生命与环境科学学院试验报告 实验课名称水污染控制工程试验名称活性污泥充氧实验装置——CAST 工艺成绩 姓名师蕾班级 14环境工程学号14054024组别二时间 2016.11.16
前言：活性污泥法是应用最广泛的一种好氧生物处理方法，许多新型的污水处理工艺是在传统活性污泥法的基础上开发出来的。过去都是根据经验数据进行设计和运行，近年来对活性污泥动力学方面做了许多研究，希望通过对有机污泥物降解和微生物增长规律的研究，能更合理地进行曝气池的设计和运行。
一、实验目的：
1、了解活性污泥法曝气池的构造和主要工艺参数；
2、加深对活性污泥法动力学基本概念的理解。
二、实验步骤原理：
实验装置本体为生物反应器（曝气池）。活性污泥法是由曝气、沉淀和滗水排放三个步骤组成。在曝气池中的污泥称为活性污泥，是一个细菌的混合群体，常以菌胶团的形式存在。在活性污泥的曝气过程中，废水中有机物的变化可以划分为吸附和稳定两个阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去；在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上去的有机物为微生物所利用。构成活性污泥法有三个基本要素：（1）微生物；（2）有机物；（3）溶解氧。废水稳定地流入曝气池，经曝气阶段后泥水混合液开始进行沉淀过程，处理水排出，多余污泥排放。
实验时先要经历活性污泥培养期，先将作为菌种的活性污泥加入曝气池，使污泥浓度约为2g/L，开动系统运行，使污泥浓度保持稳定，一般情况下，连续运行2—4周就能使系统处于稳定状态，从而可以进行正式的废水实验，进行混合液耗氧速率动力学系数的测定和废水处理效果的测定。
三、 技术规格要求：
1、环境温度：5℃～40℃
四、 实验配套设备及仪器：
1、仪器设备：
装置本体曝气池为：机玻璃水池，内有曝气器头装置、曝气管、进水管、出水管。
配套装置有配：水箱1只、防腐防酸进水泵1台、（最大流量16/19L/min最高扬程3.4m 电压220V ）、（最大流量16/19L/min最高扬程2.5m 电压220V ）、充氧泵1台、流量计1只、调速电机1台、不锈钢搅拌1套、调速器1套、金属电控箱1只、电压表1只(0-250V)、漏电保护开关1套、按钮开关2只、电源线、连接管道、阀门、防水板1张（厚度25mm ）、不锈钢台架等组成。
曝气池外形尺寸：直径×高度=Φ350mm ×400mm 外形总尺寸：700mm ×500mm ×1100mm
（配图）
2、污泥浓度的仪器和化学药品：视具体情况进行选择和调整。
五、基本流程
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，它易于沉淀分离，并使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。活性污泥法则是以活性污泥为主体的生物处理方法，它的主要构筑物是曝气池和二沉沉淀池。需处理的污水与回流的活性污泥同时进入曝气池，成为混合液，沿着曝气池注入压缩空气进行曝气，使污水与活性污泥充分混合接触，并供给混合液以足够的溶解氧。在好氧状态下，污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定，然后混合液流入二次沉淀池，在其中，活性污泥与澄清水分离后一部分不断回流到曝气池，像接种一样与进入污水混合，澄清水则溢流排放。在处理过程中，活性污泥不断增长，有一部分剩余污泥需要从系统中排除。
活性污泥法的实质是以存在于污水中的有机物作为培养基（底物），在有氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，通过凝聚、吸附、氧化分解、沉淀等过程去除有机物的一种方法。
六、净化过程与机理
活性污泥微生物能够连续从污水中去除有机物，是由以下几个过程完成的。
1、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（3~5分钟）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（介于2000~10000m2/m3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。初期被去除的BOD 像一种备用的食物源一样，贮存在微生物细胞的表面，经过几个小时的曝气后，才会相继摄入代谢。在初期，被单位污泥去除的有机物数量是有一定限制的，它取决于污水的类型以及与污水接触时的污泥性能。例如，污水中呈悬浮的和胶体的有机物多，则初期去除率大；反之如溶解性有机物多，则初期去除率就小。又如，回流的污泥未经过足够的曝气，预先贮存在污泥里的有机物将代谢不充分，污泥未得到再生，活性不能很好恢复，因而必将降低初期去除率；但是，如回流污泥经过长时间的曝气，则会使污泥长期处于内源呼吸阶段，由于过分自身氧化而失去活性，同样也会降低初期去除率。
2、微生物的代谢作用
活性污泥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CO 2和H 2O 等稳定物质。在新细胞合成与微生物增长的过程中，除氧化一部分有机物以获得能量外，还有一部分微生物细胞物质也在进行氧化分解，并供应能量。
活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成（活性污泥增长），有机物（包括一部分细胞物质）的氧化分解和氧的消耗所组成。当氧供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去处是并行的；污泥增长的旺盛时期，也就是有机物去除的快速时期。
