素进行回 收利用，如制作肥料、生物质能等，实现 资源循环利用。
低碳环保
智能化控制
减少温室气体排放，降低对环境的影响， 同时加强污泥处理和处置过程中的环境监 测和监管。
利用物联网、大数据、人工智能等技术手 段，实现对活性污泥法的智能化控制，提 高处理过程的稳定性和可靠性。
活性污泥法的研究方向
微生物种群与代谢机制 深入研究活性污泥中微生物的种 群结构、代谢机制及其与环境因 素的相互作用关系，为优化工艺 提供理论支持。
过程控制与智能化 研究活性污泥法的智能化控制策 略，开发高效的过程控制算法和 监测技术，提高处理过程的稳定 性和可靠性。
有机物降解
通过微生物的代谢作用， 将污水中的有机物转化为 二氧化碳和水等无机物。
氧气供应
通过曝气设备向池内提供 足够的溶解氧，支持微生 物的呼吸作用。
沉淀池
泥水分离
出水排放
通过沉淀作用将活性污泥与处理后的 水分离，使出水清澈。
经过沉淀后的清洁水可进行排放或再 利用。
活性污泥法公式
设计污泥停留时间（d）：θcd = SF • θcm
N—出水的NH4+—N浓 度（mg/L）； T—温度（℃）； KO2 — 氧 的 半 速 率 常 数，0.45—2.0mg/L； SF — 安 全 系 数 ， 2.0 — 3.0。
V = YQ(So − Se )θcd X (1 + Kdθcd )
滤 池 填 料 高 度 2m （ 有 效 高 度 0.3m，同时防止滤料被冲出）。
反应器的长、宽
用材(单个)：园形<正方形<长方 形；布水均匀性：长/宽较大为好。
EGSB 高径比可达 20 以上
反应器升流速度，
m/h
vr=Q/A=V/HRT.A=H/HRT
0.5-2.0m/h； EGSB：5-10m/h
M—容积负荷[gBOD5/(m3.d)]。1000~1500
H—填料层总高度，m。一般为 3m f—每格氧化池面积，≤25m2。
校核接触时间
t = nfH Q
有效接触时间一般为 1.5~3.0h。
氧化池总高度 需气量
Ho=H+h1+h2+(m-1)h3 +h4
D=DoQ
h1—超高，0.5~0.6m； h2—填料上水深，0.4~0.5m； h3—填料层间隙高，0.2~0.3m（采用蜂窝形或 波纹形填料时）；
Young 和 McCarty 经验公式：
E = 100[1 − SK (HRT )−m ]
Lettinga 经验公式：
HRT
=
⎜⎜⎝⎛
1
−E C1
⎟⎟⎠⎞C2
反应器的容积，m3 V = Q. HRT或V=Q.So/q
SK=1.0 ， m=0.4 ； 交 叉 流 型 滤 料 SK=1.0，m=0.55。
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活性污泥法的基本原理一．基本概念和工艺流程（一）基本概念1．活性污泥法：以活性污泥为主体的污水生物处理。
2．活性污泥：颜色呈黄褐色，有大量微生物组成，易于与水分离，能使污水得到净化，澄清的絮凝体（二）工艺原理1．曝气池：作用：降解有机物（BOD5）2．二沉池：作用：泥水分离。
3．曝气装置：作用于①充氧化②搅拌混合4．回流装置：作用：接种污泥5．剩余污泥排放装置：作用：排除增长的污泥量，使曝气也内的微生物量平衡。
混合液：污水回流污泥和空气相互混合而形成的液体。
二．活性污泥形态和活性污泥微生物（一）形态：1、外观形态：颜色黄褐色，絮绒状2．特点：①颗粒大小：0.02－0.2mm ②具有很大的表面积。
③含水率>99%,C<1%固体物质。
④比重1.002－1.006，比水略大，可以泥水分离。
3.组成：有机物：{具有代谢功能，活性的微生物群体Ma{微生物内源代谢，自身氧化残留物Me{源污水挟入的难生物降解惰性有机物Mi无机物：全部有原污水挟入Mii（二）活性污泥微生物及其在活性污泥反应中作用1．细菌：占大多数，生殖速率高，世代时间性20-30分钟；2．真菌：丝状菌→污泥膨胀。
3．原生动物鞭毛虫，肉足虫和纤毛虫。
