第四章 活性污泥法2

第四章好氧生物处理法(一)——活性污泥法1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理；2、理解活性污泥净化反应的影响因素；3、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、容积负荷、污泥产率等；4、理解活性污泥反应动力学基础及其应用；5、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式；6、掌握曝气理论。7、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计。教学要求：通过本章的学习，要求学生对活性污泥法污水处理系统有较为系统的认识、理解和掌握。并基本具备对活性污泥法的设计、计算的能力和一定的活性污泥系统运行管理的一般知识。第一节活性污泥法的基本原理

活性污泥法是目前废水处理中应用最广泛的生化操作技术，在1914年英国曼彻斯特市最初建成活性污泥法的试验厂后，经六十多年的发展，根据技术经济、水质的适应、微生物活动、处理程度以及管理方法等不同要求，已形成多种类的活性污泥法。特别是近几十年来，在对其生物反应和净化机理进行深人研究探讨的基础上，活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展，出现了多种能够适应各种条件的工艺流程，当前，活性污泥法已成为生活污水、城市污水以及有机性工业废水的主体处理技术。

据分析，活性污泥法主要应用于大型处理厂，如美国芝加哥的西－西南区处理厂(380万米3/日)，华盛顿的兰原处理厂(190万米3

/日)，法国巴黎的阿歇尔处理厂(目前为150万米3/日，计划为300万米3/日)，日本东京的森崎处理厂(88万米3/日)等均采用活性行泥法。1.基本概念与流程第一节活性污泥法的基本原理活性污泥：是由多种好氧微生物、某些兼性或厌氧微生物以及废水中的固体物质、胶体等交织在一起的呈黄褐色絮体。活性污泥法：是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。实质：人工强化下的微生物的新陈代谢(包括分解和合成)活性污泥的基本工艺流程图如下：第一节活性污泥法的基本原理预处理第一节活性污泥法的基本原理

（1）预处理设施：包括初次池、调节池和水解酸化池，主要作用是去除SS、调节水质，使有机氮和有机磷变成NH4+或正磷酸盐、大分子变成小分子，同时去除部分有机物。（注：此操作系统不是所有活性污泥系统都有的）（2）曝气池：工艺主体，其通过充氧、搅拌、混合、传质实现有机物的降解和硝化反应、反硝化反应。（3）二次沉淀池：泥水分离，澄清净化、初步浓缩活性污泥。生物处理系统：微生物或活性污泥降解有机物，使污水净化，但同时增殖。为控制反应器微生物总量与活性，需要回流部分活性污泥，排出部分剩余污泥；回流污泥是为了接种，排放剩余污泥是为了维持活性污泥系统的稳定或MLSS恒定。活性污泥法尽管种类甚多，但活性污泥法具有以下几个共同的基本特征：第一节活性污泥法的基本原理

(1)利用生物絮凝悬浮体为生化操作的主体物；(2)利用曝气设备向生化操作系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源；(3)对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过；(4)一般采用沉淀方式去除有机体，降低出水中的微生物固体含量；(5)通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统：(6)为保证系统内有机体细胞平均停留时间的稳定，经常排出一部分生物固体。从上述特征可以看出，一个最基本的活性污泥法生化操作系统，应该由反应器、沉淀池以及包括曝气、混合、回流、排出剩余有机体等辅助设备等几部分组成。2、活性污泥的特征与微生物第一节活性污泥法的基本原理（1）特征

活性污泥的外观表现极为重要。有丰富经验和很强观察能力的管理人员，可根据污泥外观判断运行中的各种情况：形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。颜色：