3、絮凝体的形成与凝聚沉淀
污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解形成二氧化碳和水，一部分合成细胞物质成为菌体。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，现多使用重力沉淀法。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，那么将保持稳定悬浮状态，沉淀分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉淀的絮凝体。
易于形成絮凝体的细菌有动胶菌属、产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单孢菌等。但无论哪一种细菌又都是在一定条件下才能够凝聚的。
七、活性污泥的评价指标
评价活性污泥，除对活性污泥微生物组成的生物相进行观察外，还使用以下指标：
1、混合液悬浮固体（MLSS ）
混合液悬浮固体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，单位为mg/L，也称混合业污泥浓度。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。活性污泥法中，MLSS 一般为2~4mg/L。
2、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）
混合液挥发性悬浮固体是指混合液悬浮固体中有机物的重量，单位为mg/L。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比较值较固定，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。
3、污泥沉降比（SV%）
污泥沉降比是指曝气池混合液在100mL 量筒中，静置沉淀30min 后，沉淀污泥与混合液之体积比（%）。由于正常的活性污泥在静沉30min 后，一般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。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。
4、污泥指数（SVI ）
污泥指数全称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液经30min 静沉后，1g 干污泥所占的容积以ml 计，即： SVI= 混合液30min
静沉后污泥容积（ml/L）
SV%×10 污泥干重（g/L） MLSS （g/L）
SVI 值能较好的反映出活性污泥的松散程度（活性）和凝聚、沉淀性能。SVI 值过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力。SVI 值过高，说明污泥难于沉淀分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现“污泥膨胀”，导致污泥流失等后果。一般认为，生活污水的SVI200时，沉淀性能不好。
例如曝气池混合液污泥沉降比为20%，污泥浓度为2.5g/L，则SVI = 5、污泥龄（t s ）
污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比值，单位是日。在运行稳定时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此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。
八、定期检查项目
（一）、定期检查项目：
1. 风机、水泵等设备是否正常运行；
2. 水箱水位是否正常；
3. 流量计显示是否处于合理范围；
4. 有机玻璃曝气池水位是否正常。
（二）、维护工作：
1. 水箱保持正常水位；
2. 风机、水泵的定期维护；
3. 不用时水箱及水池一定要排放出水
九、思考与总结：
（一）、结合实例，进行学习：
北京市肖家河污水处理厂的生物处理工艺段：由两组并列运行，每组均包含厌氧区、缺氧区、好氧区及MBR 膜池，主要是去除水中呈胶体和溶解状的有机物及氮磷等污染物。具体功能为：厌氧区完成释磷，缺氧区进行反硝化脱氢，好氧区向水中曝气，硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，通过微生物新陈代谢来降解有机物。MBR 膜池含膜过滤单元，以中空纤维超滤膜替代二沉淀进行固液分离，通过在膜内外侧施加一定的压差，使混合液中小于膜孔径的组分透过膜，而大分子等被截流。
好氧区曝气图
（二）、CAST 工艺的特点：
1. 处理效果好，出水水质稳定；
2. 通过程序控制可达到良好的脱氮除磷的目的；
3. 污泥沉降性能好，稳定化程度高；
4. 能很好缓冲进水水质、水量的波动；
5. 工艺简单，基建投资较低；
6. 采用组合式模块结构设计，方便分期建设和扩建工程；
7. 自动化程度高，运行管理较复杂，要求较高的设备维护水平；
8. 设备闲置率高，维修工作量大
（三）、如何判断活性污泥的生长情况？
除对活性污泥微生物组成的生物相进行观察外，还包括如下指标：
1、混合液悬浮固体（MLSS ）
2、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）
3、污泥沉降比（SV%）
4、污泥指数（SVI ）
