生化處理技術(shù)模塊1第三章水的生物處理（一）活性污泥法一、污水的生物處理法(概念)二、生物處理法的分類1、按參與處理過程的微生物分類：*好氧生物處理法：參與處理過程的微生物以好氧微生物為主，主要用于處理城市污水、易于生物降解的有機(jī)工業(yè)廢水。*厭氧生物處理法：參與處理過程的微生物以厭氧（缺氧）微生物為主，主要用于處理污泥、高濃度有機(jī)廢水。2第三章水的生物處理（一）活性污泥法2、按微生物的生活方式分類：（活性污泥法、生物膜法）*活性污泥法：利用活性污泥中的活性微生物對污水中的有機(jī)物進(jìn)行氧化、分解，從而使污水凈化的方法——自然界水體自凈的（強(qiáng)化）模擬。3*生物膜法：使微生物在固體介質(zhì)表面（濾料或某些載體）生長、繁殖，形成膜狀活性污泥（生物膜），當(dāng)污水與之接觸時，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)物為營養(yǎng)，從而使污水得以凈化的方法。——自然界土壤自凈的（強(qiáng)化）模擬。第三章水的生物處理（一）活性污泥法4第三章水的生物處理（一）活性污泥法5活性污泥法一、基本概念及原理（一）活性污泥1、活性污泥：以微生物為主體、具有吸附代謝有機(jī)物的生物絮凝體。良好的好氧活性污泥呈黃褐色。2、活性污泥的組成：①具有代謝功能的活性微生物群體Ma；②內(nèi)源代謝、自身氧化的殘留物Me(主要是細(xì)菌)；③惰性有機(jī)物（原污水挾入的難為細(xì)菌降解的有機(jī)物質(zhì)）Mi；④由污水挾入的無機(jī)物Mii活性污泥總量：M=Ma+Me+Mi+Mii揮發(fā)性有機(jī)物總量：Mv=Ma+Me+Mi第三章水的生物處理（一）活性污泥法63、活性污泥的生物相：活性污泥微生物微生物是由細(xì)菌類、真菌類、原生動物、后生動物等異種群體所組成的混合培養(yǎng)體。第三章水的生物處理（一）活性污泥法7第三章水的生物處理（一）活性污泥法84、活性污泥的質(zhì)量評價指標(biāo)（1）混合液污泥濃度X（混合液懸浮固體濃度MLSS）：曝氣池單位體積混合液所含活性污泥（懸浮固體）的數(shù)量（mg/L）。

MLSS=M=Ma+Me+Mi+Mii（2）混合液揮發(fā)性污泥濃度Xv（混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度MLVSS）：曝氣池單位體積混合液所含揮發(fā)性活性污泥的數(shù)量（mg/L）。

MLVSS=Mv=Ma+Me+Mi令f=MLVSS/MLSS對于一定的污水，f是定值，對于生活污水，f為0.75左右。以上二項為表示及控制混合液中活性污泥微生物量的指標(biāo)。第三章水的生物處理（一）活性污泥法9（3）污泥沉降比SV（%）：量取1000mL曝氣池混合液，在量筒內(nèi)靜止沉淀30min后，沉淀污泥與混合液體積之比。SV大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，污泥密實(shí)，活性不好。一般SV在30~40%比較好。（4）污泥（容積）指數(shù)SVI：曝氣池出口混合液，靜沉30min后，1克干污泥所占的容積（mL/g）

SVI大，表示污泥沉降性能不好，活性好，SV小，表示泥沉降性能好，活性不好。對于生活污水或城市污水，一般SVI在70~100比較好，SVI>200表示污泥已膨脹。影響SVI值的最重要因素是微生物群體的增殖速度。第三章水的生物處理（一）活性污泥法10（5）污泥齡（ts、θc）：曝氣池中活性污泥總量與每日排放污泥量之比。亦即活性污泥在曝氣池中的平均停留時間（日）。又稱為生物固體平均停留時間。（6）BOD負(fù)荷（污泥負(fù)荷Ns容積負(fù)荷Nv）*