曝气中的污泥一般呈茶(黄)褐色、深灰色、灰黑色、灰白色等。这与处理的水质及运行状况有关。具有较好去除BOD能力的活性污泥多为茶褐色，供氧不足或出现厌氧状态的活性污泥为黑色，供氧过多营养不足的污泥呈灰白色等。气味：良好的活件污泥几乎没有臭味，微微具有土壤的气味并略带一点霉臭味，在发生厌氧状态时，活性污泥有硫化氢臭味。理化性质：ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，其固相组分主要为有机物，约占75～85%。第一节活性污泥法的基本原理化学性质：即使流入曝气池的污水pH值略有高低，但混合液大体上呈中性，活性情泥本身略呈酸性（pH值约为6.7），并有较强的缓冲能力。混合液的pH往往较处理水的PH值低。生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性（理解：自我繁殖、生物吸附与生物氧化）。活性污泥在外观上与化学絮凝所形成的絮凝体极相似，呈轻飘飘的絮花状，这种絮凝体的凝聚性很好，这是活性污泥的重要性质之一。在活性污泥凝聚后使絮凝体变大，有利于沉淀。因此．良好的活性污泥应具有好的沉降性，这与活性污泥的比重也有关。组成：具有代谢功能活性的微生物群体（Ma），微生物(主要是细菌)内源代谢、自身氧化的残留物(Me)；由原污水挟入的难为细菌降解的情性有机物质(Mi)；由污水挟入的无机物质(Mii)。第一节活性污泥法的基本原理（2）微生物组成及其作用组成：包括细菌、真菌、原生动物、后生动物及其食物链。细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108个/ml，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能力。真菌：由细小的腐生或寄生(丝状)菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处理的质量。注：1）细菌是活性污泥系统中净化污水的第一承担者，同时也是主要承担者。而原生动物由于捕食处理水中游离细菌，使污水进一步净化，是第二承担者。

2）原生动物是活性污泥生态系统的首次捕食者，后生动物是第二次捕食者。

3）原生动物的生物相是对活性污泥质量评价的重要手段之一。第一节活性污泥法的基本原理4）原生动物在废水处理中的作用有：A.净化作用：可以无选择地吞食有机物和细菌，因此直接或间接地去除了有机物。B.促进絮凝作用：细菌形成菌胶团，是活性污泥絮凝的主要原因，但有些原生动物如钟虫，可以分泌粘性物质，与细菌凝聚在一起，促进絮凝。C.指示作用：a.依据原生动物类群更替，判断水处理程度。运行初期以植物性鞭毛虫、肉足内为主；中期以动物性鞭毛虫、游泳性纤毛虫为主；后期以固着性纤毛虫为主，表明活性污泥成熟。b.根据其种类，判断水处理好坏。动物性鞭毛虫、游泳性纤毛虫等出现表明污泥结构松散，出水水质差。固着性纤毛虫如钟虫、累枝虫等出现，表明污泥正常，出水水质好。5）后生动物指示作用：轮虫为水处理效果好的指示，以500～1000个/ml为宜。线虫、寡毛类动物（颤蚓、水丝蚓等）为废水净化程度差的指示。第一节活性污泥法的基本原理（3）微生物增殖与活性污泥的增长：活性污泥的能含量（F/M）是影响活性污泥微生物增殖速度的主要因素，也是BOD去除速度、氧利用速度和活性污泥的凝聚、吸附性能的重要影响因素。微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规律与纯菌种的增殖规律相同，即适应期（停滞期），对数期，静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。从时间上看：适应期：污泥驯化培养的最初阶段，即细胞内各种酶系统的适应期。此时菌体不裂殖、菌数不增加。对数期：细胞以最快速度进行裂殖，细菌生长速度最大，此时微生物的营养物质丰富，生物生长繁殖不受底物或基质限制。如A段；在此阶段微生物增长的对数值与时间呈直线关系。其微生物数量大，但个体小，其净化速度快，但效果较差，只能用于前段处理（相当于生物一级强化工艺）。第一节活性污泥法的基本原理第一节活性污泥法的基本原理减速增殖期：由于营养物质被大量耗消，此时细胞增殖速度与死亡速度相当。活菌数量多且超于稳定，个体趋于成熟。如B段（相当于二级处理）。衰亡期：营养物基本耗尽，微生物只能利用菌体内贮存物质，大多数细胞出现自溶现象，细菌死亡多，增殖少，但细胞个体最大、净化效果强（对有机物而言）。同时，自养菌比例上升，硝化作用加强。如氧化沟或硝化段（相当于二级半或延时曝气工艺）。可见不同增殖期对应于不同微生物组合，对应于不同生物处理工艺。从空间看：由前至后污染物浓度不断降低，微生物数量由对数期逐步过渡至衰亡期，微生物组成由细菌逐步过度为轮虫等，水质逐步变好——类似于水体自净这一污水处理的原型。第一节活性污泥法的基本原理（4）絮体的形成活性污泥是活性污泥处理技术的核心，良好的活性污泥絮体的形成是活性污泥处理系统保持正常净化功能的关键。活性污泥絮体——菌胶团，它是成千上万细菌相互粘附形成的生物絮体。其在对数增长期，个体处于旺盛生长，其运动活性大于范德华力，菌体不能结合；但到了衰亡期，动能低微，范德华力大，菌体相互粘附，形成生物絮体，因此静止期与衰亡期个体是活性污泥的重要微生物。第一节活性污泥法的基本原理反应或净化：指有机污染物作为营养物质被微生物摄取、代谢与利用的过程，即：“活性污泥反应”过程。它是物理、化学、生物化学等作用的综合过程，其机理大致包括以下几个阶段：3、活性污泥反应（净化）机理：初期吸附去除：污水与活性污泥接触5～10min，污水中大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面，这种由物理吸附和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。思考题：为什么说是吸附？其吸附速度取决于：a.微生物的活性程度——它决定活性污泥微生物的吸附、凝聚功能。饥饿程度，衰亡期最强；第一节活性污泥法的基本原理

