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加深对污水好氧生物处理和活性污泥法原理的理解；
2、掌握活性污泥法常规运行管理及水质指标的测定，包括MLSS，MLVSS，SV30，SVI，镜检以及DO，污泥负荷，污泥泥龄，处理效率的测定及计算；
3、了解活性污泥法的起动及运行，包括接种、培菌、驯化及日常运行的过程。
二、实验仪器及设备
（一）仪器
1）生化反应器（8L）：
用于乘装6升的营养液与污泥。
生化反应器
2）曝气系统：
由一个小的空压机和连接导管组成
3）溶解氧测定仪
4）电子天平
5）量杯（3L）
6）消解罐
布氏漏斗
7）布氏漏斗
8）真空抽滤系统
（二）试剂
1）葡萄糖、乙酸钠：
作为营养加入到污泥中。
乙酸钠：
无色无味的结晶体，在空气中可被风化，可燃。
溶于水和乙醚，微溶于乙醇。
123℃时失去结晶水。
但是通常湿法制取的有醋酸的味道。
水中发生水解。
显碱性。
2）硫酸铵、磷酸二氢钾：
3）重铬酸钾、硫酸-硫酸银催化剂、硫酸亚铁铵、试亚铁灵指示液：
测水样COD所用。
三、实验原理
活性污泥法就是利用悬浮在水中的活性污泥，在微生物生长有利的环境下和污水充分接触，对废水中的有机物、营养元素（N、P）和某些无机毒物产生吸附、氧化分解而使废水得到净化的方法。
我国是世界上水污染最为严重国家之一。
全国每年污水排放达360亿吨，仅10％的生活污水和70％的工业废水得到处理，其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。
其他未经处理的污水直接排入江河湖海，致使我国的水环境遭受严重危害。
因此，研究一种高效，安全，无毒无害的彻底的水污染处理方法迫在眉睫。
目前，通常采用的好氧活性污泥法处污水能一步到位，避免了污染物的多次转移，因此它是一种消除污染的安全而彻底的方法。
1．活性污泥的定义
活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的一类好氧生物处理方法，生物絮体称活性污泥。
由好氧微生物（包括真菌、细菌、原生动物及后生动物）及其代谢和吸附的有机物，无机物组成，显示生物化学活性，具有降解废水中有机污染物的能力。
2.活性污泥法的作用过程：
吸附阶段
主要是废水中的污染物由于活性污泥的吸附作用被转移到活性污泥中从而被去除，这一阶段时间很短，一般10-45min即可完成。
废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液，废水的污染物被比表面积巨大，且表面含有多糖类黏性物质的微生物吸附和黏连，呈胶体的大分子有机物被吸附后，首先在水解酶作用下，分解为小分子物质，然后这些小分子与溶解性有机物在酶的作用下或浓度差推动下选择性渗入细胞体内，使废水中的有机物含量下降而得到净化。
氧化阶段
在有氧的条件下，微生物将前一阶段所吸附的污染物氧化分解以获得能量或合成细胞质。
从水处理的角度看，无论氧化分解还是合成都能从水中去除污染物，这一阶段进行缓慢，一般需4-6hr。
被吸附和吸收的有机物质继续被氧化，这个阶需要很长时间，进行非常缓慢。
在生物吸附阶段，随着有机物吸附量的增加，污泥的活性逐渐减弱。
当吸附饱和后，污泥失去吸附能力，经过生物氧化阶段吸附的有机物被氧化分解后，活性污泥又呈现活性，恢复吸附能力。
絮凝沉淀阶段
氧化阶段合成的菌体、有机体絮凝形成絮凝体，通过重力沉淀从水中分离出来，使水净化，这一阶段在二沉池中进行。
现在活性污泥法已是一种应用很广泛的污水好氧生物处理技术。
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，污水中的悬浮固体和可溶性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分离后，上清液溢流排放，活性污泥一部分回流到曝气池以保持曝气池中一定的污泥浓度，另一部分则作为剩余污泥排放。
