同济大学城镇污水处理－活性污泥培训讲义

注册设备工程师给水排水考

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University注册设备工程师－给水排水专业考前辅导城镇污水处理城镇污水处理1污水的污染指标和处理方法2污水的物理处理3污水生物处理－活性污泥法4污水生物处理－生物膜法5污水生物处理－厌氧生物处理6污水生物脱氮处理工艺设计7污水深度处理与回用2010年08月8城镇污水处理厂设计注册设备工程师给水排水考

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University城镇污水处理城镇污水处理Tongji

University活性污泥工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，也是一项极有发展前景的污水处理技术，这体现在它对水质水量的广泛适应性、灵活多样的运行方式、良好的可控制性，以及通过厌氧或缺氧区的设置使之具有生物脱氮除磷的效能。3.污水的生物处理－活性污泥法－－摘自一博士论文的卷首语注册设备工程师给水排水考

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University一、活性污泥法的基本原理什么是活性污泥？由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附着的污水中有机性及无机性物质组成的、有一定生命活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。注册设备工程师给水排水考

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University一组活性污泥图片注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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University活性污泥的性质颜色味道状态黄褐色土腥味似矾花絮绒颗粒曝气池混合液：1.002-1.003；回流污泥：1.004-1.006比重粒经0.02-0.2mm比表面积20-100cm2/mL注册设备工程师给水排水考

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University活性污泥的组成活性污泥中原生动物及指示作用按栖息着的微生物分：大量的细菌真菌原生动物后生动物除活性微生物外，活性污泥还挟带着来自污水的有机物、无机悬浮物、胶体物；活性污泥中栖息的微生物以好氧微生物为主，是一个以细菌为主体的群体，除细菌外还有酵母菌、放射菌、霉菌，以及原生动物和后生动物。活性污泥中细菌含量一般在107－108个/mL；原生动物103个/mL，原生动物中以纤毛虫居多数，固着型纤毛虫可作为指示生物，固着型纤毛虫如：钟虫、、、、，良好。含水98％－99％干固体1％－2%MLVSSNVSS干固体和水分：MLSS注册设备工程师给水排水考

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University城镇污水处理T活性污泥的基本流程影印自“WASTEWATER

ENGINEERING

TREATMENT,

DISPOSAL,

REUSE”非雨天雨天MLSSMLVSSSV%30002500200015001000100806040200非雨天雨天进水出水去除率403020100806040200活性污泥硝化菌培养自然培养00日期，日日期,日18NO2-N进水NO3-N进水NO2-N出水NO3-N出水15进水平均:9630COD:210mg/L，SS:62mg/L，水温:15℃日期,日注册设备工程师给水排水考

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University微生物的生长规律停

滞

期如果活性污泥被接种到与原来生长条件不同的废水中（营养微生物的生长规律一般是以生长曲线来反映按微生物生长速率，其生长可分为四个生长期，，行后再运行，则可能出现停滞期。这种情况下，污泥需经过若干时间的停滞后才能适应新的废水，或从衰老状态恢复到正常状态。停滞期是否存在或停滞期的长短，与接种活性污泥的数量、废水性质、生长条件等因素有关。停滞期（调整期）对

数

期当废水中有机物浓度高，且培养条件适宜，则活性污泥可能处在对数生长期。处于对数生长期的污泥絮凝性较差，呈分散状态，镜检能看到较多的游离细菌，混合液沉淀后其上层液混浊，含有机物浓度较高，活性强沉淀不易，用滤纸过滤时，滤速很慢。静止期（平衡期）衰老期（衰亡期）注册设备工程师给水排水考

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University静

止

期当污水中有机物浓度较低，污泥浓度较高时，污泥则有可能处于静止期，处于静止期的活性污泥絮凝性好，混合液沉淀后上层液清澈，以滤纸过滤时滤速快。处理效果好的活性污泥法构筑物中，污泥处于静止期。规律。有机物多时，以有机物为食衰

老

期当污水中有机物浓度较低，营养物明显不足时，则可能出现衰老期。处于衰老期的污泥松散，沉降性能好，混合液沉淀后上清液清澈，但有细小泥花，以滤纸过滤时，滤速快。注册设备工程师给水排水城镇污水处理考

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UniversityT活性污泥中原生动物及指示作用影印自“WASTEWATER

ENGINEERING

TREATMENT,

DISPOSAL,

REUSE”注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University微

生

物

的

呼

吸

类

型活性污泥降解污水中有机物的过程活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段。根据电子受体或受氢体的不同分为发酵好氧呼吸缺氧呼吸吸附阶段稳定阶段电子交给中间有机产物、氧化产物的不同分子氧的条件下呼吸最终电子受体是：由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物质，导致污水中的有机物被吸附到活性污泥上去。主要是吸附转移到活性污泥絮体中的有机物被微生物所降解利用。发酵过程不需要外界提供电子受体，释放能量较少异养型微生物自养型微生物NO3－NO2－CO2等注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University活性污泥降解污水中有机物的过程对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析微生物不能利用的有机物残留在废机物微生物能利用的有机物废水中的有机微生物能利用而尚未利用的有机物从废水中去除的有机物微生物不能利用的有机物增殖的微生物体氧化产物微生物已利用的有机物（氧化和合成）注册设备工程师给水排水考

