活性污泥法课件可编辑

曝气池的设计计算正在由经验方法向更精确的理论方法过渡，由于污水水质的复杂性，有些情况需要通过试验来来确定设计参数。但是，理论方法能深刻地揭示活性污泥法的本质，加深对它的认识和理解，对做好设计是极为重要的。曝气池的选型，从理论上分析，推流优于完全混合，但由于充氧设备能力的限制，以及纵向混合的存在，实际上推流和完全混合的处理效果相近。若能克服纵向掺混，则推流比完全混合好，而完全混合抗冲击负荷的能力强。可见，二者各有优缺点。12.5.1曝气池容积设计计算有机物负荷率的两种表示方法活性污泥负荷

LS（简称污泥负荷）曝气池容积负荷

LV（简称容积负荷）1.有机物负荷法根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝气池的水力停留时间。

例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓度150mg/L,出水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。多点进水经验去除率：85%—90％经验停留时间：3—5h

取停留时间为4.5h，则曝气池容积：

V＝200×4.5m3=900m3经验水力停留时间：t污泥负荷是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，即:式中：Ls——污泥负荷,kgBOD5/（kgMLVSS·d）;

Q——与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d；

S0——曝气池进水的平均BOD5值，mg/L；

X——曝气池中的污泥浓度，mg/L。

污泥负荷

容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量，即：式中：Lv——容积负荷，kg(BOD5)/(m3·d)。容积负荷根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:

S0和Q是已知的，X和L可参考有关资料选择。对于某些工业污水，要通过试验来确定X和L值。污泥负荷法应用方便，但需要一定的经验。2.污泥泥龄法——

劳伦斯和麦卡蒂法

1.微生物的增长和基质的去除关系式

式中：y——合成系数，mg(VSS)/mg(BOD5)；

Kd——内源代谢系数，h-1。上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代谢两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质，y和Kd值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表：这里的yobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数，称为表观合成系数。y为理论合成系数。

也可以表达为2.污泥泥龄法微生物在处理系统（曝气池）中的平均停留时间，又称污泥龄，是指反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。以θC表示，单位为d。2.污泥泥龄θc——污泥泥龄（SRT），d；（X）T——曝气池中总的活性污泥质量，kg；（∆X/∆t）T——每天从曝气池中排出的活性污泥质量，包括从排泥管线排出污泥和随出水流失的污泥量，kg；X0——进水中微生物浓度，gVSS/m3；Xe——出水中微生物浓度，gVSS/m3；X——曝气池中微生物浓度，gVSS/m3；XR——回流污泥浓度，gVSS/m3；V——曝气池容积；Q——进水流量，m3/d；Qw——剩余污泥排放量，m3/d。S0/Se——进/出水中BOD5浓度，mg/L；Y——活性污泥的产率系数，gVSS/gBOD5；Kd——内源代谢系数，d-1。稳态条件下，可以得到污泥泥龄与进水水质、污泥浓度之间关系：因此，曝气池容积：为了曝气池投产期驯化活性污泥，各类曝气池在设计时，都应在池深1/2处设中间排液管。按污泥泥龄计算根据污泥泥龄的定义，每日排出的总固体量：12.5.2剩余污泥量计算按污泥泥龄计算12.5.2剩余污泥量计算根据产率系数或表观产率系数计算，活性污泥微生物每日在曝气池内的净增量为：该法计算的是挥发性剩余污泥量，工程实践中需要的是总的悬浮固体量，需要确定MLSS和MLVSS之间的关系。根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算曝气池内，活性污泥对有机物的氧化分解和其自身的内源代谢都是好氧过程，因此，需氧量为：12.5.3需氧量设计计算O2——混合液需氧量，kgO2/d;a´——有机物代谢的需氧率，kgO2/kgBOD5;b´——活性污泥内源代谢的需氧率，kgO2/（kgMLVSS·d);Sr——经活性污泥代谢降解的有机污染物；生活污水的a´为0.42~0.53，b´介于0.19~0.11之间。根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算也可以表达为：12.5.3需氧量设计计算可见，高污泥负荷条件下运行时，活性污泥泥龄较短，降解单位质量的BOD5的需氧量低，因为，一部分有机物通过吸附去除，且污泥内源代谢作用弱。反之亦然。根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算12.5.3需氧量设计计算1.42——污泥的氧当量系数