污泥負(fù)荷Ns——每日供給每kg微生物（污泥）的BOD5的量（kgBOD5/kgMLSS.d）（也用F/M表示）（kgBOD5/kgMLSS.d）

Q——污水流量（m3/d）;La——原污水有機(jī)物濃度（kg/m3）

X——混合液污泥濃度（kg/m3）;V——曝氣池容積（m3）第三章水的生物處理（一）活性污泥法11*污泥負(fù)荷Nv——單位曝氣池容積（m3）在單位時間內(nèi)（1d）能夠接受，并將其降解到預(yù)定程度的有機(jī)物量（BOD）。

Nv=QLa/V=NsX

Nv、Ns選的高，可降低曝氣池容積，經(jīng)濟(jì)，但處理程度低；Nv、Ns選的低，處理效果好，但曝氣池容積大，成本高，工程上Nv、Ns選擇很關(guān)鍵（Ns在0.5~1.5之間污泥膨脹）（二）活性污泥法基本流程活性污泥法的處理核心是曝氣池第三章水的生物處理（一）活性污泥法12（三）活性污泥法的凈化過程與機(jī)理1、吸附作用在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水與活性污泥接觸的初期，污水中的BOD即可被大量去除，前30分鐘BOD去除率可達(dá)70%（初期吸附去除率）。這是活性污泥所具有的吸附作用的結(jié)果。（1）為什么活性污泥具有吸附作用？a、具有大的表面積（2000~10000m2/m3混合液）b、表面具有多糖類粘質(zhì)層。第三章水的生物處理（一）活性污泥法13（2）影響吸附作用的因素a、含不溶解的有機(jī)物多時吸附作用強(qiáng)b、污泥再生（恢復(fù)活性）的好，吸附作用強(qiáng)（3）表層水BOD二次回升的原因a、在外酶作用下，被吸附的有機(jī)物變?yōu)榭扇苄杂袡C(jī)物b、食料充足，游離菌增多（4）吸附有機(jī)物的去向a、小顆粒有機(jī)物直接滲入細(xì)菌體內(nèi)b、大顆粒有機(jī)物在外酶作用下，分解為小顆粒有機(jī)物后滲入細(xì)菌體內(nèi)。第三章水的生物處理（一）活性污泥法142、代謝作用（1）代謝模式a、氧化：耗氧、放能b、合成：不耗氧、耗能c、無論氧化還是合成，有機(jī)物均被去除，氧化產(chǎn)物（H2O、CO2）隨水流走，合成產(chǎn)物進(jìn)二沉池沉淀。第三章水的生物處理（一）活性污泥法15第三章水的生物處理（一）活性污泥法16第三章水的生物處理（一）活性污泥法17（2）活性污泥的增長分析（適應(yīng)期、對數(shù)增長期、減速增長期、內(nèi)源呼吸期）第三章水的生物處理（一）活性污泥法18a、適應(yīng)期b、對數(shù)增長期（a→b）有機(jī)物/微生物=F/M≥2.2（食物多），有機(jī)物以最大的氧化速率進(jìn)行氧化分解和合成，活性污泥增長速度與有機(jī)物濃度無關(guān)，而僅僅與活性污泥（MLVSS、Xv、Mv）的量成一級反應(yīng)，微生物能量高，呈分散狀態(tài)，絮凝性不好，不易沉淀，代謝速率大，耗氧多。第三章水的生物處理（一）活性污泥法19c、減速增長期（b→c）F/M下降，微生物增長受營養(yǎng)物質(zhì)濃度限制，污泥增長速度、有機(jī)物降解速度均與殘留的有機(jī)物濃度成正比，能量水平低，細(xì)菌開始絮凝，形成絮狀而沉淀，有機(jī)物降解速度、耗氧速度下降。d、內(nèi)源呼吸期（c→d）