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University二、活性污泥法反应动力学1、几个基本概念：，。在一切生化反应中，微生物的增长是底物降解的结果，彼此之间存在着一个定量关系。如以dS（微反应时段dt内的底物消耗量）和dX（dt内的微生物增长量）之间的比例关系值，通过下式表示之：或或内源代谢产物

+能量约80%内源代谢约20%CO2、H2O、NH3－－合成2/3合成细胞物质+氧+微生物（C5H7NO2）内源代谢残留物热－微生物增长速率－底物降解速率有机物+氧+微生物（C、O、H、N、S、P）1/3－微生物比增长速率－底物比降解速率分解CO2、H2O、NH3SO2-、PO3-+

能44注册设备工程师给水排水考

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University2、Michaelis-Menten方程：1913年Michaelis－Menten提出的表示酶促反应速度与底物浓度关系：S3、Monod方程：1942年Monod提出的表示微生物比增长速率与底物浓度关系：S另外常用有：Eckenfelder(1955年)、Mckinny(1961年)和Lawrence-McCarty(1970年)活性污泥法方程。注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University米氏常数或Monod常数的测定米氏常数或Monod常数的测定对于一个酶促反应的Km值的确定方法很多。实验中即使用很高的底物浓，，maxmaxK

值，为了得到准确的K

值，可以把米氏方程的形式加以改变，使它成为mm直线方程式的形式，然后用图解法定出Km值。目前，一般用的图解求Km值法为Lineweaver-Burk作图法或称双倒数作图法。此法先将米氏方程改写成如下的形式，即：=⋅实验时，选择不同的S，测定对应的v。求出两者的倒数作图即可得出如图中的直线。量取直线在两坐标轴上的截距1/vmax和

-1/Km

，就可以求出Km的值及vmax值。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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University城镇污水处理城镇污水处理考

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University4、Lawrence－McCarty模型：4.1

建立模型的假设（4）整个处理系统处于稳定状态

反应器中的微生物浓度和底物浓度不随时间变化，整个反应过程中，氧的供应是充分的（对于好氧处理）：（1）反应器中的物质按完全混合及均布的情况考虑

整个反应器中的微生物浓度和底物浓度不随位置变化：及及（5）二沉池中没有微生物活动；（2）进水中微生物浓度近似认为零：（6）二沉池泥水分离良好，没有污泥积累。（3）全部可生物降解底物都处于溶解状态注册设备工程师给水排水考

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University4.2

物料衡算

物料衡算就是根据质量守恒定律进行反应器系统各种物质4.3

劳－麦第一方程的推导的质量平衡计算。fdQw,

X,

Sea入流出流曝气池二沉池QS0V(1+r)QX,

SeQ

-

QwXe,

Se二沉池X,

SeX0=0回流污泥剩余污泥berQ,

Xr,

Sec物料衡算范围的选定物料衡算范围普通方程式：Qw,

Xr,

Se单位时间进入物量单位时间排出物量单位时间消耗物量单位时间累积物量＝＋＋完全混合连续流系统物料衡算图注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University由微生物浓度衡算推导劳麦第一方程：(1=

Y−

Kd物料衡算两个前提：入流微生物浓度=0；运行处于稳定状态，微生物没有积累即：(dX/dt)a

·

V=0据物料衡算普遍式：入流＝出流＋累积＋消耗u1θCQ

X

＝[Qw·X

+

(Q

-

Qw)·Xe]

+

(dX/dt)

·V

+[-

(dX/dt)

·V

]0ag1θcqmax

SeQw·X

+

(Q

-

Qw)·Xe

=(dX/dt)g·V⎛dX⎞⎛dS⎞=−

KdY=

Y⎟−

Kd

Xu⎜⎟⎜+两边同除以XV：Seg(Q

−Q

)X

+Q

X1

⎛

dX

⎞X

⎝

dt

⎠g两边除以Xwewr=⎜⎟XV1

⎛

dX

⎞X

⎝

dt

⎠1

⎛

dS

⎞劳－麦第一基本方程=Y−

Kd⎟⎜⎟⎜X

⎝

dt

⎠ug注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University4.4劳伦斯（Lawrence）和麦卡蒂（McCarty）第一方程4.6

劳伦斯（Lawrence）和麦卡蒂（McCarty）方程的应用劳－麦第一方程式：（1）出水有机底物浓度与污泥龄的关系：4.5

劳伦斯（Lawrence）和麦卡蒂（McCarty）第二方程1θcqmax

Se

−

K=

Y1970年劳伦斯（Lawrence）和麦卡蒂（McCarty）根据莫诺特方程提出，劳－麦第二方程式（有机物比降解速率）：+dSeμ

∝

qK

(1+

K

θ

)S

d

cSe

=θ(Yqmax

K

)