有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为：

由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完全混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。

处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为200mg/L,希望处理后的出水BOD5为20mg/L。要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究，还确立下列条件：（1）污水温度为20℃；（2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8；（3）回流污泥SS浓度为10000mg/L；（4）曝气池中MLSS为3000mg/L；（5）设计的θc为10d；（6）二沉池出水中含有12mg/L生物固体，其中65％是可生化的；（7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素。例解

确定出水中悬浮固体的BOD5：

(a)悬浮固体中可生化的部分为0.65×12mg/L=7.8mg/L(b)可生化悬浮固体的最终BODL＝0.65×12×1.42mg/L＝11mg/L(c)可生化悬浮固体的BODL为BOD5＝0.68×11mg/L＝7.5mg/L(d)确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5，即SeSe＋7.5mg/L≤20mg/LSe≤6.2mg/L1.估计出水中溶解性BOD5的浓度出水中总的BOD5＝出水中溶解性的BOD5＋出水中悬浮固体的BOD5(a)按污泥负荷计算，取污泥负荷Ls=0.25kgBOD5/kgMLSS·d解2.计算曝气池的体积(b)按污泥泥龄计算，取Y=0.6kgMLSS/kgBOD5,Kd=0.08d-1取曝气池容积5700m3。解3.计算曝气池的水力停留时间：4.计算剩余污泥量，(a)按表观污泥产率系统排出的以挥发性悬浮固体计的干污泥量总排泥量：1350/0.8=1688kg/d(b)按污泥泥龄计算(c)排放湿污泥量计算

剩余污泥含水率按99%计算，每天排放的湿污泥：1710/1000t=1.71t(干泥）1.71/(100%-99%)m3=171m3

解5.计算回流污泥比R曝气池中VSS浓度＝3000mg/L回流污泥VSS浓度＝10000mg/L6.计算曝气池d的需氧量7.空气量计算8.鼓风机出口风压计算活性污泥法要点总结麦金尼(McKinney)法1.麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下

污染物悬浮固体污染物（包括胶体）溶解性污染物

无机悬浮固体污染物有机悬浮固体污染物

无机溶解性污染物

有机溶解性污染物

不可生物降解有机悬浮固体污染物

可生物降解的有机悬浮固体污染物

可生物降解的有机物不可生物降解有机物污染物的吸附转化情况废水中的污染物无机悬浮固体污染物

不可生物降解有机悬浮固体污染物可生物降解有机悬浮固体污染物

可生物降解的有机溶解性污染物

无机溶解性污染物不可生物降解有机溶解性污染物

基本吸附于微生物表面混入污泥

转化为新的微生物机体和CO2、H2O部分转移到新的生物机体中

部分留于废水中基本留于废水中活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点

(1)在良好的状态下，无机和不可降解的悬浮固体经活性污泥法处理，基本上被微生物吸附，其量不变。

(2)对于城市生活污水，其中可生物降解的有机物量约为2/3转化为微生物细胞，1/3氧化为CO2和水。氧化过程释放的能量供微生物繁殖和活动之需。

(3)活性污泥法统中，既存在着有机物质的代谢和微生物的增长繁殖，也存在着细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食物链进行的代谢过程。

(4)由于内源代谢产物的不可生物降解性，使可生物降解有机物的化学需氧量CODB不等于完全生化需氧量BODL

。

(5)各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析，其组成可用C5H9O2.5N或C5H7NO2表示。

