活性污泥法演示文稿當前1頁，總共108頁。優選活性污泥法ppt當前2頁，總共108頁。第三篇生物處理理論與應用第13章第14章第15章第16章第17章

活性污泥法 生物膜法 厭氧生物處理自然生物處理系統污泥處理、處置與利用當前3頁，總共108頁。13.0概述13.1活性污泥的理論基礎13.2活性污泥的性能指標及其有關參數13.3活性污泥反應動力學及其應用13.4活性污泥法的各種演變及應用13.5曝氣及曝氣系統13.6活性污泥處理系統的過程控制與運行管理13.7活性污泥法的脫氮除磷原理及應用13.8活性污泥法的發展與新工藝原理及應用工藝及應用第13章活性污泥法當前4頁，總共108頁。1、2、3、4、5、6、我國的水環境污染與治理情況我國污水的綜合排放標準污水處理方法的分類活性污泥法在污水處理中的重要作用典型的城市污水處理工藝流程活性污泥法的發展方向13.0概述當前5頁，總共108頁。1我國的水環境污染與治理情況

據2006年中國環境年鑒報道，我國1999年污 水排放量為537億m3

，其中生活污水排放量為297 億m3

，首次超過工業廢水排放量；近年來，國家加大了投資力度，目前有300多個城市污水處理廠正在興建，至2010年城市污水處理率將達50％左右。但是其中達標的二級處理率卻比較低，更無法談到三級處理，因而嚴重造成我國水體的污染與破壞。

污水排放量大且處理率低13.0概述當前6頁，總共108頁。

我國的大型淡水湖泊和城市湖泊均達中度和重度的富營養化污染，如滇池、巢湖都嚴重富營養化，全湖水質為Ⅴ－劣Ⅴ類；太湖中度富營養化，湖水為Ⅳ－劣Ⅴ類。近岸海域污染也日益嚴重,1998年我國海域監測到赤潮22起，其中南海10起，東海5起，渤海和黃海7起，對我國近海生態系統和水產資源造成嚴重的破壞，從中可以看出我國水體環境遭到破壞程度遠遠超過發達國家對水體的破壞。湖泊及海域嚴重富營養化當前7頁，總共108頁。1200

450 3002360198019902000

缺水城市（座數） 缺水量（萬立方米/天）200015001000 5001980、1990、2000年缺水城市數量和缺水量變化當前8頁，總共108頁。基本控制項目一級標準二級標準A標準B標準COD5060100BOD5102030SS102030總氮（以N計）1520——氨氮（以N計）5825總磷（以P計）11.532我國污水的綜合排放標準

表1污水綜合排放標準（mg/l）當前9頁，總共108頁。3污水處理方法的分類

污水處理方法物理化學法凝聚、絮凝離子交換

吸附化學法中和化學沉淀氧化還原

消毒 電解物理法沉淀篩濾過濾膜分離氣浮離心分離萃取生物法好氧法厭氧法自然生物處理活性污泥法生物膜法懸浮生長生物法生物膜法穩定塘法土地處理系統當前10頁，總共108頁。4活性污泥法在污水處理中的重要作用1一一活性污泥法是目前去除有機污染物最有效的方法之一；目前國內外95%以上的城市污水處理和50%左右的工業廢水處理都采用活性污泥法。 具有很強的凈化功能，去除BOD、SS的效率高，均可達到95%以上；

廣泛的普適性：適于各種有機廢水，大中小型污水處理廠，高中低負荷。 由于是依靠微生物的處理，運行費用較低。 可實現生物脫氮除磷。當前11頁，總共108頁。5典型的城市污水處理工藝流程消化氣原污水格柵

沉砂池

污水流程污泥流程初沉池投氯消毒二沉池

生物處理單元（活性污泥法或生物膜法）一級處理（物理處理）二級處理（生物處理）污泥濃縮池沼氣利用污泥消化池排放或三級處理

污泥利用脫水和干燥設備污泥處理當前12頁，總共108頁。6活性污泥法的發展方向（1）大型（超大型）化和微型化

美國芝加哥城市污水處理廠的處理能力為454萬m3/d；超小型的SBR法。

（2）高效節能：新工藝的AB法，新型氧化溝，各種SBR法等。（3）多功能化：用于深度處理，脫氮除磷（A/O法，A/A/O法）；膜生物反應器（MBR）。（4）運行控制的自動化、智能化。當前13頁，總共108頁。1、活性污泥法的概念與基本流程

2、活性污泥的形態與組成

3、活性污泥微生物及其作用

4、活性污泥微生物的增殖規律

5、活性污泥凈化污水的過程

6、環境因素對活性微生物的影響13.1活性污泥法的理論基礎當前14頁，總共108頁。1、活性污泥法的概念與基本流程

1912年-1913年英國人發明了活性污泥法（ActivatedSludgeProcess），1914年由Ardern和Lockett在英國曼徹斯特建成試驗廠，1916年美國正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠。在100年的發展歷史中，隨著在實際生產上的廣泛應用和技術上的不斷革新改進，特別是近幾十年來，在對其生物反應和凈化機理進行深入研究探討的基礎上，活性污泥法在生物學、反應動力學的理論方面以及在工藝方面都得到了長足的發展，出現了多種能夠適應各種條件的工藝流程。 目前，活性污泥法是生活污水、城市污水以及有機性工業廢水處理中最常用的工藝。當前15頁，總共108頁。當前16頁，總共108頁。空氣曝氣池回流污泥