3．好氧活性污泥法中的微生物群落
废水生物处理工艺后出水的好坏同活性污泥生物的种类、数量及其代谢活力有关，活性污泥中的微生物由分解有机物的细菌、原生动物、后生动物等。
细菌：
按其外形可分为球菌、杆菌、和弧菌三种类型。
活性污泥中除一般细菌外，还存在一些较高等的细菌，如放线菌、丝状菌。
真菌：
真菌具有单细胞和多细胞两种形态。
单细胞真菌多呈圆形或椭圆形。
常见的有酵母菌，多细胞真菌呈丝状，统称霉菌。
原生动物：
生物处理中，主要的原生动物有肉足虫类、鞭毛虫类、纤毛虫类等。
其中的纤毛虫类原生动物与废水处理的关系密切
后生动物：
又称多细胞动物。
主要有轮虫、线虫等。
藻类：
是一种单细胞或多细胞的植物。
富含蛋白质、脂肪等营养物质。
藻类细胞内有叶绿体，能进行光合作用，利用CO：
合成细胞质，放出氧气。
4．好氧活性污泥法的基本流程
活性污泥法的基本流程由曝气池、二次沉淀池、曝气系统（含空气或氧气的加压设备，管道系统和空气扩散装置）以及污泥回流系统组成。
曝气池与二次沉淀池是活性污泥系统的基本构筑物。
由初次沉淀池流出的废水与从二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，其混合体成为混合液。
在曝气池的作用下，混合液得到足够的溶解氧，并使活性污泥和废水充分接触。
废水中的可溶性有机污染物为活性污泥所吸附，并被微生物群体所分解，使废水得到净化。
在二次沉淀池内，活性污泥与已被净化的废水分离，处理水排放，活性污泥在污泥区内进行浓缩，并以较高浓度回流曝气池。
由于活性污泥不断增长，部分污泥作为剩余污泥从系统中排出。
活性污泥法系统有效运行的基本条件是：
a废水中含有足够的可溶性易降解有机物，作为微生物理活动所必需的营养物质。
b混合液含有足够的溶解氧。
c活性污泥在池内呈悬浮态，能够充分的与废水接触。
d活性污泥连续回流，及时地排除剩余污泥，是混合液保持一定浓度的活性污泥。
e没有对微生物有毒害作用的物质进入。
5.好氧活性污泥法的常用指标参数
混合物悬浮固体MLSS（MixedLiquidSuspendedSolid）：
指儿曝气池混合液中所含悬浮固体干重，它是衡量反应器中活性污泥数量多少的指标。
挥发性混合物悬浮固体MLVSS（MixedLiquidVolatileSuspendedSolid）指1L曝气池混合液中所含挥发性悬浮固体含量，它只包括微生物菌体（Ma）、微生物自生氧化产物（Me）吸附在污泥絮体上不能被微生物所降解的有机物（Mi），不包括无机物（Mii）。
所以MLVSS比较确切地反映反应器中微生物的数量。
污泥沉降比SV％（SolidVolume）指曝气池混合液在量筒中静止30min后，污泥所占体积与原混合液体积的比值。
污泥体积指数SVI（SolidVolumelndex）污泥体积指数指曝气池混合液经30min静止沉降后1g干污泥所占的体积，单位为mL/g。
污泥负荷（sludgeLoading）污泥负荷是反应器设计和运行的一个重要参数，它指单位活性污泥每天所能去除的5日生化需氧量，单位是kgBOD5／kgMLSS。
污泥龄SRT是指污泥在反应器中的平均停留时间，其单位是天。
四、实验步骤
（一）实验顺序
1、活性污泥指标的测定：
取城市生活污水处理厂曝气池的活性污泥，测定MLSS,SV30,SVI并镜检；
2、小型间歇式活性污泥反应器的准备：
8L反应器1个，曝气系统一套，葡萄糖或乙酸钠模拟废水（自配）；
3、接种：
向反应器中加入适量的活性污泥菌种3L（MLSS自定）；
4、培养：
配制污泥培养营养液3L，COD值自选，加入到活性污泥菌种中，依据计算负荷，溶解氧值自定（第一天）；
5、测定活性污泥指标及有机物去除率，沉淀，排水3L（或排泥维持MLSS稳定），加入营养液3L（COD值自选），曝气，溶解氧自定（第二天）；
6、重复步骤5（第三天）；
要求：