1−−cd注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University（2）反应器活性污泥浓度与污泥龄的关系：（3）污泥回流比r与污泥龄的关系（进入和离开曝气池微生物平衡）：⎛

dX

⎞⎝

dt

⎠g(Q

−

Q

)X

+

Q

X1

⎛

dS⎞X

⎝

dt

⎠urQXr

+V=

QX

1+

r)(=XVd稳态条件下⎛

dS

⎞

Q(S

−

S

)⎛

dX

⎞⎝

dt

⎠=0e⎜⎟⎜⎟

⋅Vg⎝

dt

⎠V1θC1Q

⎛X

⎞rX

⎠u因为：=整理得：=⋅⎜1+

r

−

r

⋅⎟X

⋅VθC

V

⎝1θcQ(S0

−

S

)e

−

K=

YdXV二沉池运行正常时（mL/g换算为mg/L）：YQ(S

−

S

)θ−

θYQ(S0

Se

)c106()=⋅rXr＝1.0~1.2X

=0ecV=RmaxSVIV

(1+

K

θ

)X

(1

K+θ

)cdcd注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University（4）计算有机物降解速率：对于完全混合曝气池，同样有：rQX1

r

QX=

(

+

)rS>>Ks时：rX

=Xr则：或：1+

rXr

=S<<Ks时：Xr

−

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University（5）合成产率Y、表观产率Yobs与污泥龄的关系：合成产率Y、表观产率Yobs与污泥龄的关系公式：合成产率Y表示微生物摄取、利用、代谢单位总量有机物而使自身增殖的重量。osu：KYobs

=

Y

−

Kd所以有：

Yobs=Y

−dq表观产率Yobs表示实测的微生物净增殖量，对设计和运行管理具有重要意义。由劳麦第一方程：得到：θθ对比上述两式：代入上式得到：注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University4.7

常数的确定三、活性污泥法影响因素与控制指标⎛

dS

⎞

Q(S

−

S

)1⎞⎠uQ(S

−

S

)活性污泥主要影响因素=⎟0e=0e⎜⎝

dt

⎠VXXV活性污泥中的微生物只有在适宜的环境条件下才能生存和繁殖，影响因素中主要有营养物质、温度、pH值、溶解氧及有毒物质。uQ(S0Se

)SeKS

+

SeXVKS11=

qmax取倒数=+XVQ(S

−

S

)

qmax

Se

qmax0eX

⋅tKS11V/Q=t,同样可以利用Lineweaver-Burk求解动力学参数Ks，qmax=+S0

−

Se

qmax

Se

qmax注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理微

生

物

的

生

长

环

境城镇污水处理微生物的组成考

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University考

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University影响微生物生长的环境因素微生物的营养水微生物要求的营养物质必须包括80％的物质，主要有：水、碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素。微生物组成有机物90％C:53.1%,O:28.3%,温

度pH

值N12.4%,H:6.2%干物质20％无机质10％P:50%,S:15%,Na:11%,Ca:9%,Mg:8%K:6%,Fe:1%等细胞分子式：C

H

O

N(有机部分)溶解氧572细胞分子式：C60H87O23N12P(考虑磷)一般估算营养比例：

BOD∶N∶P

＝100∶5∶1有毒物质注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University微

生

物

的

生

长

环

境微生物的营养影响微生物生长的环境因素微生物的营养各类微生物所生长的温度范围不同，约为5℃～80℃1.水：组成部分，代谢过程的溶剂.细菌约80%的成分为水分。。2.碳源：碳素含量占细胞干物质的50％左右，碳源主要构成微生物细胞的含碳物质和供给微生物生长、繁殖和运动所需要的能量，一般污水中含有足够碳源。此温度范围，可分为最低生长温度、最高生长温度和最适生长温度（是指微生物生长速度最高时温度）。温

度pH

值依微生物适应的温度范围，微生物可以分为中温性（20℃

～45℃

）、嗜热性（高温性）（45℃以上）和好冷性（低温性3.氮源：提供微生物合成细胞蛋白质的物质4.无机元素：主要有：磷、硫、钾、钙、镁等及微量元素，作用：构成细胞成分、酶的组成成分维持酶的活性、调节渗透压、提供自养型微生物的能源。（20℃）。当温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质迅速变性及酶系统遭到破坏而失活，严重者可使微生物死亡。溶解氧磷：核酸、磷脂、ATP转化；硫：蛋白质组成部分，好氧硫细菌能源；钾：激活酶；钙：稳定细胞壁，激活酶；镁：激活酶，叶绿素的重要组成部分低温会使微生物代谢活力降低，进而处于生长繁殖停止状态，但仍保存其生命力。有毒物质5.生长因素：氨基酸、蛋白质、维生素等注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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University城镇污水处理城镇污水处理考

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University微

生

物

的

生

长

环

境微

生

物

的

生

长

环

境溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。影响微生物生长的环境因素微生物的营养影响微生物生长的环境因素微生物的营养4mg/L为宜。温