12.6脱氮、除磷活性污泥法工业及其设计12.6.1生物脱氮工艺1.三段生物脱氮工艺该工艺的特征是：①有机物降解和氨化、硝化、反硝化在三个反应器中独立进行，并分别有各自的污泥回流系统和沉淀池；②反硝化反应器设搅拌装置，以保持污泥悬浮和泥水混合；③反硝化反应器外加碳源；④三段独立，便于运行和控制有机污染物去除效果和脱氮效果均好；⑤流程长，构筑物多，基建费用高，且应外加碳源而提高运行成本。在三段生物脱氮技术中由于反硝化段设置在有机物氧化和硝化段之后，主要靠内源呼吸进行反硝化，效率很低，所以必须在反硝化段投加碳源来保证高效稳定的反硝化反应。随着对硝化反应机理认识的加深，将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺，从而形成二段生物脱氮工艺（如图）。改进后的工艺各段同样有各自的污泥回流系统和沉淀池；除碳和硝化在一个反应器中进行时，设计的污泥负荷要低，水力停留时间和泥龄要长，否则，硝化作用要降低。在反硝化段仍然需要外加碳源来维持反硝化的顺利进行。2.前置缺氧-好氧生物脱氮工艺（A/O）该工艺的特点是：反硝化段设置在系统前部，利用进水中的有机物作为反硝化的碳源，不需要外加碳源；混合菌群交替处于好氧缺氧和有机物浓度高低变化之中，有利于改善污泥性能；反硝化产生的碱度可以补充硝化反应消耗碱度的50%；硝酸盐作为电子受体处理进水中的有机物，节省后续的曝气量；脱氮率70%，出水仍有一定浓度碳酸盐，已在二沉池发生反硝化而造成污泥上浮。内循环增大曝气池水力负荷和动力消耗。3.后置缺氧-好氧生物脱氮工艺该工艺可以补充外来碳源，也可以在没有外来碳源情况下利用活性污泥内源呼吸提供电子供体还原硝酸盐；反硝化速率低，只有前置缺氧反硝化速率的1/3～1/8。4.Bardenpho生物脱氮工艺该工艺的特征：硝化段和反硝化段交替设置，一般组合在一个推流式曝气池的不同区域内；第一段利用原水的碳源和回流混合液中的硝态氮进行反硝化反应；第二阶段利用内源呼吸进行反硝化；最后的曝气池用于吹脱混合液中的氮气，提高污泥沉淀性能，防止二沉池的污泥上浮现象；该工艺比三段脱氮工艺节省投资和运行费用；脱氮比较彻底。5.同步消化反硝化（SNdN）过程存在好氧反硝化菌，硝化菌在缺氧条件下可以进行反硝化作用；利用曝气池里的溶解氧分布不均匀构成的缺氧好氧区域同步完成消化反硝化过程；反应器中的DO空间分布不均匀形成的缺氧好氧区域；活性污泥中由于氧传递过程存在的浓度梯度而形成的缺氧好氧区域。控制溶解氧浓度的同步硝化反硝化活性污泥颗粒内部存在的好氧区和缺氧区12.6.2生物除磷工艺1.Ap/O工艺由厌氧区和好氧区组成的同时去除有机污染物及磷的生物处理系统。聚磷菌在厌氧条件下将细胞中的磷释放后进入好氧状态，在好氧条件下吸收比厌氧状态释放的量更多的磷，然后这些过量吸磷的微生物以剩余污泥的形式排出系统，达到从污水中除磷的目的；12.6.2生物除磷工艺1.Ap/O工艺适宜的控制条件：DO＞2mg/L；pH7~8之间；BOD5:P＞10:1；适当的曝气时间。除磷效果

出水磷浓度可降至1mg/L以下。AP/O工艺中有机物和磷的去除过程2.

Phostrip工艺

Phostrip工艺将生物除磷和化学除磷结合在一起，在回流污泥过程中增设厌氧释磷池和上清液的化学沉淀处理的旁路系统。一部分含磷的回流污泥送至厌氧释磷池，释磷后的污泥再回到曝气池进行有机物的降解和磷的吸收，用石灰或其他化学药剂对释磷上清液进行沉淀处理。

Phostrip除磷效果稳定，不受进水易降解COD浓度的影响。

12.6.3生物脱氮除磷工艺1.A2/O工艺

在A/O工艺中增设一个缺氧区，并使好氧区的混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮；而二沉池的污泥回流到厌氧区完成放磷过程，然后通过缺氧区到好氧区完成吸磷过程；从而达到同时脱氮除磷的目的；污泥交替进入好氧缺氧和有机物浓度高低变化之中，丝状菌少，有利于改善污泥性能。

相当于二级A/O工艺串联，即厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧。第二级A/O工艺的缺氧池利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池吹脱N2，改善污泥的沉淀性能；在Bardenpho工艺之前增加厌氧池，以稳定除磷效果。由于经过两段脱氮，污泥中的硝酸盐含量低，不会在前置的厌氧段产生反硝化反应影响除磷效果。2.改进的Bardenpho工艺3.UCT工艺