F很小，F(xiàn)/M很小，微生物處于饑餓狀態(tài)，代謝體內(nèi)物質(zhì)補(bǔ)充營養(yǎng)不足，污泥量減少，細(xì)菌能量水平低，絮凝好，出水水質(zhì)好。第三章水的生物處理（一）活性污泥法20第三章水的生物處理（一）活性污泥法213、絮凝沉淀性能（1）凝聚的原因：黏液說、含能說、Ns-SVI曲線（2）曝氣池中，Ns在1.5~2.3為高負(fù)荷；0.2~0.6為普通負(fù)荷；0.05~0.15為低負(fù)荷。Ns間隔處，SVI太高，沉淀不好，為污泥膨脹區(qū)，在設(shè)計中要避開，原因尚不明。（3）對于城市污水，SVI<100沉淀良好；SVI=100~150沉淀一般；SVI>200沉淀不好。第三章水的生物處理（一）活性污泥法22（四）活性污泥法的影響因素（環(huán)境因素）1、BOD負(fù)荷率Ns:過高過低都不好，一般控制在0.3左右，即普通活性污泥法；在0.05~0.1，屬于延時曝氣法；達(dá)到2以上，屬于高負(fù)荷活性污泥法。2、溶解氧DO:混合液DO=2mg/L左右為宜，DO低，效率低，易厭氧分解，絲狀菌繁殖；DO高，浪費(fèi)，而且導(dǎo)致活性污泥氧化分解。3、水溫：20~30o為宜，35o以上和10o以下效果不好，要采取措施。第三章水的生物處理（一）活性污泥法234、營養(yǎng)物質(zhì)：要求BOD5：N：P=100：5：1，還需要K、Na、Fe、S、Ca等，生活污水各元素均可滿足，工業(yè)廢水需補(bǔ)充缺乏元素。缺C可投加生活污水，缺N、P可加氮肥、磷酸鹽。5、pH值：混合液pH=6.5~9.0為宜，微生物對pH的適應(yīng)性而言，要求相對穩(wěn)定，不可變化太大，特別是不可突然變化（沖擊負(fù)荷）6、有毒物質(zhì)：CN-、Ar-OH、重金屬等。第三章水的生物處理（一）活性污泥法24二、曝氣與曝氣池構(gòu)造1、曝氣原理（雙膜理論）氣、液兩相中存在相界面，界面兩側(cè)分別為氣膜和液膜，兩相中處于紊流狀態(tài)，氧濃度、氧分壓平衡；兩膜中處于層流狀態(tài)，氧濃度、氧分壓不平衡，攪拌越充分，膜越薄，氧轉(zhuǎn)移速率越快。第三章水的生物處理（一）活性污泥法25影響氧轉(zhuǎn)移速率的因素：（1）與氣膜中氧分壓梯度、液膜中氧濃度梯度成正比（2）與界面積成正比，氣泡越小，氧轉(zhuǎn)移速率越大（3）與接觸時間成正比，曝氣濃度越大，氧轉(zhuǎn)移速率越大（4）水溫的影響，水溫越高，不利于氧的轉(zhuǎn)移（5）水質(zhì)的影響，污水中氧的轉(zhuǎn)移速率低于清水第三章水的生物處理（一）活性污泥法262、需氧量：即微生物代謝過程中所需的氧量，包括氧化有機(jī)物所需的氧量、細(xì)胞自身氧化所需的氧量。O2=a′QLr+b′VO2——曝氣池混合液需氧量，kgO2/da′——氧化每kgBOD所需氧kg數(shù)