出水剩余污泥Qw二沉池進水當前17頁，總共108頁。的污水二次沉淀池處理水空氣活性污泥反應器-曝氣池

活性污泥處理系統以曝氣池為核心處理設備，

此外還有二次沉淀池、污泥回流系統、剩余污泥 排放系統以及曝氣系統所組成。預處理后

回流污泥

剩余污泥排放當前18頁，總共108頁。污水中含有足夠的可溶性易降解有機物，作為微生物生理活動所必需的營養物質；混合液中含有足夠的溶解氧；活性污泥在曝氣池中呈懸浮狀態，能夠與污水充分接觸；活性污泥連續回流，同時，還要及時地排出剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；對微生物有毒有害作用的物質不超過其毒閾濃度。活性污泥處理系統有效運行的基本條件是：當前19頁，總共108頁。當前20頁，總共108頁。0.02～0.2mm

含水率很高，一般都在99%以上，其比重則因含水率不同而異，介于1.002-1.006之間。

正常的活性污泥在外觀上呈絮絨顆粒狀，又稱之為“生物絮凝體”

略帶土壤的氣味，其顏色根據污水水質不同而不同. 活性污泥中的固體物質僅占1%以下，這1%的固體物質是由 有機與無機兩部分所組成，其組成比例則因原污水性質不同而 異，如城市污水的活性污泥，其中有機成分占75%-85%，無機成 分則占15%-25%。

具有較大的表面積，每mL活性污泥的表面積大體上介于20～100cm2之間當前21頁，總共108頁。微生物（主要是自身氧化的殘留活性污泥是由下列四部分物質所組成：具有代謝功能活性的微生物群體（Ma）

由原污水挾入的細菌）內源代謝、有機物質（含難 為細菌降解的惰 性有機物）物（Me）；（Mi）；由污水挾入的無機物質（Mii）

所謂“難降解有機物質”就是指某些惰性的難為細菌攝取、利用的有機物質，微生物菌體經過自身氧化的殘留物，如細胞膜、細胞壁等，也屬于難降解有機物質范疇內。當前22頁，總共108頁。當前23頁，總共108頁。污水中的有 機物

N、P溶解性懸浮狀活性污泥微生物群體的食物鏈代謝產物的移動食物的移動

細菌

處理水原生動物

剩余污泥后生動物當前24頁，總共108頁。在活性污泥上形成優勢的常見細菌主要有：產堿桿菌屬（Alcaligenes）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、黃桿菌屬（Flavobacterium）、動膠桿菌屬（Zoogloea）、假單胞菌屬（Pseudomonas）和大腸埃希氏桿菌（EscherichiaColi）等。此外，還可能出現的細菌有：無色桿菌屬（Achromobacter）、微球菌屬（Microbaccus）、諾卡氏菌屬（Nocardia）和八疊球菌屬（Sarcina）等活性污泥微生物中的細菌以異養型的原核細菌為主。其數量占微生物總重的90-95%，甚至可達100%。活性污泥中的細菌當前25頁，總共108頁。在成熟的正常活性污泥中的細菌數量大致介于107～108個/mL活性污泥之間。各種屬的細菌在適宜的環境條件下，都具有較高的增殖速率，世代時間僅為20～30min。原污水中有機物的性質決定哪些種屬的細菌在活性污泥中占優勢。當前26頁，總共108頁。當前27頁，總共108頁。當前28頁，總共108頁。活性污泥中的原生動物與后生動物

在活性污泥中存活的原生動物主要有肉足蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲等三類。原生動物的主要攝食對象是細菌，因此，出現在活性污泥中的原生動物，在種屬上和數量上是隨處理水的水質和細菌的存活狀態變化而改變的。原生動物還不斷地攝食水中的游離細菌，起到了進一步凈化水質的作用。活性污泥系統中較常見的后生動物有輪蟲、線蟲和瓢體蟲等。原生動物和后生的出現，其數量和種類在一定程度上還能預示和指示出水水質，因此也常稱其為“指示性微生物”當前29頁，總共108頁。鐘蟲輪蟲當前30頁，總共108頁。分散微生物量殘留食物量細菌

游泳型纖毛蟲類

鞭毛蟲肉足蟲類

在系統啟動的初期，活性污泥絮體尚未很好的形成，混合液中游離細菌居多，處理水水質欠佳，此時出現的原生動物，最初為肉足蟲類（如變形蟲）占優勢，繼之出現的則是游泳型的纖毛蟲。

當活性污泥培育成熟，生物絮凝體結構良好，混合液中的細菌多已“聚居”在活性污泥上，游離細菌為數很少，處理水水質良好，此時出現的原生動物則將以帶柄固著（著生）型的纖毛蟲為主，如鐘蟲、累枝蟲等。