作用：捕食游离细菌，使水进一步净化。
活性污泥培养初期：水质较差，游离细菌较多，鞭毛虫和肉足虫出现，其中肉足虫占优势，接着游泳型纤毛虫到活到活性污泥成熟，出现带柄固着纤毛虫。
☆原生动物作为活性污泥处理系统的指示性生物。
4．后生动物：（主要指轮虫）在活性污泥处理系统中很少出现。
作用：吞食原生动物，使水进一步净化。
存在完全氧化型的延时曝气补充中，后生动物是不质非常稳定的标志。
（三）活性污泥微生物的增殖和活性污泥增长四个阶段：1．适应期（延迟期，调整期）特点：细菌总量不变，但有质的变化2．对数增殖期增殖旺盛期或等速增殖期）细菌总数迅速增加，增殖表速率最大，增殖速率大于衰亡速率。
3．减速增殖期（稳定期或平衡期）细菌总数达最大，增殖速率等于衰亡速率。
4．内源呼吸期：（衰亡期）细菌总数不断减小，增殖速率小于衷亡速率，微生物的增殖要受到有机物含量的控制。
（四）活性污泥絮凝体形成菌胶团：P99 细菌集团MLSS原理：活性絮凝体的形成与曝气池内的能含量有关☆能含量：曝气池内的有机物量与微生物量的比值，用F/M表示。
有机物F小，F/M小，能含量低，处于内源呼吸期，有利于絮凝体形成。
F大，F/M大，1/2mv2大，引力小不易结合。
F小，F/M小，V↓，易结合成小的菌胶团→生物絮凝体。
Ma+Me+Mi+Mii三．活性污泥净化反应过程１、初期吸附去除阶段5-10分钟有机物高速去除定义：P100，吸附去除的原因→有巨大表面积，吸附力强，外部覆盖着多糖类的粘质层。
吸附去除结果：有机物从污水中转移到活性污泥上去2．微生物代谢酶：透膜酶大分子（水解酶）→小分子（透膜酶）→细菌体内→微生物代谢↗（分解代谢）→无机物+Q ↗残存物质（20%）有机物+O2（异养菌）→（合成代谢）→新细胞（内源代谢）→无机物质+Q（80%）4.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计运行参数一．影响因素1．营养物质平衡：C N P碳源N源无机盐类C→BOD5≥100m3/L 城市污水满足对某些工业废水，C低，补充碳源N：生活污水满足对某些废水，N不足。
（尿素，（NH4）2SO4Na3PO4-K3PO4 C:N:P=100:5:12．DO：{过低：微生物生理活动不能正常进行，处理效果差{过高：①有机物降解过快，微生物因缺营养而死亡②耗能过大经济浪费曝气池出口处DO 2mg/L(局部区域进水口处较低，不宜低于1mg/L) 3．PH 6.5—8.5 偏碱PH> 8.5 粘性物质破坏→活性污泥结构破坏PH<6.5:分子结构有变化4.水温:{低温细菌{中温细菌一般化10℃--45℃污水中草药15℃--35℃{高温细菌↘对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外要有保温措施.5.有毒物质→ 对微生物抑制和毒害作用重金属离子CN- 酚S2-二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数目标:{①使水质,水量得到控制{②使活性污泥量保持相对稳定{③控制混合液中DO浓度,满足要求{④使活性污泥有机物和DO充分接触控制指标(对活性污泥的评价指标)→(工程上)设计运行操作的参数1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标混合液→ 污泥浓度⑴混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度) 英文:Mixed liquid suspended solids (mlss)定义:P106MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积MLSS=M a+Me+Mi+Mii (Me+Mi)→非活性Mii→无机⑵混合液挥发性悬浮固体浓度SS {MLVSS 有{MLSS 无一般用f表示=MLVSS/MLSS 城市污水落石出0.7---0.8２、活性污泥的沉降性能及评定指标⑴污泥沉降比P107SV=(混合液30min静沉的沉降污泥体积ml)/(原混合液体积l)意义:SV小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好.