b′——污泥自身氧化率1/d，即每kg污泥（MLVSS）每天所需氧kg數(shù)第三章水的生物處理（一）活性污泥法27Lr——Lr=La-LeLa——進(jìn)曝氣池污水有機(jī)物BOD5濃度，mg/LLe——二沉池出水有機(jī)物BOD5濃度，mg/LV——曝氣池有效容積m3Xv——揮發(fā)性活性污泥濃度mg/L，對生活污水Xv/X=0.753、供氧量：根據(jù)供氧方式采用合適的方法計算。第三章水的生物處理（一）活性污泥法284、曝氣設(shè)備第三章水的生物處理（一）活性污泥法295、曝氣池（推流式、完全混合式、循環(huán)混合式）第三章水的生物處理（一）活性污泥法30第三章水的生物處理（一）活性污泥法31第三章水的生物處理（一）活性污泥法3233三、活性污泥法的發(fā)展沿革與運(yùn)行方式（一）傳統(tǒng)活性污泥法1、特點(diǎn)：污水和回流污泥從池首端流入，推流前進(jìn)，從池尾排出，吸附和代謝在同一池子進(jìn)行。2、優(yōu)點(diǎn)：效率高（因污水與污泥接觸時間長），可達(dá)95%，出水水質(zhì)穩(wěn)定。3、缺點(diǎn)：（1）供氧和需氧的矛盾,BOD沿池長逐漸降低，需氧量沿池長逐漸降低，而供氧是均勻的，前端供氧不足，后端過剩。第三章水的生物處理（一）活性污泥法34（2）進(jìn)水濃度低，不耐沖擊負(fù)荷（3）負(fù)荷低，池子大，占地多（4）微生物處于生長曲線的一段，無法使整個池子處于良好工況。第三章水的生物處理（一）活性污泥法35（二）對傳統(tǒng)活性污泥法的改造1、擴(kuò)大Ns的范圍（1）高負(fù)荷法：Ns>0.5，效率低，曝氣池容積小，污泥齡小，剩余污泥量大（短時曝氣法或不完全處理活性污泥法）（2）低負(fù)荷法：Ns<0.1，效率高，曝氣池容積大，污泥齡大，剩余污泥量小（延時曝氣法）（3）多級活性污泥法第三章水的生物處理（一）活性污泥法362、對進(jìn)水點(diǎn)位置的改革（1）階段曝氣法：分段進(jìn)水，微生物食料均勻，活性好（2）生物吸附法（接觸穩(wěn)定，吸附再生）：池中間某一點(diǎn)進(jìn)水，吸附和污泥再生（代謝）在兩個池子（吸附池、再生池）或一個池子的二段（吸附段、再生段）內(nèi)進(jìn)行。L分布較均勻，需氧量較均勻。第三章水的生物處理（一）活性污泥法37生物吸附法

第三章水的生物處理（一）活性污泥法38優(yōu)點(diǎn)：a、僅污泥參與再生，雖Ns不高（0.2），但Nv高，V小（吸附池停留時間短30~60min，以充分利用初期吸附去除率，再生池中是回流污泥，總量少），占地少，建設(shè)費(fèi)用低。b、避免污泥膨脹c、需氧較均勻d、耐沖擊負(fù)荷e、易改造第三章水的生物處理（一）活性污泥法39缺點(diǎn)：a、效率低，90%左右，因污水與污泥接觸時間短b、回流量大，回流比50~100%，回流污泥提升費(fèi)用高。R=回流污泥量QR/污水量Q第三章水的生物處理（一）活性污泥法403、曝氣池流型和混合特征改革（1）完全混合法優(yōu)點(diǎn)：a、耐沖擊負(fù)荷（進(jìn)水稀釋）