有柄固著型纖毛蟲類

輪蟲類

時間

輪蟲在系統正常運行時期、有機物含量低、出水水質良好時才會出現活性污泥微生物增長與遞變的模式

凝聚當前31頁，總共108頁。當前32頁，總共108頁。S(BOD)降解曲線a

XO時間量b對數增殖期c減衰增殖期

內源呼吸期微生物增殖曲線

d

氧利用速率曲線活性污泥微生物增殖曲線及其和有機底物降解、氧利用速率的關系（間歇培養、底物一次性投加）當前33頁，總共108頁。活性污泥微生物所處的生長期，主要由F/M比值所控制。另外，處于不同增殖期的活性污泥，其性能不同，處理水水質也不同。F/M比值是有機底物降解速率、氧利用速率、活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影響因素，也是活性污泥法處理系統設計和運行中一項非常重要的參數。活性污泥的能量含量F/M營養物或有機物量（F）與微生物量（M）的比值（F/M）當前34頁，總共108頁。活性污泥微生物增殖分為以下四個階段（期）:適應期

亦稱延遲期或調整期。本期是微生物培養的最初階段，是微生物細胞內各種酶系統對新培養基環境的適應過程。對數增殖期又稱增殖旺盛期。出現本期的環境條件是F/M比值很高，有機底物非常充分，營養物質不是微生物增殖的控制因素，微生物以最高速率攝取有機底物，也以最高速率增殖和合成新細胞。由上圖可見，微生物（活性污泥）的增殖速率與時間呈直線關系，為一常數值，其值即為直線的斜率。據此，對數增殖期又稱為“等速增殖期”。當前35頁，總共108頁。減衰增殖期又稱穩定期和平衡期。隨著有機底物濃度不斷下降，微生物的不斷增殖，F/M比值繼續下降，營養物質逐步成為微生物增殖的控制因素，此時微生物的增殖過渡到減衰增殖期。在此期間，微生物的增殖速率和有機底物的降解速率已大為降低，并與殘存的有機底物濃度有關，呈一級反應。內源呼吸期又稱衰亡期。污水中有機底物持續下降，達到近乎耗盡的程度，F/M比值隨之降至很低的程度。微生物由于得不到充足的營養物質，而開始大量地利用自身體內儲存的物質或衰亡菌體，進行內源代謝以維持生命活動，微生物進入內源呼吸期。當前36頁，總共108頁。

在活性污泥法轉入正常運行后，由于曝氣池內混合液的流態不同，所對應的污泥增殖曲線也不同。推流式曝氣池完全混合式曝氣池

污水與回流污泥的混合液從池的一端流入，在后繼水流的推動下，沿池長方向流動，并從池的另一端流出池外。混合液在池內充分混合循環流動，污水與回流污泥進入曝氣池后立即與池內原有混合液充分混合。當前37頁，總共108頁。空氣曝氣池回流污泥

出水剩余污泥Qw二沉池進水當前38頁，總共108頁。污泥增殖曲線的區別因此，推流式曝氣池中活性污泥增殖狀態在曲線上是某一個區段，即池首到池尾的F/M值和微生物量都是不斷變化的。有機物與微生物之間的相對數量決定了其在曲線上的所處的位置。池中各處的狀態幾乎完全一致。它的工作情況在活性污泥增殖曲線上只是一個點，至于這個點在曲線上的具體位置則決定于每日進入曝氣池的有機物和微生物之間的相對數量,即污泥負荷。推流式曝氣池完全混合式曝氣池當前39頁，總共108頁。當前40頁，總共108頁。活性污泥有著很大的比表面積，表面上富集著大量的微生物，在其外部覆蓋著多糖類的粘質層。初期吸附去除

污水中呈懸浮和膠 體狀態的有機物在較 短時間（5-10min） 內被活性污泥所凝聚 和吸附而得到去除。BOD去除率可達20%-70%，吸附速率與程度取決于：微生物的活性；有機物的組成

和物理形態。 被吸附在微生物細胞表面的有機物，再經過數小時的曝氣后，才能夠相繼地被攝入微生物細胞內，因此，被“初期吸附去除”的有機物的數量是有一定限度的。當前41頁，總共108頁。分水機透膜酶小分子子

大

水 解 酶

解小分子酶 小分子

物

水解有

酶

微生物的代謝

小分 子有機物

在透膜酶的作用下，小分子的有機物能夠直接透過細胞壁 進入微生物體內

如淀粉、蛋白質等大分子有機物，則必須在細胞外酶—水解酶的作用下，被水解為小分子后再被微生物攝 入細胞體內微生物將有機物攝入體內的過程當前42頁，總共108頁。代分成謝H2O、CO2、+能量+O2H2O、NH3、CO2