城市污水: 15%---30%⑵污泥溶积指数: (SVI) (sludgs V olume Index)SVI=(混合液30min静沉形成的活性污泥溶积ml)/（混合液中悬浮固体干重g）=（（混合静沉30min的污泥体积）/（混合液体积））/（（混合液悬浮固体干重）/混合液体积））=SV/MLSS意义：SVI过低，无机颗粒多，污泥缺乏活性。
SVI过高，污泥沉降性能不好，易发生膨胀。
SVI：70-100 SVI=100 SVI=120工程意义：{①SVI与OBD污泥负荷关系{②SVI－MLSS图3．污泥龄（sludge age）指曝气池内活性污泥平均停留时间，以称生物固体平均停留时间。
在曝气池内，有机物降解过程中，微生物保持系统平衡，必须排除相当于每日增长的污泥量。
所以，排除污泥量=每日增长的污泥量△X= { 随上清液排放的污泥土（Q-Qw）Xe{从二沉池底部排出的污泥QwXr△X=(Q-Qw)Xe+Qw-Xr污泥量定义：曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比Qc=XV/△X=XV/((Q-Qw)Xe+QwXV)X:代表微生物量X Xr Xe XvS:代表有机物量Sa Se So回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度（Xr）max=106/SVI4.BOD—污泥负荷和BOD—容积负荷F/M=NS=（QSa）/(XV) (kgBOD)/(kg mlss d)定义：V=(QSa)/(XNs) Q—日平均流量m3/sSa 进入曝气池的原污水有机污染物（BOD）浓度Sa=（1-η）S0（经除尘之后）Sa=S0 直接进入在工程上：BOD容积负荷Nv=(Q Sa)/v (kg BOD)/(m2曝气池d)Nv=NsXNs 选取{过高，有机物降解和微生物繁殖速度都很大{过低，有机物降解和微生物繁殖速度慢，容积大，增加了基建投资Ns {高负荷：1.5-2.5 kgBOD5/kgMlss d｛中负荷（一般）：0.5-0.2{低负荷：≤0.1SVI 0.5-1.5 避免易发生污泥膨胀城市污水：Ns：0.5-0.3５．有机物的降解和活性污泥增长｛合成代谢---新细胞↘差值---净增值----排放｛内源代谢---减少新细胞↗△X=aSr-bx b---自身氧化率a---合成产率Sr=Sa-Se (dx/dt)g=(dx/dt)s-(dx/dt)e(dx/dt)s=Y(ds/dt)u Y—合成产率系数(dx/dt)e=kdsv(dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv----微生物增值速度基本方程式(ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(Sa-Se)/(V/Q)=Q(Sa-Se)/V△X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv 同乘v△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv →用来计算排放的剩余污泥量Y Kd 的确定（上式同除以VXv）△X/VXv=YQ(Sa-Se)/VXv-KdBOD污泥去除负荷Xv/△X=Qc ∴1/Qc=Ynys-KdNys与Qc成反比关系用图解法确定Y Kd 图经验数据生活污水: Y 0.4—0.65Kd 0.05—0.1城市污水; Y 0.4—0.5Kd 0.07工业废水，Y Kd 按实测数据由图解法组成6．有机物的降解与需氧量需氧过程{有机物降雨量降解的需氧量{微生物内源代谢自身氧化需气量Ov=a’Q(Sa-Se)+b’VXv 用来计算曝气池内实际需氧量a′:有机物降解需氧量b′:需氧率图解确定O2/VXv=a′Q(Sa-Se)/VXv+b′=a′Nrs+b′同除以Q(Sa-Se)O2/QSr=a′+b′/Nrs结论：降解单位有机物需氧量小，BOD去除率高。