缺氧段分为两段，一段完成好氧段回流混合液的反硝化，另一段完成回流污泥中少量的硝酸盐的反硝化，然后回流到厌氧段进行放磷过程；该工艺最大限度地避免了回流污泥中硝酸盐对厌氧段的干扰。但增加回流工艺导致运行费用增加。4.改良的UCT工艺改良UCT工艺中污泥回流到相分隔的第一缺氧区，不于混合液回流到第二缺氧区的硝酸盐混合，第一缺氧区主要对回流污泥中硝酸盐反硝化，第二缺氧区是系统的主要反硝化区。5.SBR工艺

将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一个反应器中完成；工艺过程：进水过程中，好养菌进行好氧分解，污水中的DO→0；厌氧菌进行厌氧发酵，反硝化过程开始；反硝化过程完成，静置沉淀，沉淀污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；开始曝气，进行碳降解、氮硝化和聚磷菌的吸磷过程；静置沉淀，排除上清液，完成一个周期。12.6.4常用生物脱氮除磷工艺设计参数及特点常用生物脱氮除磷工艺设计参数12.6.5

生物脱氮除磷工艺的影响因素①环境因素温度、pH、DO等。②工艺因素（如泥龄的控制）污泥泥龄、各反应区的水力停留时间、二沉池的沉淀效果等。③污水水质（营养比例）污水中易降解的有机物、N、P等营养物、有毒物等。12.7二次沉淀池12.7.1基本原理①二沉池里同时存在絮凝沉淀、成层沉淀和压缩沉淀三种沉淀类型；②二沉池的沉淀效果取决于污泥的絮凝性能、二沉池的表面水力负荷；③二沉池排除污泥的含水率取决于污泥的脱水特性和污泥斗的体积；④二沉池中的污泥的沉淀非自由沉淀，不适用浅层理论；⑤在二沉池装设斜板或斜管有助于改善污泥沉淀的水力条件，但无助于污泥浓缩，且易于积存污泥造成运行问题和增加二沉池的基建投资。12.7.2二沉池的构造二次沉淀池在构造上要注意以下特点：（1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。（2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过10m3/（m·h）。（3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。12.7.3二沉池的设计计算二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映：式中：A——澄清区表面积，m2；

Q——废水设计流量，用最大时流量，m3/h；

u——沉淀效率参数，m3/（m2·h）或m/h；

V——污泥区容积，m3；

R——最大污泥回流比；

t——污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h。

一、水力负荷

12.8活性污泥法处理系统的设计、运行与管理随季节的流量变化雨水造成的流量变化流向污水厂的流量变化一天内的流量变化泵的选择不当造成的流量变化水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。对二次沉淀池为水力影响。

一、水力负荷

二、有机负荷率L

污泥负荷率L和MLSS的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（<0.1），把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率L和MLSS的设计值。

三、微生物浓度

在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小。其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀，影响出水水质。其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS的提高是有限度的。

四、曝气时间

在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。

当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能得到充分利用。

若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。五、微生物平均停留时间(SRT)(又称泥龄)

微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。

微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。

微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。

六、氧传递速率

氧传递速率要考虑二个过程要提高氧的传递速率氧传递到水中氧真正传递到微生物的膜表面必须有充足的氧量必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件七、回流污泥浓度

回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。按右图进行物料衡算，可推得下列关系式：式中：Xa——曝气池中的MLSS,mg/L;Xr——回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;R——污泥回流比。

根据上式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单位是mL/g。（1）在曝气池出口处取混合液试样；（2）测定MLSS（g/L）；（3）把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积（mL）；

（4）按下式计算：活性污泥体积指数SVISVI的测定七、回流污泥浓度

八、污泥回流率

高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。

活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。九、曝气池的构造

推流式曝气池完全混合式曝气池示踪剂的研究表明：推流式曝气池的纵向混合很严重氧消耗率的数据表明：氧的传递受到限制处理量小时，只配有一个机械曝气机，很容易围绕曝气机形成混合区处理量大时，曝气池也相应增大，曝气池不是充分完全混合的十、pH和碱度

活性污泥pH通常为6.5～8.5。

pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生pH过低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平。

十一、溶解氧浓度

通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。

一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.5～2mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。十二、污泥膨胀及其控制

正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50～150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。

活性污泥膨胀可分为污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀

丝状菌性膨胀絮花状物质，其骨干是菌胶团正常的活性污泥丝状菌大