度pH

值温

度pH

值溶解氧对厌氧微生物有抑制甚至毒害作用。不同的微生物有不同的pH值适应范围。细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH值适应范围是在4～10之间。1KS,C=0,2大多数细菌适宜中性和偏碱性（pH＝6.5～7.5）的环境。0,75KS,N=0,5溶解氧废水生物处理过程中应保持最适pH范围。溶解氧0,50,250CxKS

+

Cxv=

vmax

⋅当废水的pH值变化较大时，应设置调节池，使进入反应器（如曝气池）的废水，保持在合适的pH值范围。有毒物质有毒物质O2[mg/l]0,00,51,01,52,02,53,0注册设备工程师给水排水考

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University微

生

物

的

生

长

环

境活性污泥系统控制指标影响微生物生长的环境因素微生物的营养（1）活性污泥微生物量指标如何知道确切的生物量吗？温

度有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的苷（ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥的活力，但：既复杂又不准，且微生物的含量不断在变化。DNA量、有机氮量、三磷酸腺pH

值在工业废水中，有时存在着对微生物具有抑制和杀害的化学物质－有毒物质。MLSS=Ma+Me+Mi+Mii其毒害作用主要表现在细胞的正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质，并失去活性。Ma：具备活性细胞成分溶解氧按McKinney的分析：Me：内源代谢残留的微生物有机体Mi：未代谢的不可生化的有机悬浮固体Mii：吸附的无机悬浮固体在废水生物处理时，对这些有毒物质应严加控制，但毒物浓度的允许范围，需要具体分析。有毒物质注册设备工程师给水排水考

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University按有机性和无机性成份分：（2）活性污泥的沉降性能指标MLSS表示悬浮固体物质总量，MLVSS挥发性固体成分表示有机物含量，MLNVSS（FSS）灼烧残量，表示无机物含量。污泥沉降过程：MLVSS包含了微生物量，但不仅是微生物的量，由于测定方便，目前还是近似用于表示微生物的量。MLVSS:

75%处理生活污水的活性污泥NVSS:

35%MLVSS:

一般范围为55％－85％NVSS:

一般范围为15％－45％注册设备工程师给水排水考

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University污泥沉降比：SV%（3）污泥龄（HRT）1000mL，30min，，,c定义：，以占混合液体积的%表示污泥沉降比。污泥体积指数：SVISV%不能确切表示污泥沉降性能，因此可用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。系统总污泥量：XV，有时可分别计算总泥龄，好氧段泥龄等，故污泥龄可以表达为：1升混合液沉淀30min的活性污泥体积（mL）1升混合液中悬浮固体干重（g）SV(ml/L)SVI==MLSS(g/L)正常活性污泥SVI值：70－100（ml/g）注册设备工程师给水排水考

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UniversityX

⋅VΔX106θc

=ΔX

=

Q

X

+

(Q

−Q

)XX≈(

=

1.2左右)r

r（4）活性污泥有机负荷率wrwerSVIR1+

RR106=

(Q+)RQ

XX

=X=×r()污泥回流：RQXrr1+

R

SVI污泥负荷：Q

⋅S0VQ

⋅(S0−Se)体积负荷：

LV

=LV

=V注意：从定义来说，应该用S0表示，但规范中用去除量，考试也请用去除量；不同处理系统的污泥龄不同，高负荷活性污泥法：0.2‾2.5d，中负荷：5～15d，低负荷20～30d；计算体积时，X的单位一定要与Ls的单位一致，规范中MLSS，但设计中常用MLVSS:

kgBOD5/kgMLVSS.d.看Ls给什么单位。生物脱氮20～30d，脱氮除磷10天左右注册设备工程师给水排水考

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University（5）剩余污泥量规范公式6.10.3-2：X

⋅VX

⋅Vθc()(θc

=ΔX

=ΔX

=

YQ

S

−

S

−

K

VX

+

fQ

SS

−

SS

)按污泥龄计算：0edV0eX按污泥产率系数计算：YQ

S

Se

KdVXV

fQ

SS0

SSef：SS的污泥转化率，0.5‾0.7gMLSS/gSSΔX=(−)−+(−)0湿污泥量:V－生物反应池体积；－5，.

－

.VQ－设计平均日污水量；Kd－衰减系数，d－1；=f=WVf

⋅

XQSW:kg/d;Xr:

kg/m3P:污泥含水率Xrrf－SS的污泥转换率，一般0.5－0.7gMLSS/gSSWQS

=1000(1−

P)注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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University（6）需氧量计算除碳和硝化反硝化需氧：除碳需氧量：Q(S

−

S

)0e−

..−−

.ke⎣⎦V20.68Vk(−)−Δ公式一：O2

Q

bCOD0

bCODe

1.42

X=Q(S

−

S

)V公式二：

O2

=0e−1.42ΔXV

+

4.57

⎡Q(N

−

N

)−

0.12ΔX

⎤⎣

⎦k

ke

V0.68Q(S

−

S

)O2

=0e−1.42ΔXV−⎡

(2.86⎣Q

Nt

Nke

Noe

0.12

X

⎦−−Δ⎤)−0.68VO2

⋅CS(20)OS0.28EAO2

=

a'QSr

+

b'VXVOS

=T

−20)

