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。 

细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。

● 活性的微生物 

● 微生物自身氧化的残留物 

● 吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成 

其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。

在一定的能量水平(即细菌的活动能力)下，细菌构成了活性污泥的絮凝体的大部分，并形成菌胶团，具有良好的自身凝聚和沉降性能。 

在活性污泥中，除细菌外还出现原生动物，是细菌的首次捕食者，继之出现后生动物，是细菌的第二次捕食者。

● 曝气池：反应主体

● 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。

● 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。

● 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。

● 供氧系统：提供足够的溶解氧

【初期去除与吸附作用】

在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（10－45 min)内就出现了很高的有机物（BOD）去除率。 

这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大(可达混合液)，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。

【微生物的代谢作用】

活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并最终形成和等稳定物质。

【絮凝体的形成与凝聚沉降】

如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。 

为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。 

絮凝体的形成是通过丝状细菌来实现的。

【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污泥的含量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用。 

● 它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。

【混合液挥发性悬浮固体 MLVSS】

指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为mg/L、g/L或。 

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）。 

一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.75左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。

‍【污泥沉降比(SV)】

污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30 min沉降比。 

正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。 

它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。

正常值20-30%

【污泥体积指数 (SVI)】

污泥体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。 

它与污泥沉降比有如下关系： SVI=(SV×10)/MLSS 式中：MLSS的单位为g/L，SVI以百分数代入。

SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。

SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力； 

SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀(sludge bulking)，导致污泥流失等后果。 

一般认为，处理生活污水时SVI<100时，沉降性能良好；SVI为100-200时，沉降性能一般；SVI>200时，沉降性能不好。 

一般控制SVI为50－150之间较好。

【活性污泥的生物相(organism culture)】

活性污泥中出现的是普通的微生物。 

主要是细菌、放线菌、真菌、原生动物和少数其他微型动物。 

在正常情况下，细菌主要以菌胶团形式存在，游离细菌仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、pH值过高或过低等)，使菌胶团解体时。 

游离细菌多是活性污泥处于不正常状态的特征。‍

【污泥负荷】

在活性污泥法中，一般将有机物（BOD5）与活性污泥(MLSS)的重量比值(food to biomass, F:M)，称为污泥负荷，一般用N表示。 

污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。 

重量负荷(organic loading rate, NS）即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5 /(kgMLSS·d) 

容积负荷（volumetric loading rate, NV）是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3·d)。

‍污泥负荷对需氧量的影响：

    理论上，去除lkgBOD应消耗lkgO2。 

    由于废水中有机物的存在形式及运转条件不同，需氧量有所不同。 

    废水中胶体和悬浮状态的有机物首先被污泥表面吸附、水解、再吸收和氧化，其降解途径和速度与溶解性BOD不同。 

    当污泥负荷大时，BOD在系统中的停留时间短，一些只被吸附而未经氧化的有机物可能随污泥排出处理系统，使去除单位BOD的需氧量减少。

    在低负荷情况下，有机物能彻底氧化，甚至过量自身氧化，因此需氧量单耗大。从需氧量看，高负荷系统比低负荷系统经济。
    过程总需氧量包括有机物去除 (用于分解和合成)的需氧量以及有机体自身氧化需氧量之和。

【污泥龄(ts或θc)和水力停留时间（HRT）】

污泥龄（sludge age)是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。 

在运行稳定时，曝气池中活性污泥的量保持常数，每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量。 

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。

‍【溶解氧(DO)】

     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。 

    活性污泥絮凝体的大小不同，所需要的最小溶解氧浓度也就不一样。絮凝体越小，与污水的接触面积越大，也越利于对氧的摄取，所需要的溶解氧浓度就小。反之絮凝体大，则所需的溶解氧浓度就大。 

为了使沉降分离性能良好，较大的絮凝体是所期望的，因此溶解氧浓度以2mg/L左右为宜。

【营养物(nutrients)】

    在活性污泥系统里，微生物的代谢需要一定比例的营养物，除以BOD表示的碳源外，还需要氮、磷和其他微量元素。 生活污水含有微生物所需要的各种元素，但某些工业废水却缺乏氮、磷等重要元素。 一般认为对氮、磷的需要应满足以下比例，即BOD:N:P=100:5:1。

【pH值】

    对于好氧生物处理，pH值一般以6.5－9.0为宜。pH值低于6.5，真菌即开始与细菌竞争，降低到4.5时，真菌将占优势，严重影响沉降分离。pH值超过9.0时，代谢速度受到阻碍。 需要指出的是pH值是指混合液而言。

【水温(temperature)】

在微生物酶系统不受变性影响的温度范围内，水温上升就会使微生物活动旺盛，就能够提高反应速度。 

水温上升还有利于混合、搅拌、沉降等物理过程，但不利于氧的转移。 

对于生化过程，一般认为水温在20－30℃时效果最好，35℃以上和l0℃以下净化效果即降低。

【有毒物质(toxic materials)】

对生物处理有毒害作用的物质很多。毒物大致可分为重金属、H2S等无机物质和氰、酚等有机物质。 

这些物质对细菌的毒害作用，或是破坏细菌细胞某些必要的生理结构，或是抑制细菌的代谢进程。 

毒物的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他毒物及微生物的数量或是否驯化等有很大关系

【污泥回流比】

    污泥回流比(（ratio of returned sludge）是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值，一般用百分数表示，符号为R。 污泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当选择，一般在20％－50％之间，有时也高达150％。‍‍

【适应期】

是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。、COD等各项污染指标可能并无较大变化。

【对数增长期】

F/M值高（>2.2），所以有机底物非常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。

【减速增长期】

F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；有机底物的降解速率也开始下降；微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。

【内源呼吸期】

内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；一般不用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。

【推流式活性污泥法的特点】

（a）废水中污染物浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；

（b）推流式曝气池可采用多种运行方式； 

（c）曝气池可以做的比较大，不易产生短路，适合于处理量比较大的情况；

（d）氧的利用率不均匀，入流端利用率高，出流端利用率低，会出现池尾供气过量的现象，增加动力费用。

【完全混合式活性污泥法】

完全混合式曝气池，是废水进入曝气池后在搅拌的作用下迅速与池中原有的混合液充分混合，因此混合液的组成、微生物群的量和质是完全均匀一致的。 

这意味着曝气池中所有部位的生物反应都是同样的，氧吸收率都是相同的。

完全混合式活性污泥法的特点

（a）抗冲击负荷的能力强，池内混合液能对废水起稀释作用。

（b）由于全池需氧要求相同，能节省动力； 

（c）有时曝气池和沉淀池可合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理； 

（d）连续进水、出水可能造成短路，易引起污泥膨胀。

（e）池子体积不能太大，因此一般用于处理量比较小的情况，比较适宜处理高浓度的有机废水。

在活性污泥法中，曝气的作用主要有

充氧：向活性污泥中的微生物提供溶解氧，满足其在生长和代谢过程中所需的氧量。

搅动混合：使活性污泥在曝气池内处于悬浮状态，与废水充分接触。

曝气池的类型

① 根据混合液在曝气池内的流态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；

② 根据曝气方式，可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械——鼓风曝气池；

③ 根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种；

④ 根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。

‍【推流式曝气池】

    推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，增加气泡和水的接触时间。 

    曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。

    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。

【完全混合式曝气池】

    完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。 

    改变叶轮的直径可以适应不同直径（边长）、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。 

    使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建。

【循环混合式曝气池】

    循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟（oxidation ditch)，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。

    氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循环流动，流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈悬浮状态。‍

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