维持MLSS稳定，不发生污泥膨胀，计算根据理论污泥增长量及测定实际污泥增长量，计算污泥泥龄；
（二）具体做法
测定MLSS：
实验仪器：
恒温鼓风干燥箱、真空抽滤系统、量杯、取样烧杯、镊子、干燥器、万分之一电子天平。
首先称量滤纸干重，进行水样过滤，再次称量滤纸和污泥的总干重，得到两者干重之差，即为混合液悬浮固体的量。
活性污泥包括微生物，微生物吸附的菌胶团以及吸附的有机质和无机物，反映活性污泥质量的好坏的是有机物的含量越高，活性越强，若无机物含量较高，则污泥老化了。
将烘干后携带污泥的滤纸，拿到焚烧炉中焚烧，则将得到无机物的质量。
总的污泥质量减去无机物的质量即得到有机物的质量。
选用定量滤纸，而不选用定性滤纸，因为定量滤纸在焚烧的过程当中，滤纸全部被气化，不留任何残渣。
污泥沉降比（SV30）
结果表达
SVI值是判断污泥沉降浓缩性能的一个常用参数。
一般认为SVI=50～150mL/g时，污泥沉降良好；
SVI大于200mL/g时，污泥膨胀，沉降性能差；
SVI小于50mL/g时，污泥中无机物多，活性差。
五、实验记录及原始数据
第一天
根据经验：
在0.5kgBOD/（kgMLSS﹒d）以下的低负荷区和1.5kgBOD5/（kgMLSS﹒d）以上的高负荷区，SVI值都在150以下，都不会出现污泥膨胀现象。
而BOD—污泥负荷介于0.5~1.5kgBOD5/（kgMLSS﹒d）之间的区域，SVI值很高，属污泥膨胀高发区，所以小组取污泥负荷为0.3kgBOD5/（kgMLSS﹒d），即Ls=0.3kgBOD5/（kgMLSS﹒d）
MLSS：
放一片滤纸于电子天枰中，烘干称重得0.523g，取100mL污泥于量筒中，用所称滤纸在真空抽滤装置上抽滤，小心取下附有污泥的滤纸，再次于电子天枰上烘干称重得0.841g，可算出污泥水样的MLSS=3.18g/L。
因MLSS取值范围在2.5~3g/L，所以自定MLSS=2.8g/L
由式可得：
随即取5.283L的污泥水样注入生化反应器中，剩余
于溶解营养物质后也注入其中。
SV30：
取活性污泥100mL于容量瓶中，静止30min，读出底部污泥体积：
24mL，即
SV30=24%
BOD5：
根据自定的污泥负荷，可得：
由已知的乙酸钠与BOD5的比值0.52可得：
所以乙酸钠总质量=1.6154×
6=9.69g
故称取9.69克的乙酸钠溶于0.717的蒸馏水中，注入生化反应器。
并放入曝气装置的曝气孔，插入溶解氧测定仪的测试棒，调节曝气速率，使水样的溶解氧稳定在3mg/L左右。
随后，取水样的上清液5mL于消解罐中，再移入5mL的重铬酸钾溶液以及5mL的硫酸—硫酸银溶液（三组：
空白和两组平行样），放入微波炉消解5分钟后，拿出置于自来水中冷却，约15min后，倒入锥形瓶中，滴入两滴试亚铁灵指示剂，再用事先标定过的硫酸亚铁铵滴定，读出所消耗的硫酸亚铁铵体积为21.98mL（空白：
22.91mL）。
标定方法：
准确吸取10.00毫升重铬酸钾标准溶液于150mL的锥形瓶中，加水稀释至30毫升左右，缓慢加入浓硫酸5mL，混匀，冷却后加入2滴试亚铁灵溶液，用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终止。
式中：
C—硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）
V—硫酸亚铁铵标准溶液的滴定用量（mL）
得到硫酸亚铁铵溶液用量45.82mL，故可得：
C硫酸亚铁铵=0.021824mol/L
CODcr：
可能由于水样中COD值超过测定范围，第一次微波冷却后发现水样呈现绿色，无法测定数值，随后将原水样稀释10倍，得到测定值。
根据以下公式，求得COD的值：
V0—空白消耗的硫酸亚铁铵量（mL）
V1—水样消耗硫酸亚铁铵量（mL）
V2—水样体积（mL）
C—硫酸亚铁铵溶液的浓度（mol/L）
空白消耗：
22.91mL，水样消耗：
21.98mL，所以：
mg/L
得：