5、污泥龄（t s ）
（四）、好氧区C 、N 、P 比例是多少？
答：C 常以BOD 5进行表示，其中好氧区BOD5：N ：P=100：5：1
生命与环境科学学院试验报告 实验课名称水污染控制工程试验名称活性污泥充氧实验装置——CAST 工艺成绩 姓名师蕾班级 14环境工程学号14054024组别二时间 2016.11.16
前言：活性污泥法是应用最广泛的一种好氧生物处理方法，许多新型的污水处理工艺是在传统活性污泥法的基础上开发出来的。过去都是根据经验数据进行设计和运行，近年来对活性污泥动力学方面做了许多研究，希望通过对有机污泥物降解和微生物增长规律的研究，能更合理地进行曝气池的设计和运行。
一、实验目的：
1、了解活性污泥法曝气池的构造和主要工艺参数；
2、加深对活性污泥法动力学基本概念的理解。
二、实验步骤原理：
实验装置本体为生物反应器（曝气池）。活性污泥法是由曝气、沉淀和滗水排放三个步骤组成。在曝气池中的污泥称为活性污泥，是一个细菌的混合群体，常以菌胶团的形式存在。在活性污泥的曝气过程中，废水中有机物的变化可以划分为吸附和稳定两个阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去；在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上去的有机物为微生物所利用。构成活性污泥法有三个基本要素：（1）微生物；（2）有机物；（3）溶解氧。废水稳定地流入曝气池，经曝气阶段后泥水混合液开始进行沉淀过程，处理水排出，多余污泥排放。
实验时先要经历活性污泥培养期，先将作为菌种的活性污泥加入曝气池，使污泥浓度约为2g/L，开动系统运行，使污泥浓度保持稳定，一般情况下，连续运行2—4周就能使系统处于稳定状态，从而可以进行正式的废水实验，进行混合液耗氧速率动力学系数的测定和废水处理效果的测定。
三、 技术规格要求：
1、环境温度：5℃～40℃
四、 实验配套设备及仪器：
1、仪器设备：
装置本体曝气池为：机玻璃水池，内有曝气器头装置、曝气管、进水管、出水管。
配套装置有配：水箱1只、防腐防酸进水泵1台、（最大流量16/19L/min最高扬程3.4m 电压220V ）、（最大流量16/19L/min最高扬程2.5m 电压220V ）、充氧泵1台、流量计1只、调速电机1台、不锈钢搅拌1套、调速器1套、金属电控箱1只、电压表1只(0-250V)、漏电保护开关1套、按钮开关2只、电源线、连接管道、阀门、防水板1张（厚度25mm ）、不锈钢台架等组成。
曝气池外形尺寸：直径×高度=Φ350mm ×400mm 外形总尺寸：700mm ×500mm ×1100mm
（配图）
2、污泥浓度的仪器和化学药品：视具体情况进行选择和调整。
五、基本流程
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，它易于沉淀分离，并使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。活性污泥法则是以活性污泥为主体的生物处理方法，它的主要构筑物是曝气池和二沉沉淀池。需处理的污水与回流的活性污泥同时进入曝气池，成为混合液，沿着曝气池注入压缩空气进行曝气，使污水与活性污泥充分混合接触，并供给混合液以足够的溶解氧。在好氧状态下，污水中的有机物被活性污泥中的微生物群体分解而得到稳定，然后混合液流入二次沉淀池，在其中，活性污泥与澄清水分离后一部分不断回流到曝气池，像接种一样与进入污水混合，澄清水则溢流排放。在处理过程中，活性污泥不断增长，有一部分剩余污泥需要从系统中排除。
活性污泥法的实质是以存在于污水中的有机物作为培养基（底物），在有氧的条件下，对各种微生物群体进行混合连续培养，通过凝聚、吸附、氧化分解、沉淀等过程去除有机物的一种方法。
六、净化过程与机理
活性污泥微生物能够连续从污水中去除有机物，是由以下几个过程完成的。
1、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（3~5分钟）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（介于2000~10000m2/m3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。初期被去除的BOD 像一种备用的食物源一样，贮存在微生物细胞的表面，经过几个小时的曝气后，才会相继摄入代谢。在初期，被单位污泥去除的有机物数量是有一定限制的，它取决于污水的类型以及与污水接触时的污泥性能。例如，污水中呈悬浮的和胶体的有机物多，则初期去除率大；反之如溶解性有机物多，则初期去除率就小。又如，回流的污泥未经过足够的曝气，预先贮存在污泥里的有机物将代谢不充分，污泥未得到再生，活性不能很好恢复，因而必将降低初期去除率；但是，如回流污泥经过长时间的曝气，则会使污泥长期处于内源呼吸阶段，由于过分自身氧化而失去活性，同样也会降低初期去除率。
2、微生物的代谢作用
活性污泥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CO 2和H 2O 等稳定物质。在新细胞合成与微生物增长的过程中，除氧化一部分有机物以获得能量外，还有一部分微生物细胞物质也在进行氧化分解，并供应能量。
活性污泥微生物从污水中去除有机物的代谢过程，主要是由微生物细胞物质的合成（活性污泥增长），有机物（包括一部分细胞物质）的氧化分解和氧的消耗所组成。当氧供应充足时，活性污泥的增长与有机物的去处是并行的；污泥增长的旺盛时期，也就是有机物去除的快速时期。