b、進(jìn)水濃度高

c、池內(nèi)F/M一致，微生物工況一樣，可以控制在良好的工況下工作

d、Nv高（0.8~1.4），需氧均勻

e、運(yùn)行靈活，改變F/M，可改變工況缺點(diǎn)：效率低，85~90%，出水較差第三章水的生物處理（一）活性污泥法41（2）循環(huán)混合法（氧化溝）：屬于延時曝氣法，負(fù)荷低，V大，微生物處于內(nèi)源呼吸期，剩余污泥少。4、改革曝氣技術(shù)（1）減量曝氣法：沿池長逐漸減少曝氣量（2）純氧曝氣法：用氧氣代替空氣（3）深水曝氣、深井曝氣、淺層曝氣第三章水的生物處理（一）活性污泥法42（三）活性污泥法新工藝1、氧化溝（循環(huán)曝氣池）卡羅塞爾氧化溝、交替工作氧化溝、Orbal氧化溝2、間歇式活性污泥處理系統(tǒng)（SBR）第三章水的生物處理（一）活性污泥法433、AB法污水處理工藝4、A/O法5、A/O/O法第三章水的生物處理（一）活性污泥法44（四）活性污泥法除磷脫氮第三章水的生物處理（一）活性污泥法45四、活性污泥系統(tǒng)設(shè)計工藝設(shè)計內(nèi)容：1、流程確定2、曝氣池（區(qū)）容積計算，曝氣區(qū)工藝設(shè)計3、需氧量、供氧量、供氣量計算；曝氣設(shè)備設(shè)計4、回流污泥量、剩余污泥量計算；回流設(shè)備設(shè)計第三章水的生物處理（一）活性污泥法465、二沉池設(shè)計計算（一）曝氣池的設(shè)計曝氣池容積的設(shè)計多采用以污泥負(fù)荷率Ns為控制指標(biāo)的方法1、Ns的確定：（1）Ns↗→Le↗（2）Ns↗→ΔX↗（3）Ns↗→O2/XvV↗→O2/QLr↘（4）Ns與SVI的關(guān)系如曲線第三章水的生物處理（一）活性污泥法47綜上，Ns的確定要考慮處理水的出水水質(zhì)要求（Le），同時也要具有良好的污泥沉降性能——曝氣池最佳設(shè)計理論。對城市污水，Ns=0.3~0.6為宜，Ns=0.4最佳，此時處理效率可達(dá)90%，SVI在80~150。2、選Xv、Xr、計算R（1）選Xv：若Xv大，則V小，但供氧困難，二沉池負(fù)擔(dān)大，回流量大且受XR控制。一般選Xv=2~4g/L第三章水的生物處理（一）活性污泥法48（2）選XR：（mg/L）r——考慮污泥在二沉池中停留時間、池深、污泥厚度等因素有關(guān)的系數(shù)，一般1.2。當(dāng)污泥有良好沉降性能時（SVI=100左右），Xr=8~12g/L。（3）計算R：列二沉池固體物料衡算方程式得：

所以有：第三章水的生物處理（一）活性污泥法493、計算曝氣池容積：以曝氣池最佳設(shè)計理論分別進(jìn)行計算，取V大者作為設(shè)計參數(shù)。4、求曝氣池需氧量：O2=a′QLr+b′VXv5、選曝氣設(shè)備：表曝：由R→R0→選曝氣機(jī)械鼓風(fēng)曝氣：由R→R0→Gs→選風(fēng)機(jī)6、計算Qr、Qw，選回流設(shè)備Qr=RQQw=ΔX/fXr第三章水的生物處理（一）活性污泥法50（二）二沉池的設(shè)計1、二沉池的特點(diǎn)（1）區(qū)域沉淀（即Ⅲ型沉淀，發(fā)生條件為懸浮物濃度500mg/L以上），在沉淀過程中，沉淀速度與絮凝性能有關(guān)。（2）活性污泥重量輕，易被水帶出或產(chǎn)生二次流和異重流，故設(shè)計二沉池時水平流速比一沉池小一半，出水堰長度增加。第三章水的生物處理（一）活性污泥法512、二沉池設(shè)計計算方法（要求溢流水中懸浮物濃度越小越好，底流污泥濃度越大越好，故設(shè)計池面積取決于澄清和濃縮能力，取大者）（1）表面負(fù)荷法（以表面負(fù)荷