CODcr=10×
32.474=324.74mg/L
根据BOD5：
CODcr=0.52：
0.68，可得BOD5=324.74/0.68×
0.52=248.33mg/L
第二天
DO：
2.4mg/L
2.99g/L，相对于第一天所定的2.8g/L有所增值
SV30:
17%
SVI=170（mL/L）/2.99（g/L）=56.856mL/g<
100mL/g，根据经验：
SVI值为100~150时，污泥沉降性能良好；
SVI值>
200时，污泥沉降性能差；
SVI值过低时，污泥絮体细小紧密，含无机物较多，污泥活性差。
故实验所得数值表明，我们培养的污泥活性差，可能是因为微生物刚接种至反应器中，仍需要一段时间去适应。
污泥增值：
，此处的X值表示现反应器中5.6187L的水中所含的微生物就能满足第一天所设计的2.8g/L，所以需要排掉
的水，就能排除一天内产生的污泥增量。
和上一天的测定方法相同，将水样上清液稀释10倍，取5mL用标定所得的0.021468mol/L的硫酸亚铁铵溶液滴定得：
空白所消耗的量：
23.5mL，水样消耗的量：
23.1mL，所以水样中CODcr=6.87×
10=60.87mg/L
加入营养：
为保证每天的进水负荷相同，停止曝气，用虹吸法吸出2L的上清液，同样取9.69g的乙酸钠作为营养溶于2.3813L的蒸馏水中（2+0.3813=2.3813L），使污泥负荷与第一天相同，达到0.3kgBOD5/（kgMLSS﹒d）。
溶解后一并注入生化反应器中。
第三天
5.8mg/L
3.28g/L，相对于第二天所定的2.99g/L有明显增值
18%
SVI=180（mL/L）/3.28（g/L）=54.878mL/g<
100mL/g，说明污泥活性仍差，经分析可能是因为有机物含量不足，导致微生物营养不够，活性降低。
和上一天的测定方法相同，将水样上清液稀释10倍，取5mL用标定所得的0.02114mol/L的硫酸亚铁铵溶液滴定得：
23.2mL，水样消耗的量：
22.5mL，所以水样中CODcr=23.677×
10=236.77mg/L
六、思考题
1、A学生培养的好氧活性污泥SV30为40%，MLSS为1.5克/升；
B学生培养的好氧活性污泥SV30为50%，MLSS为4克/升，请问，你觉得哪位同学培养的活性污泥情况较好，为什么？
答：
由于SVI=沉淀污泥的体积（mL/L）/MLSS（g/L），则
A学生：
SVI=40%×
1000/1.5=266.67ml/g
B学生：
SVI=50%×
1000/4=125
SVI值是判断污泥沉降浓缩性能的一个重要参数，通常认为SVI值为100~150时，污泥沉降性能良好；
综上可知A同学SVI>
200ml/g,污泥沉降性能差；
B同学SVI值在100~150之间，污泥沉降性能良好。
所以B同学培养的活性污泥情况较好。
2、对活性污泥进行培养，“污泥负荷高，则泥龄就短”，这样的判断对吗，就请分析说明。
泥龄的选取与哪些因素有关？
对。
污泥龄是指在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需的时间。
从工程上说，在稳定条件下，就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数量的比θc。
污泥龄是指活性污泥在整个系统内的平均停留时间一般用SRT表示也是指微生物在活性污泥系统内的停留时间。
控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物种类的一种方法。
如果某种微生物的世代期比活性污泥系统长，则该类微生物在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余活性污泥的方式排走，该类微生物就永远不会在系统内繁殖起来。
