9.4 活性污泥法的设计计算

曝气池的设计计算 主要是根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥量等。

一、有机物负荷率法

（ 1 ）污泥负荷 指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的 BOD5 量

去除负荷 指单位重量活性污泥在单位时间内所去除的 BOD5 量

（ 2 ）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

LV=QS0/V LV,r=Q(S0-Se)/V

曝气池体积的计算

V=QS0/V=Q(S0-Se)/LV,r

一、有机物负荷率法

污泥生成量的计算

Y—— 微生物增长常数，即每消耗单位底物所形成的微生物量，一般为 0.35~0.8mgMLVSS/mgBOD5;

kd—— 微生物自身氧化率，一般为 0.05~0.1d-1

Δx=aLrVx-bVxΔx—— 每天污泥增加量， kg/d ；

a—— 污泥合成系数，一般 a=0.30~0.72 ，平均为 0.52 ；

b—— 污泥自身氧化系数， d-1 ，一般 b=0.02~0.18 ，平均为 0.07

一、有机物负荷率法

污泥需氧量的计算

一般 a′=0.25~0.76 ，平均为 0.47 ； b′= 0.10~0.37 ，平均为 0.17

污泥负荷与处理效率的关系 在底物浓度较低时，比底物降解速率为

-ds/(xvdt)=Q(S0-Se)/(xVV)=KSe

一、有机物负荷率法

污泥负荷对活性污泥特性的影响

一、有机物负荷率法

高负荷： 1.5~2.0kgBOD/kgMLSS•d

中负荷： 0.2~0.4kgBOD/kgMLSS•d

低负荷： 0.03~0.05kgBOD/kgMLSS•d

水温对污泥负荷的影响

在一定的水温范围内，提高水温，可以提高 BOD 的去除速度和能力，有利于活性污泥絮体的形成和沉淀。

水温较高时，可降低回流比，减小污泥浓度，从而相对提高了污泥负荷。

污泥负荷对营养比的影响

一般负荷： BOD:N:P=100:5:1

延时曝气法： BOD:N:P=100:1:0.5

二、劳伦斯和麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

一、细胞平均停留时间

细胞平均停留时间 θc 也称泥龄，表示微生物在曝气池中的平均培养时间，也即曝气池内活性污泥平均更新一遍所需的时间。

细胞平均停留时间时比生长速度的倒数。

θc = 1/μ = x•(dx/dt)

θc ≈ V/Qw

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

细胞平均停留时间

二、劳伦斯 - 麦卡蒂法

1 、劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程：

ss

s

CK

Cqq

max dS/dt = KS•x / (Ks+S)

2 、微生物的增长和基质的去除关系方程：

dx/dt = y•(dS/dt) - Kd•x

或 dx/dt = yobs•(dS/dt)

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法劳伦斯 - 麦卡蒂法

稳态时， dx/dt = 0 ，并假定 x0 = 0 ，则

因此，曝气池内污泥浓度

曝气池体积 V=θcYQ(S0-Se)/x(1+kdθc)

对系统进行微生物量衡算，

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

劳伦斯 - 麦卡蒂法

对系统进行底物衡算，

稳态时， ds/dt = 0 ，而且

代入

则

得

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

排除的剩余活性污泥量计算

dx/dt = yobs•(dS/dt)

1/θc = Yds/dt - kd

所以

剩余活性污泥量（以挥发性悬浮固体表示）

Δx =Yobs Q(S0-Se)

所需的空气量计算

理论耗氧量 = 有机物氧化的耗氧量 - 转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量

有机物氧化的耗氧量 = 有机物完全氧化的需氧量 BODu=Q(S0-Se)10-3/0.68 （ kg/d ）

转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量 =1.42 Δx （ kg/d ）

其中， BOD5=0.68BODu

氧化 1kg 微生物所需的氧量为 1.42kg

则系统每天的需氧量为O2 = Q(S0-Se)10-3/0.68 - 1.42 Δx

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

θc 对活性污泥系统运行的影响

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

二、劳伦斯 - 麦卡蒂（ Lawrence -McCarty ）法

回流比 R = Qr/Q = 0.78

9.5 活性污泥法的发展和演变

一、普通曝气法

全池呈推流型，停留时间为 4~8h ，污泥回流比 20~50% ，池内污泥浓度 2~3g/L ，剩余污泥量为总污泥量的 10% 左右。优点在于因曝气时间长而处理效率高，一般 BOD 去除率为 90~95% ，特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。

9.5 活性污泥法的发展和演变

二、渐减曝气

9.5 活性污泥法的发展和演变

三、阶段曝气法

9.5 活性污泥法的发展和演变

四、完全混合法

9.5 活性污泥法的发展和演变五、延时曝气法 曝气时间长，约 24~48h ，污泥负荷低，约 0.05~0.2kgBOD5/kgVSS•d ，曝气池中污泥浓度高，约 3~6g/L 。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。 BOD 去除率 75~95% 。运行是对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。

六、氧化沟 当用转刷曝气时，水深不超过 2.5m，沟中混合液流速 0.3~0.6m/s 。

9.5 活性污泥法的发展和演变

七、接触稳定（吸附再生）法

可提高池容积负荷，适应冲击负荷的能力强，最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水，如制革废水、焦化废水等。