⋅GS=公式二：α

⎡β

⋅

ρ

⋅C−C⎤

⋅1.024(F⎣S(T

)⎦（规范公式6.8.4）注册设备工程师给水排水考

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University四、污水生物脱氮除磷原理生物脱氮过程：污水生物脱氮：（蛋白质、尿素）同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果微生物细胞中氮含量以12％计算，同化氮去除占原污水BOD的2－5％，氮去除率在8－20％。去除率再提高就要采用生物脱氮工艺：生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化NOx-N，再还原为N

和N

O气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过2x自程。硝化菌：好氧自养菌反硝化菌：兼性异养菌注册设备工程师给水排水考

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University硝化反应是在好氧条件下，将NH

+转化为NO

-和NO

-的过程。硝化过程的影响因素423（1）好氧环境条件，并保持一定的碱度硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2‾2.0mg/l。总反应式为：在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对pH值的变化十分敏感，为保持适宜的pH值，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。NH4+⎯−⎯2e→NH2OH(羟

胺)⎯−⎯2e→NOH(硝酰基)⎯−⎯2e→NO−2⎯−⎯2e→NO−3硝化细菌是好氧化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度，溶解氧，污泥龄，碱度、pH，有机负荷等都会对它产生影响。注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University（2）混合液中有机物含量不应过高反硝化反应：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。（3）硝化反应的适宜温度是20-30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO

-)和亚硝酸盐氮(NO

-)还原为氮气的过程。32（4）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3天。SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。反硝化菌属异氧兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O

为电子进行呼吸；在无氧而有NO

-或NO

-存在时，（5）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的NH

-N、高浓度的NO

-N、高浓度的有机2324X则以NO

-或NO

-为电子受体，以有机碳为电子供体基质、部分有机物以及络合阳离子等。32和营养源进行反硝化反应。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University同化及异化反硝化反硝化过程的影响因素+

4H2NH

2OH→

2NH321（

）碳源＋4H同化反硝化能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水当原污水+

4H3

−

2H2O+

4H2

−

2H2O2HNO→

2HNO→

[2HNO]BOD5/TKN>3-5,时

即可认为碳源充足。二是外加碳源，多采用甲醇（CH

OH），因为甲醇被分解后的产物为CO

、H

O，322-H2O不留任何难降解的中间产物，三是利用微生物组织进行内源N2O→

N2反硝化。（2）pH−

2H2O对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5。pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。异化反硝化注册设备工程考

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UniversitTongji

University反硝化过程的影响因素（3）溶解氧浓度反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。（

）温度反硝化反应的最适宜温度是20-40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。何红娟：低浓度城市污水容积反硝化速率5.65，1.60，0.34单位：mgNO3/L.h注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University生物除磷：国家排放标准（mg/L）生物除磷机理项目进水水质（mg/L）一级A一级B60CODcrBOD5SS250－300100－150150－20035（25）5010厌氧环境好氧环境：好氧磷吸收20有机基质产酸菌乙酸缺氧环境：反硝化除磷1020TKN(NH3-N)TN5（8）158（15）20PTP5－60.51.0P聚

P聚

P常规活性污泥法微生物同化和吸附(剩余污泥含磷1.5~2%)；生物强化除磷(剩余污泥含磷5~6%)；投加化学药剂除磷；聚

PPHBPHB聚

P聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌注册设备工程师给水排水考

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University生物除磷影响因素：生物除磷影响因素：（1）厌氧环境条件：（2）有机物浓度及可利用性：①溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；碳源的性质对释放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反应有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为：S

+S

+S

+X

＋XIAFIS②NO

-浓度：产酸菌利用NO

-作为电子受体，抑制厌氧发酵过（3）污泥龄：，xx程，反硝化时消耗易生物降解有机质；③氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于-200mV

。Rensink及Ermel研究了泥龄对除磷影响，结果表明：SRT=30天时，除磷效果40%;SRT=17天时，除磷效果50%;SRT=5天时，除磷效果87%。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University生物除磷影响因素：后置缺氧反硝化工艺与常规生物处理相同，生物除磷系统合适碱性，不合适时应调节。（5）温度：后置反硝化可以补充外来碳源，也可以利用活性污泥的内源呼吸提供电子供体还原硝酸盐，反硝化速率一般认为仅是前置缺氧反硝化速率的1/3～1/8在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA（6）其它：外碳源有：甲醇、乙酸等普通化学品；污水厂原污水；含有机碳的工业废水等；污泥消化产物。影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和等。甲醇是最理想的补充碳源，不仅它的反硝化速率快，而且反应后没有任何副产物。注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University（AN/O）生物脱氮工艺

【MLE工艺】：AP/O生物除磷工艺(1)A

/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。，，氧池中以原污水中的有机物为碳源进行反硝化脱氮。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University其它生物脱氮除磷工艺：同时生物脱氮除磷A