3、絮凝体的形成与凝聚沉淀
污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解形成二氧化碳和水，一部分合成细胞物质成为菌体。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，现多使用重力沉淀法。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，那么将保持稳定悬浮状态，沉淀分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉淀的絮凝体。
易于形成絮凝体的细菌有动胶菌属、产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单孢菌等。但无论哪一种细菌又都是在一定条件下才能够凝聚的。
七、活性污泥的评价指标
评价活性污泥，除对活性污泥微生物组成的生物相进行观察外，还使用以下指标：
1、混合液悬浮固体（MLSS ）
混合液悬浮固体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，单位为mg/L，也称混合业污泥浓度。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。活性污泥法中，MLSS 一般为2~4mg/L。
2、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）
混合液挥发性悬浮固体是指混合液悬浮固体中有机物的重量，单位为mg/L。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比较值较固定，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。
3、污泥沉降比（SV%）
污泥沉降比是指曝气池混合液在100mL 量筒中，静置沉淀30min 后，沉淀污泥与混合液之体积比（%）。由于正常的活性污泥在静沉30min 后，一般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。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。
4、污泥指数（SVI ）
污泥指数全称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液经30min 静沉后，1g 干污泥所占的容积以ml 计，即： SVI= 混合液30min
静沉后污泥容积（ml/L）
SV%×10 污泥干重（g/L） MLSS （g/L）
SVI 值能较好的反映出活性污泥的松散程度（活性）和凝聚、沉淀性能。SVI 值过低，说明泥粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附能力。SVI 值过高，说明污泥难于沉淀分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现“污泥膨胀”，导致污泥流失等后果。一般认为，生活污水的SVI200时，沉淀性能不好。
例如曝气池混合液污泥沉降比为20%，污泥浓度为2.5g/L，则SVI = 5、污泥龄（t s ）
污泥龄是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比值，单位是日。在运行稳定时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此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。
八、定期检查项目
（一）、定期检查项目：
1. 风机、水泵等设备是否正常运行；
2. 水箱水位是否正常；
3. 流量计显示是否处于合理范围；
4. 有机玻璃曝气池水位是否正常。
（二）、维护工作：
1. 水箱保持正常水位；
2. 风机、水泵的定期维护；
3. 不用时水箱及水池一定要排放出水
九、思考与总结：
（一）、结合实例，进行学习：
北京市肖家河污水处理厂的生物处理工艺段：由两组并列运行，每组均包含厌氧区、缺氧区、好氧区及MBR 膜池，主要是去除水中呈胶体和溶解状的有机物及氮磷等污染物。具体功能为：厌氧区完成释磷，缺氧区进行反硝化脱氢，好氧区向水中曝气，硝化菌将氨氮氧化成硝态氮，通过微生物新陈代谢来降解有机物。MBR 膜池含膜过滤单元，以中空纤维超滤膜替代二沉淀进行固液分离，通过在膜内外侧施加一定的压差，使混合液中小于膜孔径的组分透过膜，而大分子等被截流。
好氧区曝气图
（二）、CAST 工艺的特点：
1. 处理效果好，出水水质稳定；
2. 通过程序控制可达到良好的脱氮除磷的目的；
3. 污泥沉降性能好，稳定化程度高；
4. 能很好缓冲进水水质、水量的波动；
5. 工艺简单，基建投资较低；
6. 采用组合式模块结构设计，方便分期建设和扩建工程；
7. 自动化程度高，运行管理较复杂，要求较高的设备维护水平；
8. 设备闲置率高，维修工作量大
（三）、如何判断活性污泥的生长情况？
除对活性污泥微生物组成的生物相进行观察外，还包括如下指标：
1、混合液悬浮固体（MLSS ）
2、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS ）
3、污泥沉降比（SV%）
4、污泥指数（SVI ）
5、污泥龄（t s ）
（四）、好氧区C 、N 、P 比例是多少？
答：C 常以BOD 5进行表示，其中好氧区BOD5：N ：P=100：5：1