a′b′确定O2/VXv=a′+b′/Nrsa′ 0.42---0.53 b′ 0.188---0.114.3 活性污泥反应动力学基础一．概述研究目的{①研究反应速度和环境因素间的关系｛②对反应的机理进行研究，使反应进行控制反应动力学方程式{米门方程式1913研究酶促反应速度{莫诺方程式1942｛劳—麦方程式1970二．莫诺方程式１．基本方程式形式提出人：莫诺时间:１９４２试验条件：纯种生物在单一底物的培养基中试验内容：研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系结果与米门方程式相同μ=μmaxS/(Ks+S) μ---比增值速度（单位生物量的增殖速度）Ｓ―有机底物的浓度Ｋs－饱和常数当μ=1/2μmax时，有机底物的浓度有机物比降解速度与底物浓度关系V=VmaxS/(Ks+S) (1)V=-(ds+dt)/x v=f(s)-ds/dt=vmaxXS/(Ks+S) (2)２．推论（１）对于高底物浓度条件下S>>KsV=Vmax=k1-ds/dt=vmaxx=k1x结论：①在高底物浓度下，有机底物以最大速度进行降解，与有机底物浓度无关，其降解速度只与污泥浓度有关。
②低底物浓度，S<<KsV=VmaxS/Ks=k2S (3)-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX (4)结论：在低底物浓度下，有机底物降解速度与有机底物浓度有关，且成一级反应（有机物多，无机物少）由（４）得－∫s0sds/dt=∫0tk2xsdtS=S0e-k2xt３．莫诺方程式在曝气池中的应用Ｑ（Ｓa-Se）/v=-ds/dtQ(Sa-Se)/v=Nrv ∴ds/dt=Nrv(1) 用来计算Nrv=-ds/dt=Q(Sa-Se)/v=(Sa-Se)/tk2Xse=Q(Sa-Se)/v(2)计算Ｎrs k2Se=Q(Sa-Se)/xv=Nrs(3)计算有机物降解率η=(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt)４．有关k2的确定（图解法）Q(Sa-Se)/xv作纵轴Se-X斜率k2经验数据0.0168---0.0281三．劳—麦方程式１．概念：（１）把污泥龄改名为生物固体平均停留时间（２）提出单位底物利用率概念２．基本方程式（１）劳---麦第一方程式１/Qc=Yq-Kd（２）劳－麦第二方程式v=qv=KS/(Ks+S) →(ds/dt)u/xa=KS/(Ks+S)３．劳-麦方程式的推论及应用①Se—Qc关系②Xa—Qc Xa=YQQc(Sa-Se)/t(1+KdQc)③R---Qc④V与q的关系(ds/dt)u/Xa=k2Se →Q(Sa-Se)/XaV=k2Se →v=Q(Sa-Se)/k2XaSe曝气池容积的计算方法{①Ns V=Q(Sa-Se)/NsX{②Nrs V=Q(Sa-Se)/NrsXv{③劳麦{v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc){v=Q(Sa-Se)/k2SeXa⑤两种产率△X=YQ（Sa-Se）-KdVXv合成产率微生物的净增值量Yobs=Y/(1+KdQc)△X计算{△X=YQ(Sa-Se)-KdVXv{△X=YobsQ(Sa-Se)4.4 曝气池的理论基础作用：充氧搅拌方法：鼓风曝气：从鼓风机中房或空气压缩机房送来的空气，经过设置在曝气池底的空气扩散装置，溶解于水中。