/A

/O工艺：PNUCT工艺注册设备工程师给水排水考

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University同时生物脱氮除磷设计参数：注册设备工程师给水排水考

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University五、活性污泥运行方式与曝气池设计参数传统推流式：传统推流式：特点：、，、、、需氧与供氧矛盾大；5、停留时间长，基建费用高；6、脱氮除磷效率低、7、适用进水稳定的大型污水处理厂。系统控制：1、溶解氧自动控制：通过进出口导叶片调节单级高速鼓风机风量，或通过变频器调节罗茨风机或多级风机风量；通过转速和淹没深度调节机械曝气量；2、回流污泥量控制：定浓度或定负荷3、剩余污泥量控制：根据MLSS浓度、或F/M值、或污泥龄来控制污泥回流比计算：有效水深4～6m，宽深比1～2，长宽比5～10注册设备工程师给水排水考

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University阶段曝气活性污泥法（多点进水）：吸附再生活性污泥法（接触稳定）：特点：利用活性污泥的初期快速吸附，吸附和代谢分开进行，构筑物体积小，耐冲击负荷能力强；但出水水质较差，无硝化功能，溶解性污染为主时不宜采用。吸附30－45min，再生3～6h。1、有机物分布均匀；2、供氧利用率高；3、耐冲击的能力较高；4、混合液浓度逐渐减低，二沉池固液分离效果好；5、运行灵活，可实现多种方式运行。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University完全混合活性污泥法（CMAS）：延时曝气Conventionalextendedaeration曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000～6000mg/L；特点：活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接应用；1。池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，底物浓度基本相同，溶解氧浓度基本相同，生化环境也基本相同；适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污水处理处理系统多有使用。2。耐冲击负荷；3。池液里各个部分的需氧量比较均匀。4。适合工业废水；5。适合小型污水处理厂；6。易于污泥膨胀。注册设备工程师给水排水考

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University深层曝气Deepaeration深层曝气Deepaeration深井曝气法处理流程一般深层曝气池直径约1－6m，水深约10～20m。深井曝气法深度为50～150m，节省了用地面积。图12－16在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间增长，溶解氧的饱和度也有深度的增加而增加。深井曝气池简图当井壁腐蚀或受损时污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。图12－17注册设备工程师给水排水考

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University纯氧曝气High-purityoxygen生物吸附降解活性污泥法（AB法）：纯氧代替空气，可以提高生物处理的速度。图12－18特点：A级以高负荷或超高负荷运行，负荷大于2，停留时间短，30～60min，污泥龄0.3‾0.5d；B级以低负荷运行，负荷0.15‾0.3

,B级停留时间2～4h，污泥龄15～20d。在密闭的容器中，溶解氧的饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。纯氧曝气的缺点是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦处理效果稳定，具有抗冲击负荷的能力。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设,B段可以采用其它运行方式。，由于pH偏低，硝化功能较差。注册设备工程师给水排水考

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University高负荷活性污泥法注册设备工程师给水排水考

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University氧化沟活性污泥法六、氧化沟与SBR及其变形工艺氧化沟活性污泥法特点：、2、氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度；3、氧化沟整体功率密度低（与常规曝气相比运行功率大）4、工艺流程简捷；5、处理效果稳定，出水水质好？。氧化沟结合了推流和完全混合两种流态的特点，污水进入反应池后，在曝气设备的作用下被快速、均匀地与反应器中混合液进行混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。循环流动流速一般为0.30～0.60m/s，完成一个循环所需时间为5～20min。由于污水在反应器内停留时间为10～24h，因此，污水在这个停留时间内会完成30～200次循环。封闭环流式反应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈现完全混合特征，两种流态的结合，可减小短流，使进水被数十倍甚至数百倍的循环混合液所稀释，从而提高了反应器的缓冲能力。氧化沟工艺类型：

Carrousel型、Orbal型、一沟式、两沟式、三沟式有效水深一般3.5‾4.5m,曝气氧化沟可以加深，平均流速宜大于0.25m/s,常配合水下推进器使用。氧化沟混合功率不宜小于15W/m3注册设备工程师给水排水考

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University氧化沟工艺类型：Carrousel氧化沟氧化沟工艺类型：Orbal氧化沟注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University氧化沟工艺类型：两沟式和三沟式氧化沟氧化沟工艺类型：一体化氧化沟注册设备工程师给水排水考

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University序批式活性污泥法（SBR法）：氧化沟活性污泥法设计参数：注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University序批式活性污泥系统SBR特点：优点：①工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；②耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；③污泥多环境交替，反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质④运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果⑤污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀；⑥该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。缺点：①容积利用率低；②水头损失大；③出水不连续；④峰值需氧量高；⑤设备利用率低；⑥运行控制复杂；⑦不适用于大水量。注册设备工程师给水排水考