被攝入細胞體內的有機物，在各種胞內酶，如脫氫酶、氧化酶等的催化作用下，微生物對其進行代謝反應.+O2謝合

解代有機物微生物

代謝產物

NH3、NO3-、P043-合成細胞物質C5H7NO2內源呼吸

殘留物 微生物 （污泥） 增長微生物分解與合成代謝及其產物的模式內源呼吸產物+能量當前43頁，總共108頁。

氧化分解過程反應式

氧化分解過程是微生物為了獲得合成細胞和維持其生命活動等所需的能量，將吸附的有機物進行分解，這個過程可用下式表示：CXHYOZ+（X+0.25Y-0.5Z)O2XCO2+0.5YH2O+能量式中CxHyOz—近似地表示有機物的分子式當前44頁，總共108頁。同化合成過程反應式同化合成過程是微生物利用氧化所獲得的能量，將有機物合成新的細胞物質。這個過程可用下式表示：nCXHYOZ+nNH3+（X+0.25Y-0.5Z-5)O2+能量

（C5H7NO2）n+n（X-5）CO2+0.5n（Y-4）H2O式中C5H7NO2—表示微生物細胞組織的化學式當前45頁，總共108頁。

內源呼吸過程反應式

內源呼吸過程是當廢水中的有機物很少時，微生物就會氧化體內蓄積的有機物和自身細胞物質來獲得維持生命活動所需的能量。這個過程可用下式表示：（C5H7NO2）n+5O2nNH3+5nCO2+2nH2O+能量式中C5H7NO2—表示微生物細胞組織的化學式當前46頁，總共108頁。

美國污水生物處理專家麥金尼，對活性污泥微生物在曝氣池內所進行的有機物氧化分解、細胞質合成以及內源代謝三項反應，提出了如圖所示的數量關系。

～2/3合成代謝～1/3分解代謝可降解有機物+O2無機物+能量新細胞物質～80%

～20%

內源代謝無機物+能量 殘留物質微生物三項代謝活動之間的數量關系（麥金尼）當前47頁，總共108頁。活性污泥的沉淀分離活性污泥系統凈化污水的最后程序是泥水分離，這一過程是在二次沉淀池或沉淀區內進行的。 污水中有機物在活性污泥的代謝作用下無機化后，經過泥水分離，處理后的澄清水排走，污泥沉淀至池底。泥水分離的好壞，直接影響到處理水水質以至整個系統的正常運行。若泥水不經分離或分離效果不好，由于活性污泥本身是有機體，進入自然水體后將造成二次污染。另外對從沉淀池排出的活性污泥要進行妥善處理，否則會造成二次污染。當前48頁，總共108頁。6環境因子對活性污泥微生物的影響水溫有毒物質溶解氧營養 物質

pH值活性污泥當前49頁，總共108頁。營養物質

碳源

碳是構成微生物細胞 的重要物質，參與活性污泥處理的微生物對碳源的需求量較大，一般通過轉化污水中的有機物獲得。

氮源

氮是組成微生物細胞內蛋白質和核酸的重要元素， 氮源可來自

N2、NH3、

NO3-等無機氮化物，也可來自蛋白質、氨基酸等有機含氮化合物。

磷源

磷是合成核 蛋白、卵磷脂 及其他磷化合 物的重要元 素，磷是微生 物代謝和物質 轉化過程中需 求量較多的無機元素之一。其他營養

微生物還需 要硫、鈉、鉀、 鈣、鎂、鐵等 元素作為營養。 但需要量甚 微，一般污水 皆能滿足需要。當前50頁，總共108頁。當前51頁，總共108頁。

溶解氧

對混合液中的游離細菌來說，溶解氧保持在0.3mg/L的濃度，即可滿足要求。但是，活性污泥是微生物群體“聚居”的絮凝體，溶解氧必須擴散到活性污泥絮凝體的內部深處。

在進口區，有機物相對集中，濃度高，耗氧速率高，溶解氧濃度很難保持在2mg/L，會有所降低，但不宜低于1mg/L。

若使曝氣池內的微生物保持正常的生理活動，曝氣池混合液的溶解氧濃度一般宜保持在不低于2mg/L的程度（以曝氣池出口處為準）。

在曝氣池內溶解氧也不宜過高，溶解氧過高，過量耗能，在經濟上是不適宜的當前52頁，總共108頁。pH值對 微生物 的生命 活動的 影響pH值

引起細胞膜電荷的變化，從而影響了微生物 對營養物質的吸收；影響代謝過程中酶的活性；改變生長環境中營養物質的可給性；pH值的變化能改變有害物質的毒性；

高濃度的氫離子可導致菌體表面蛋白質和核 酸水解而變性。 活性污泥微生物最適宜的pH值范圍是6.5～8.5。但活性污泥微生物經馴化后，對酸堿度的適應范圍可進一步擴大。當污水（特別是工業廢水）的pH值過高或過低時，應考慮設調節池，使污水的pH值調節到適宜范圍后再進入曝氣池。當前53頁，總共108頁。溫度世代時間20602540302937174019453250不裂殖溫度微生物形態和生理特性的改變，甚至可能使微生物死亡。大腸桿菌在不同溫

度條件下的世代時間

溫度是影響微生物正常生理活動的重要因素之一。微生物的最適溫度是指在這一溫度條件下，微生物的生理活動強勁、旺盛，表現在增殖方面則是裂殖速率快，世代時間短。溫度不適宜，能夠減弱甚至破壞微生物的生理活動。溫度不適宜還能導致