八、纯氧曝气 在密闭的容器中，溶解氧饱和浓度可提高，氧溶解的推动力提高，氧传递速率增加，污泥的沉淀性能好。曝气时间短，约 1.5~3.0h ，MLSS 较高，约 4000~8000mg/L 。

九、活性生物滤池（ ABF）工艺

塔高 4~6m，设计负荷率为 3.2kg/m3•d ，去除率 65% ，塔的出流含氧率达 6~8mg/L ，混合液需氧速率可达 30~300mg/L•h 。

十、吸附 - 生物降解工艺（ AB ）A级以高负荷或超高负荷运行（污泥负荷大于 2.0kgBOD5/kgMLSS•d ），

B级以低负荷运行（污泥符合一般为 0.1~0.3kgBOD5/kgMLSS•d ）， A级曝气池停留时间短， 30~60min， B级停留 2~4h 。

十一、序批式活性污泥法（ SBR 法）

9.6 活性污泥法系统的运行管理

一、活性污泥的培养与驯化 ( 一 ) 活性污泥的培养 ( 二 ) 活性污泥的驯化

二、活性污泥运行中常见的问题 ( 一 ) 污泥膨胀 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象总称为活性污泥的膨胀。 描述污泥膨胀程度的指标有 30min沉降比、污泥容积指数。 污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀两种。 当丝状体过多，长出一般絮体的边界而伸入混合液时，其架桥作用妨碍了絮体间的密切接触，致使沉降较馒，密实性差和 SVI高，这叫做丝状菌性膨胀污泥。 当发生非丝状菌性污泥膨胀时，同样 SVI高，污泥在沉淀池内难以沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。　

造成丝状菌性污泥膨胀的原因(1)溶解氧浓度 丝状菌能在低溶解氧条件下生长良好，甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶解氧最低应保持在 2mg/L 左右。

(2) 冲击负荷 如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，使絮体内部溶解氧消耗提高，导致了内部丝状体的发展。

(3) 进水营养条件的变化 一般细菌在营养为 BOD5 ： N： P＝ 100 ： 5 ： 1 的条件下生长，但若磷含量不足， C／ N升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。其二是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。一般是加 5～ 10mL/L氯加以控制或者用预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。其三是碳水化合物过多会造成膨胀。还有 pH值和水温的影响，丝状菌易在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境 (pH值 =4.5～ 6.5) 中生长，菌胶团宜在 pH值＝ 6～ 8 的环境中生长。

造成非丝状菌性污泥膨胀的原因 经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有黏度极高的粘性物质，这种粘性物质是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。 非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，致使 SVI 升高，形成污泥膨胀。

解决污泥膨胀的办法概括起来就是预防和抑制。预防就要加强管理，及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。污泥发生膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的制止措施： 当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧在 2mg／ L 以上； 加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新污泥置换老污泥； 曝气池中含碳高而且碳氮比失调时，投加含氮化合物； 加氯可以起凝聚和杀菌双重作用，在回流污泥中投加漂白粉或液氯可抑制丝状菌生长 ( 加氯量按干污泥的 0.3～ 0.4%估计 ) ，调整pH值。

( 二 ) 污泥上浮 1 、污泥脱氮上浮

硝化（曝气池负荷小而供氧量过大时）——硝化（二沉池中长时间处于缺氧状态）—— N2使污泥上浮

防止污泥脱氮上浮的方法：减少曝气，防止硝化出现；及时排泥，增加回流量，减少污泥在沉淀池中的停留时间；减少曝气池进水量，以减少二沉池中的污泥量。

2 、污泥腐化上浮

沉淀池内污泥由于缺氧而产生厌氧分解——产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥体上——污泥比重变小而上浮

造成污泥腐化的原因有：二沉池内污泥停留时间过长；局部区域污泥堵塞。

解决腐化的措施是：加大曝气量，以提高出水溶解氧含量；疏通堵塞，及时排泥

二、活性污泥运行中常见的问题

（三）污泥的致密与减少

污泥容积指数减少会使污泥失去活性。引起污泥致密的原因有：进水中无机悬浮物突然增多；环境条件恶化，有机物转化率降低；有机物浓度减少。造成污泥减少的原因有：有机物营养减少；曝气时间过长；回流比小而剩余污泥排放量大；污泥上浮而造成污泥流失等。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排量；防止污泥上浮，提高沉淀效果

( 四 )泡沫问题 　　当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫，严重时泡沫层可高达 1m多。 泡沫的危害表现为：表面机械曝气时，隔绝空气与水接触，减小以至破坏叶轮的充氧能力；在泡沫表面吸附大量活性污泥固体时，影响二沉池沉淀效率，恶化出水水质；有风时随风飘散，影响环境卫生。 　抑制泡沫的措施有：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水 ( 处理后的废水或自来水 )喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂 (如机油、煤油等 ) 以破除泡沫。油类物质投加量控制在 0.5～ 1.5mg／ L范围内；提高曝气池中活性污泥的浓度。