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UniversitySBR运行参数和影响因素：其它改良SBR工艺：主要参数：、、①进水工序经历缺氧、厌氧过程，溶解氧控制在0.3mg/L以下，HRT为1h左右；、CASP、C-Tech、DAT－IAT等②好氧过程溶解氧一般控制2.5mg/L以上，HRT为2～4h；③典型污泥负荷：除碳脱氮时：0.03‾0.12kgBOD5/kgMLSS.d；除磷时：0.08‾0.4kgBOD5/kgMLSS.d；同时生物脱氮除磷时：0.08‾0.12kgBOD5/kgMLSS.d；主要影响因素：①进水有机物浓度：反硝化菌、聚磷菌、普通异养菌都需要有机物；②硝酸盐浓度的影响：③碱度，pH值的影响。注册设备工程师给水排水注册设备工程师给水排水考

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UniversitySBR处理单元设计：SBR处理单元设计：SBR反应池设计要求：24QS0SBR反应池容积：

V

=，1000XLStR计或按最大设计要求设计；反应池不少于2个，宜为矩形，水深4－6m；24S0m1000LS

XSBR反应时间：tR

=长宽比：间隙进水1～2：1，连续进水：2.5～4：1；设事故排水装置（滗水低位下）和防浮渣撇水装置。m充水比（排出比）：高负荷除磷：0.25‾0.5;生物脱氮：0.15～0.3SBR池体数量不小于两座;沉淀时间1h，排水时间1.0～1.5h，周期时间：t＝

t

＋

t

＋t

＋t

＋tFRSDbM排泥泵搅拌器改良SBR工艺注册设备工程师给水排水城镇污水处理考

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导MSBR脱氮除磷工艺序批池Ⅰ

1#内循环回流MSBR池平面图混合液回流混合液回流混合液回流搅拌搅拌N沉淀池2进水Q缺氧池一泥水分离池

厌氧池缺氧池二主曝气池原污水处理出水3#2#4#5#6#厌氧反应器磷释放缺氧反应器脱氮好氧反应器上清液BOD

去除、硝化出水Q序批池Ⅱ

7#出流混合液Q磷吸收污泥回流剩余污泥M传统A2O工艺MSBR单元工作状态污泥回流时段时段1时段2时段3时段4时段5时段6单元1搅拌曝气预沉沉淀沉淀沉淀单元2浓缩浓缩浓缩浓缩浓缩浓缩单元3单元4单元5单元6曝气曝气曝气曝气曝气曝气单元7沉淀沉淀沉淀搅拌曝气预沉混合液回流搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌搅拌泥序批池预缺氧水分离厌氧池缺氧池好氧池出水序批池进水MSBR工艺剩余污泥注册设备工程师给水排水城镇污水处理城镇污水处理考

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University七、氧转移速率与供气量计算MSBR特点：D

AV

δl1、连续进出水，控制和后续处理方便；2、恒水位运行，容积利用率高；K=曝气氧转移的影响因素3、A2O＋SBR运行，有专门的厌氧、缺氧、好氧区域，运行稳定可靠；4、出水前静止沉淀效果好；5、污泥预缺氧处理，提高除磷效果；6、序批池出水时存在污泥滤层；7、空气控制堰出水，出水品质好，控制方便。、1.污水水质；2.液体温度；3.氧分压；氧转移的影响因素4.紊流程度、溶氧浓度等城镇污水处理城镇污水处理（1）污水性质污水中的各种杂质，对氧的传递有一定的影响，用α表示：α一般为：鼓风曝气：0.4‾0.8机械曝气：0.6‾1.0废水中含有的溶解盐等影响溶解氧饱和值，影响系数用β表示：混合液中的污泥浓度同样对氧转移系数有重要影响：β

一般为0.7-0.98,（常用0.95）城镇污水处理城镇污水处理（3）氧分压（2）混合液温度气压不是一个大气压时，所在地点实际气压（Pa）ρ

=1.013×105KLa(T℃)

KLa(20℃)

1.024=⋅T

−20鼓风曝气Cs值应该是扩散装置出口处和表面溶解氧饱和浓度的平均值：T：设计计算温度，℃121

⎛pdϕ⎞⎛pdϕ

⎞0=(CS1

CS

2+)

=CS+0C=C+5CSSS⎜⎟⎜⎟KLa20：20℃时氧总传质系数2

⎝1.013×10521⎠⎝

2.026×1042

⎠KLaT：T℃时氧总传质系数3p

：出口处绝对压力，p

＝p＋9.8×10

×H（P

）；ddaH：扩散装置安装深度；Ψ0：气泡离开池面时，氧的体积百分数，％温度上升，水的黏度降低，液膜厚度减小，KLa增高温度升高的同时，饱和溶解氧浓度Cs降低两种影响不完全抵消，水温降低有利于氧的转移。(

−)21

1

EA79

+

21(1−

EA

)ϕ0

=×100%EA：扩散装置氧转移效率，％城镇污水处理城镇污水处理氧转移速率与供气量的计算O2

⋅CS(20)OS

=联解两方程：污水中氧转移速率应等于微生物需氧速率α

β

⋅

ρ

⋅C⎡−C

⋅⎤1.024(T

−20)⋅

F⎣S(T

)⎦dCO=αKLa(20)