可見，大腸桿菌的最適溫度段是37～40℃當前54頁，總共108頁。當前55頁，總共108頁。有毒物質對微生物有毒害作用或抑制作用的物質很多，如重金屬、氰化物、H2S等無機物質；酚、醇、醛、染料等有機化合物。重金屬離子（鉛、鎘、鉻、鐵、銅、鋅等）對微生物都產生毒害作用，它們能夠和細胞的蛋白質相結合，而使其變性或沉淀。酚類化合物對菌體細胞膜有損害作用，并能夠促使菌體蛋白凝固。酚的許多衍生物如對位、偏位、鄰位甲酚、丙基酚、丁基酚都有很強強的殺菌功能。甲醛能夠與蛋白質的氨基相結合，而使蛋白質變性。毒性機理當前56頁，總共108頁。

有毒物質的毒害作用還與pH值、水溫、溶解氧、有無其他有毒物質、微生物的數量以及是否經過馴化等因素有關。微生物對毒物的適應能力

有毒物質對微生物的毒害作用，有一個量的概念，即只有當有毒物質在環境中達到某一濃度時，毒害與抑制作用才顯露出來，這一濃度稱為有毒物質極限允許濃度。 有毒物質在污水中的極限允許濃度，至今還沒有一個權威性的統一標準，還需通過實驗和總結運行數據不斷完善。微生物通過培養和馴化，有可能承受濃度更高的有毒物質，甚至培養馴化出以有毒物質作為營養的微生物。當前57頁，總共108頁。13.2

1

2

活性污泥的性能指標及其有關參數

活性污泥的性能指數混合液中活性污泥微生物量的指標活性污泥的沉降性能及其評定指標活性污泥的活性評定指標

活性污泥法的設計與運行參數當前58頁，總共108頁。No.58No.581活性污泥的性能指數*混合液中活性污泥微生物量的指標

在混合液中保持一定濃度的活性污泥，是通過活性污泥在曝氣池內的增長以及從二次沉淀池適量的回流和排放來實現。使用下列兩項指標來表示及控制混合液中的活性污泥濃度。(1)混合液懸浮固體濃度（mixedliquorsuspendedsolids），簡寫 為MLSS。

(2)混合液揮發性懸浮固體濃度

（mixedliquorvolatilesuspendedsolids）

簡寫為MLVSS。當前59頁，總共108頁。空氣曝氣池進水回流污泥

出水剩余污泥Qw二沉池當前60頁，總共108頁。No.60No.60

(1)混合液懸浮固體濃度MLSS

又稱混合液污泥濃度，它表示的是在曝氣池單位 容積混合液內所含有的活性污泥固體物的總量 即MLSS＝Ma＋Me＋Mi+Mii

單位為mg/L混合液，或g/L混合液，g/m3混合液，或kg/m3混合液

由于測定方法比較簡便易行，此項指標應用較為普遍，但其中既包含Me、Mi二項非活性物質，也包括Mii無機物質，因此，這項指標不能精確地表示具有活性的活性污泥量，而表示的是活性污泥的相對值，但它仍是活性污泥法處理系統重要的設計和運行參數。當前61頁，總共108頁。No.61No.61

(2)混合液揮發性懸浮固體濃度MLVSS

本項指標所表示的是混合液中活性污泥有機 性固體物質部分的濃度 即：MLVSS＝Ma＋Me＋Mi

在表示活性污泥活性部分數量上，本項指標在精度方面是進了一步，但只是相對于MLSS而言，本項指標中還包含Me、Mi等惰性有機物質。因此，也不能精確地表示活性污泥微生物量，仍然是活性污泥量的相對值。當前62頁，總共108頁。No.62No.62活性污泥的組成示意圖

MLVSS與MLSS的比值以?表示，即：

MaDNA ATPMe+MiMii微生物MLVSS

MLSS在一般情況下，?值比較固定，對生活污水和以生活污水為主體的城市污水，?值為0.75左右?=MLVSS/MLSS當前63頁，總共108頁。No.63No.63*活性污泥的沉降性能及其評價指標

正常的活性污泥在30min內即可完成絮凝沉淀和成層沉淀過程，并進入壓縮。根據活性污泥在沉-濃縮方面所具有的特性，建立了以活性污泥靜置沉淀30min為基礎的兩項指標。

（1）污泥沉降比 （SettlingVelocity） 簡寫為SV

（2）污泥容積指數（sludgevolumeindex） 簡寫為SVI當前64頁，總共108頁。No.64No.64

（1）污泥沉降比SV

又稱30min沉降率。混合液在量筒內靜置30min后所形成沉淀污泥的容積占原混合液容積的百分率，以%表示。當前65頁，總共108頁。No.65No.65

污泥沉降比在一定條件下能夠反映曝氣池運行過程的活性污泥量，可用以控制、調節剩余污泥的排放量，還能通過它及時地發現污泥膨脹等異常現象的發生。污泥沉降比的測定方法簡單易行，是評定活性污泥數量和質量的重要指標，也是活性污泥法處理系統重要的運行參數。當前66頁，總共108頁。=混合液（）1L30min靜沉形成的活性污泥容積（mL）No.66No.66