反之如果某种微生物的世代期比活性污泥系统的泥龄短，则该种微生物在被以剩余活性污泥的形式排走之前，可繁殖出下一代，因此该种微生物就能在活性污泥系统内存活下来，并得以繁殖，用于处理污水。
SRT直接决定着活性污泥系统中微生物的年龄大小，一般年轻的活性污泥，分解代谢有机污染物的能力强，但凝聚沉降性差，年长的活性污泥分解代谢能力差，但凝聚性较好。
用SRT控制排泥，被认为是一种最可靠，最准确的排泥方法，选择合适的泥龄（SRT）作为控制排泥的目标。
一般处理效率要求高，出水水质要求高SRT应控制大一些，温度较高时，SRT可小一些。
分解有机污染物的决大多数微生物的世代期都小于3天。
将NH3-N硝化成NO3—-N的硝化杆菌的世代期为5天。
泥龄ts=曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量：
ts=（X×
VT）/（QS×
XR+Q×
XE）
式中：
ts——泥龄，d；
X——曝气池中的活性污泥浓度，即MLSS，kg/m3；
VT——曝气池总体积，m3；
QS——每天排出的剩余污泥体积，m3/d；
XR——剩余污泥浓度，kg/m3；
Q——设计污水流量，m3/d；
XE——二沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3。
若污泥负荷高，微生物增长就快；
微生物增长快了，剩余污泥就多了，就要加强排泥，所以泥龄就短。
污泥龄的选取与水质及微生物特性有关。
3、你培养的污泥膨胀了吗？
请分析你培养的污泥膨胀原因（或未膨胀的原因）？
我组培养的污泥没有膨胀。
可能造成污泥膨胀的几个主要因素如下：
（1）水质
废水中低分子可溶性有机物含量多时，易发生污泥膨胀。
一般来说，活性污泥中的丝状菌与其他游离细菌相比较，对高分子物质的水解能力弱，也难以吸收不溶性物质。
当废水中含可溶性有机物较多时，丝状菌就易于利用它们自身繁殖，也就易于发生丝状菌性污泥膨胀。
许多丝状微生物表面具有胶质的鞘，能分泌黏液，黏液层能够保证一定的细胞外酶浓度，并减少水流对细胞的冲刺，但也容易使污泥黏性性增大，絮体变得松散，产生膨胀上浮。
（2）溶解氧
低溶解氧浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。
丝状菌由于具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数，在低溶解氧浓度下比絮状菌增殖得快，从而导致丝状菌污泥膨胀。
而且即使它们长时间处于厌氧状态下，也不会失去活力，一旦恢复好氧状态，它们就会重新生长繁殖。
（3）温度
温度是影响微生物生存和增殖的重要因素之一。
温度过低，微生物活性不足；
温度升高，微生物降解有机物的生化反应速度和生长速率加快。
通常温度每升高10℃，生化反应速度就增加1倍。
另一方面，细胞的重要组成蛋白质、核酸等对温度较敏感，随温度的升高而可能遭受不可逆的破坏。
一般情况下，在30～40℃的温度范围内，污泥不宜发生膨胀。
（4）pH值
不同微生物对pH值有不同的适宜范围。
丝状细菌宜在酸性环境（pH值为4.5～6.5）中生长，菌胶团宜在pH值为6～8的环境中生长。
根据实验运行经验，若曝气池内的pH值长时间保持在6.0以下，活性污泥中丝状微生物就会占据优势，污泥的容积指数SVI值增高，从而导致污泥发生丝状菌性膨胀
（5）负荷率
在运行中负荷率过高、过低均是不适宜的，都有可能发生污泥膨胀。
这时由于微生物的生长环境发生了变化，活性污泥原有的生态平衡将失去，微生物相构成将发生变化的缘故。
负荷率过高时，可被微生物摄取的有机物过多，如有机物中可溶性低分子成分较多时，易发生丝状菌性污泥膨胀，并且随着污泥的黏性增大，发生非丝状污泥膨胀。
当负荷率过低时，由于丝状菌的比表面积较大，更容易摄取有机物，可能发生丝状菌性污泥膨胀。
我组因实验各方面条件控制都很好，所以并未发生膨胀。
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