1.024(T

−20)

⋅⎡β

⋅ρ

⋅C⋅−C⎤⋅F=Rr=⋅而：S

=

GS

×0.21×1.331=

0.28GSES100%⎣S(T

)⎦氧利用效率：dtASOS0.28EAGS

=故供气量：同样曝气设备，标准状态和污水中充氧：、，，OS

=

KLa(20)⋅CS(20)

⋅V单台风机风量。=αKLa(20)⎡β

⋅ρ

⋅CC

1.024−

⎤⋅(T

−20)

⋅

⋅F

V对于机械曝气，可参考有关设备的性能参数直接选型，如：O2⎣S(T

)⎦QS

=

0.379v2.8⋅

D1.88⋅

K注册设备工程师给水排水考

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University=H++

hd

hf风压计算：P式中：P:鼓风机的风压，kPa；H:

曝气器的淹没深度；hd:扩散设备的压力损失，与曝气设备形式有关；h

:管道中的总风压损失，h

=h

+hff12h1=αil（沿程损失，α修正系数）（局部损失）h2=αil’l’=55.5Kl(d)1.2

Kl为管配件的折算系数风机选择：罗茨风机、单级高速离心风机、多级风机、轴流风机无锡某污水处理厂，有效水深4.0m，但风机出口压力仅42kPa!注册设备工程师给水排水考

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University曝气设备：高速单级鼓风机曝气系统的组成旁通消音器旁通阀生化处理系统曝气扩散装置过滤器

进风消音器鼓风机空气总管调节阀进口导叶片调节出口导叶片调节压力DO鼓风机控制系统注册设备工程师给水排水考

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University八、活性污泥系统工艺设计曝气池设计实例：普通活性污泥法设计：〔例〕：某污水处理厂处理规模为21600m3/d，进入生化处理系统BOD5为200

mg/L，希望经过生物处理后的出水BOD5小于20mg/L。该地区以一个大气压计算，要求设计曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量。曝气池容积计算：按污泥负荷计算：0.1‾0.2kgBOD5/kgMLSS.d相关参数可按下列条件选取：(−)Q

S0SeV

=注意污泥负荷与污泥浓度的对应关系①曝气池污水温度为20℃；LS

X②曝气池MLVSS与MLSS之比为0.7：③回流污泥悬浮固体浓度取10000mg/L；④曝气池中的MLSS取3000mg/L；⑤污泥泥龄取10d；按污泥泥龄计算：规范θ

((

+

θ

)−)⑥污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其它微量元素。QYS0SeV

=CXV

1

KdC注册设备工程师给水排水考

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UniversityTongji

University曝气池设计实例：〔解〕：

②计算曝气池的水力停留时间V6500〔解〕：①计算曝气池容积a．按污泥负荷率计算===

7.22htQ21600/

24取污泥负荷0.20kgBOD5/kg.MLSS.d，按平均流量计算：③计算每天排除的剩余污泥量a．按表观污泥产率计算(−)21600×(−

20)Q

S0Se2000.20×30003V

===

6480mΔX=YQ

S

Se

KdVXV

fQ

SS

SSe

1967.5kg(−)−+(−0)＝LS

X0b．按污泥泥龄计算取Y＝0.6kgMLVSS/kgBOD5，Kd＝0.07d-1计算系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量：ΔX1967.510QS====197m3/

dQYθ

(S

−

S

)

21600×0.6×10×(200

−

20)V

=C0e==

6534m3XrX

(1+

K

θ

)3000×0.7×(1+

0.07×10)Vd

CW1967.5QS

===197m3/

d1000(1−

P)

1000(1−99%)注册设备工程师给水排水考

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University④计算污泥回流比R：扩散器出口处绝对压力：曝气池中悬浮固体（MLSS）浓度：3000mg/L，回流污泥浓度：10000mg/LPd

=

P

+

9.8×103H

=1.013×105+

9.8×103×5.8

=1.58×10

Pa5QR)R

==

43%空气离开曝气池面时，气泡含氧百分比计算：10000

Q×=3000×(Q+QRRQ⑤计算曝气池的需氧量21(1−

EA

)79

21

121(1−18%)(

−18%)79

+

21

1Ot

=×100%

==17.9%−Se

)21600

200(−

20)+(

−

E

)Q(S0AO2

=−1.42ΔXV=−1.42×1377.3×1000

=

3762kg

/

d0.680.6820℃时曝气池混合液中平均氧饱和度：O

⎞

⎛

1.58×10⑥空气量计算⎛Pd517.9

⎞+⎟

=11.06mg

/

L5C

=

C

⎜+t⎟

=

9.17×⎜42

⎠如果采用鼓风曝气，设曝气池有效水深6.0m，曝气扩散器安装距池底0.2m，则扩散器上静水压5.8m，其它相关参数选择：SS⎝

2.026×1052.026×1042⎠⎝α值取0.7，β值取0.