（2）污泥容積指數SVI

簡稱污泥指數。本項指標的物理意義是從曝氣池出口處取出的混合液，經過30min靜沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容積，以mL計。其計算式為：SVI

SV（mL/L）MLSS（g/L）混合液（1L）中懸浮固體干重（g）=

SVI值能夠反映活性污泥的凝聚、沉降性能，對生活污水及城市污水，此值以介于70～100之間為宜。當前67頁，總共108頁。No.67No.67*活性污泥的活性評定指標

活性污泥的比耗氧速率（SpecificOxygenUptakeRate)簡稱SOUR，也稱OUR

OUR的數值與DO濃度、底物濃度、污泥齡及其污水中有機物的生物氧化難易程度等許多因素有關。OUR在運行管理中的重要作用在于指示入流污水是否有太多的難降解物質，以及活性污泥是否中毒。活性污泥的OUR一般為8～20mgO2/(gMLVSS·h)。

OUR是指單位重 量的活性污泥在單 位時間內所能消耗 的溶解氧量，其單 位為：

mgO2/(gMLVSS·h)或mgO2/(gMLSS·h)當前68頁，總共108頁。No.68No.68

活性污泥法是一個復雜的工程化的生物系統，除了前述的污泥性能指標外，還有很多可以描述這個系統的工藝參數，下面介紹主要的幾種：2活性污泥法的設計與運行參數

（1）BOD污泥負荷率與BOD容

（2）污泥齡θc（或污泥停留時間SRT）（3）污泥回 流比R積負荷率 （4）曝氣時間t（或水力停留時間HRT）當前69頁，總共108頁。No.69No.69

（1）BOD污泥負荷率

在具體工程應用上，F/M比值一般是以BOD污泥負荷率（又稱BOD-SS負荷率）（Ns）表示的。即：式中Q——污水流量，一般用m3/d；

S0——原污水中有機物的濃度，一般用mg/L或kgBOD/m3；

V——曝氣池有效容積，一般用m3；

X——曝氣池中活性污泥濃度，一般用mg/L或kgMLSS/m3。[kgBOD/（kgMLSS·d）]

FMQS0

VX=NS=當前70頁，總共108頁。No.70No.70

BOD污泥負荷率所表示的是曝氣池內單位重量（kg）的活性污泥，在單位時間（d）內接受的有機物量（kgBOD）。有時也以COD表示有機物的量，以MLVSS表示活性污泥的量。當前71頁，總共108頁。No.71No.71

BOD污泥負荷率的技術經濟意義

采用較高的BOD污泥負荷率，將加快有機物的降解速率與活性污泥增長速率，降低曝氣池的容積，在經濟上比較適宜，但處理水水質未必能夠達到預定的要求。 采用較低的BOD污泥負荷率，有機物的降解速率和活性污泥的增長速率，都將降低，曝氣池的容積加大，基建費用有所增高，但處理水的水質可提高。當前72頁，總共108頁。No.72No.72

BOD容積負荷率

在活性污泥法處理系統的設計與運行中，還使用另一種負荷值——容積負荷率（Nv）表示。即：[kgBOD/（m3曝氣池·d）]QS0

VNV=

BOD容積負荷率為單位曝氣池容積（m3），在單位時間（d）內接受的有機物量。Ns值與Nv值之間的關系為:NV=NSX當前73頁，總共108頁。No.73No.73

（2）污泥齡θc固體平均停留時間SRT

指在反應系統內，微生物從其生成到排出系統的平均停留時間，也就是反應系統內的微生物全部更新一次所需要的時間（活性污泥增長一倍）。從工程上來說，在穩定條件下，就是曝氣池內活性污泥總量與每日排放的剩余污泥量之比。即：

式中θc——污泥齡（生物固體平均停留時 間d；△X——曝氣池內每日增長的活性污泥 量，即應排出系統外的活性污 泥量，kg/d

X——反應器內活性污泥濃度，kg/m3VXΔXθc=當前74頁，總共108頁。No.74No.74

每日排出系統外的活性污泥量

在活性污泥反應器內，不斷有新的微生物細胞生成，又不斷有一部分微生物老化，活性衰退。為了使反應器內保持具有高活性的活性污泥和恒定的生物量，每天都應從系統中排出相當于增長量的活性污泥量。△X=QWXr+（Q–QW）Xe式中Qw——作為剩余污泥排放的污泥量，一般用m3/d表示;

Xr——剩余污泥濃度，一般用kg/m3表示；

Xe——排放的處理水中懸浮固體濃度，一般用kg/m3表示。當前75頁，總共108頁。Q-QW二沉池曝氣池

進水Q，S0剩余污泥排放

Qw，Xr

回流污泥RQ，Se，XrQ+RQSe，X處理水

Se，Xe完全混合式活性污泥法處理系統

V，Se，XQ—污水流量；S0—原污水底物濃度；Se—處理水底物濃度；X—曝氣池內活性污泥濃度；V—曝氣池的容積；R—污泥回流比；Xr—回流污泥濃度；

Xe——處理水中的污泥濃度；當前76頁，總共108頁。極低，可忽略不計，上式可將△X代入污泥齡的公式可得：

VXQWXr+(Q?QW)Xe＝θC

VXQWXW≈θC

在一般條件下，Xe值?r

簡化為：Xr=106SVIXr值在一般情況下是活性污泥特性和二次沉淀池沉淀效果的函數，可由下式求定其近似值：XW=106/SVI·r當前77頁，總共108頁。No.77No.77

污泥齡的意義 污泥齡是活性污泥法處理系統設計和運行的重要參數，它能夠說明活性污泥微生物的狀況，世代時間長于污泥齡的微生物在曝氣池內不可能繁衍成優勢種屬，如硝化菌在20℃時，其世代時間為3d，當污泥齡＜3d時，硝化菌就不可能在曝氣池內大量增殖，不能成為優勢種屬，不能在曝氣池內進行硝化反應。當前78頁，總共108頁。No.78No.78

（3）污泥回流比 污泥回流比（R）是指從二沉池返回到曝氣池的回流污泥量QR與污水流量Q之比，常用％表示。QRR=

Q

曝氣池內混合液污泥濃度X與污泥回流比R和回流污泥濃度Xr之間的關系是：

XXr-XR=當前79頁，總共108頁。No.80No.80

（4）曝氣時間t（或

平均水力停留時間HRT）曝氣時間（t）是指污水進入曝氣池后，在曝氣池中的平均停留時間，也稱平均水力停留時間（HRT），常以小時（h）計。VQt=式中V——曝氣池容積，m3；

Q——污水流量，m3/h。當前80頁，總共108頁。No.81No.81系統的平均水力停留時間ts定義如下：

ts=Vs/Q

Vs：反應器容積＋沉淀池容積

Q：進水流量當前81頁，總共108頁。13.3活性污泥反應動力學及其應用1、概述2、莫諾特公式及其推廣應用3、勞倫斯-麥卡蒂模型4、IWA（國際水協會）的活性污泥動力學模型當前82頁，總共108頁。No.841概述活性污泥反應動力學通過數學式定量或半定量地揭示活性污泥系統內有機物降解、污泥增長等與設計運行參數、環境因素之間的關系，對工程設計與優化運行管理有著一定的指導意義。

有關的動力學模型都是以完全混合式曝氣池為基礎建立的，經過修正后再應用到推流式曝氣池系統。在建立活性污泥反應動力學模型時，作了以下假定：⑴活性污泥系統運行處于穩定狀態；⑵活性污泥在二沉池內不進行代謝活動且泥水分離良好；⑶系統中不含有毒物質和抑制物質；⑷進入曝氣池的原污水中不含活性污泥。當前83頁，總共108頁。No.85對活性污泥反應動力學進行研討的目的

明確各項因素對反應速率的影響，使人們能夠創造更適宜于活性污泥系統內生化反應進行的環境條件，使反應能夠在比較理想的速率下進行，使活性污泥法處理系統的設計和運行更合理化和科學化。

對反應機理進行研究，探討活性污泥對有機物的代謝、降解過程，揭示這一反應過程的本質，使人們能夠更自覺地對反應速率加以控制和調節。當前84頁，總共108頁。No.86

從活性污泥法處理系統的工程實踐要求考慮，對活性污泥反應動力學的研討重點在于“確定生化反應速率與各項主要環境因素之間的關系”，研討的主要內容是：（1）（2）有機物的降解速率與有機物濃度、活性污泥微生物量等因素之間的關系；活性污泥微生物的增殖速率（亦即活性污泥的增長速率）與有機物濃度、微生物量等因素之間的關系。當前85頁，總共108頁。No.962莫諾特公式及其推廣應用2.1莫諾特（Monod）公式

μ

莫諾特于1942年和1950年曾兩次用純種的微生物在單一底物的培養基上進行微生物增殖速率與底物濃度之間關系的試驗。得出了如右圖所示的形式。這個結果和米凱利斯-門坦于1913年提出的酶促反應速率與底物濃度之間的關系是相同的。S0μ

=

μmaxSKS+Sμmax

μmax

2KS當前86頁，總共108頁。+=μ

μmaxSKSS式中1

μ

——微生物比增長速率，即單位生物量的增殖速率，kgMLVSS/(kgMLVSS·h)；μmax——在飽和底物濃度中，微生物的最大比增長速率，

kgMLVSS/(kgMLVSS·h)；

KS——飽和常數（半反應速率常數），數值上等于μ=μmax/2時 的底物濃度（mg/l）；

S——反應器中（限制微生物生長的）底物濃度，可用BOD表示，一般用mg/l表示

No.97

莫諾特提出了與經典的米—門方程式相類似的莫諾特公式來描述底物濃度與微生物比增殖速率之間的關系，即：（13-19）開關函數當前87頁，總共108頁。KS

+S

vmaxSv=

可以假設，微生物的比增殖速率（μ）與底物的比降解速率（v）呈比例關系，即：μ∝vμ=Y·v或

因此，與微生物比增殖速率μ相對應的底物比降解速率ν也可以用莫諾特公式描述，即：（13-20）——底物的比降解速率，常用h-l或d-1表示；——底物的最大比降解速率，常用h-l或d-1表示；

vvmax當前88頁，總共108頁。No.99

對于完全混合式曝氣池，底物的比降解速率，按物理意義考慮，下式成立：v=d（S0-S）

X·dt=

dsX·dt（13-21）dsdtt—底物降解速率，mg/(L·h)

—降解時間，h。因為對廢水處理來說，有機物降解是其最基本的目的， 所以本式意義重大根據式（13-20）（13-21）得：

dSdtvmax

XSKS+S=（13-22）當前89頁，總共108頁。

2.2莫諾特公式的推論

莫諾特公式描述的是微生物比增殖速率或底物比降解速率與底物濃度之間的函數關系。在兩種極端條件下，能夠得出如下推論。一、在高底物濃度條件下，S>>Ks，式（13-20）與式（13-22）中分母中的Ks值與S值相比，可以忽略不計，于是式（13-20）可簡化為：v=vmax（13-23）

dsdt=vmaxX=K1X式中vmax為常數值，以K1表示。

No.100而式（13-22）則簡化為：（13-24）當前90頁，總共108頁。νS+級在高底物濃度的條件下，底物以最大的速率進行降解，而與底物濃度無關，呈零級反應關系。即右圖上所表示的底物濃度 大于S’時的情況。底物濃度進一步提高，比降解速率也不會提高，因為在這一條件下，微生物處于對數增殖期，其酶系統的活性位置都被底物所飽和。式（13-24）說明，在高底物濃度的條件下，底物降解速率與 活性污泥濃度（生物量）有關，并呈一級反應關系。

No.101S`0maxν=

ννmax

ν

2

ν=νmax

零

maxKSS反 應SS``KS當前91頁，總共108頁。或L/（mg·h）表示。v=vmax

SKS=K2S一般用m3/（kg·d）

從式（13-25），底物降解（13-25）速率與底物濃度呈一級反應，

底物濃度已成為底物降解的限制因素。因為在這種條件下，混合液中底物濃度已經不高，微生物增殖處于減衰增殖期或內源呼吸期，微生物酶系統多未被飽和，

二在低底物濃度的條件下，S<<Ks。在公式（13-20）和（13-22）分母中，與Ks值相比較，S值可忽略不計，這樣，式（13-20）和（13-22）可分別簡化為：dSdt=K2SX（13-26）vmax

KsK2=當前92頁，總共108頁。在圖中即為橫坐標S=0到S=S＂這樣的一個區段。這個區段的曲線表現為通過原點的直線，其斜率即為K2。

No.103S`νmaxνmaxmaxνS

KS+Sν

2

0零級反應ν=νmaxS

ν=S``KS=S當前93頁，總共108頁。三、中等強度的底物（基質）濃度下dS dt

XSKs+S=vmax

SKs+Sv=vmax?用以上二公式進行計算?常數Vmax和Ks的確定?可通過小型試驗確定

No.104當前94頁，總共108頁。Q-QWNo.105二沉池曝氣池

進水Q，S0剩余污泥排放

Qw，Xr

回流污泥RQ，Se，XrQ+RQSe，X處理水

Se，Xe完全混合式活性污泥法處理系統

V，Se，XQ——污水流量；S0——原污水底物濃度；Se——處理水底物濃度；X——曝氣池內活性污泥濃度；V——曝氣池的容積；R——污泥回流比；Xr——回流污泥濃度；Qw——排泥量；

Xe——處理水中的污泥濃度小型試驗的流程圖當前95頁，總共108頁。No.1062.3莫諾特公式在完全混合曝氣池中的應用

完全混合曝氣池內的活性污泥一般處在減衰增殖期。此外，池內混合液中的有機物濃度是均一的，并與出水的濃度（Se）相同，其值較低，有Se<S＂。因此，采用式（13-26）是適宜的。當前96頁，總共108頁。Q-QWNo.107二沉池曝氣池

進水Q，S0剩余污泥排放

Qw，Xr

回流污泥RQ，Se，XrQ+RQSe，X處理水

Se，Xe完全混合式活性污泥法處理系統

V，Se，XQ——污水流量；S0——原污水底物濃度；Se——處理水底物濃度；X——曝氣池內活性污泥濃度；V——曝氣池的容積；R——污泥回流比；Xr——回流污泥濃度；Qw——排泥量；

Xe——處理水中的污泥濃度當前97頁，總共108頁。ds=dt在穩定條件下，對系統中的有機物進行物料平衡，得：經整理后，得：式中RQ——回流污泥量，常用m3/d，其他符號表示意義同前。

No.108QS0+RQSe(Q+RQ)SedtV（20）Se)Q(S0

V（13-28）

ds=當前98頁，總共108頁。ds=XVSNo.109(S0Se)

在運行穩定的條件下，完全混合曝氣池內各質點的有機物降解速率是一個常數，其值如式（13-26）所示。將式（13-26）

代入式（13-28），得：Se)=XtQ(S0

XV=K2Se（13-29）

根據完全混合曝氣池的特征，式（13-22）可改寫，即以Se代入式中之S，得：

maxdtKS+See（13-30）當前99頁，總共108頁。(S0Se)Se)=XtQ(S0

XV=（13-31