b.反应器内水力扩散程度和水动力学的规律：它决定活性污泥絮凝体与有机污染物的接触程度。泥水接触或混合越迅速、越均匀、液膜更新越快，接触时间越长则越好；泥水接触水力学状态以湍流或紊流为好，但过大会击碎絮体。注意：“初期吸附”去除的有机污染物的数量是有一定限度的。被吸附在微生物细脑表面的有机物，在经过数小时的曝气后，才能够相继地被摄入微生物体内，当其“吸附容量”达到“饱和”时，将停止吸附作用。微生物的代谢被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在各种酶（脱氢酶、氧化酶等）的作用下要不被降解（分解代谢），要不被同化成细胞本身（合成代谢）。第一节活性污泥法的基本原理

分解代谢：微生物对一部分有机物进行氧化分解，最终形成CO2和H2O等稳定的无机物质，并从中获取合成新细胞物质所需要的能量，此过程可用下列化学方程式表示：合成代谢：

另一部分有机污染物为微生物用于合成新细胞，所需能量取白分解代谢。此反应应过程可用下列方程式表示：此外，在曝气池的末端，由于营养物质的匮乏，微生物可能进入内源代谢反应，微生物对其自身的细胞物质进行代所反应，其过程可用下列化学式表示：第一节活性污泥法的基本原理

其代谢产物的模式如下图：注：（1）合成代谢与分解代谢相比，其产物不一样。分解代谢的最终产物使稳定的CO2和H2O等，可直接排入环境；而合成代谢的产物是新的微生物细胞，在污水处理系统中是以剩余污泥的形式排出系统的，对其还需进一步的妥善处理（污泥的处理）。（2）无论是合成代谢还是分解代谢，它们都能够去除污水中的有机污染物。第一节活性污泥法的基本原理

具体代谢产物的数量关系如下图：即1/3被氧化分解，80％×2/3=53%左右通过内源呼吸降解，14%左右变成了残物。从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33％)。引申出的问题：在利用对数期微生物进行污水净化的装置中加大曝气强度，能否提高处理效果？第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

1、影响因素微生物是污水得以净化的作用者，因此，影响活性污泥净化反应的因素实质上就是微生物的影响因素。

能够影响微生物生理活动的因素较多，其中主要要的有：营养物质、温度、溶解氧（DO）以及有毒物质等。营养物质组分：有机物、N、P、以及Na、K、Ca、Mg、Fe、Co、Ni等（营养物和污染物只是以数量及其比例相对而言）。比例：进水BOD：N：P＝100:5:1；初沉池或水解酸化池出水，其比例可达100:20:25(为什么？）；对工业废水，上述营养比例一般不满足，甚至缺乏某些微量元素，此时需补充相应组分，尤其是在做小试研究中。DO：据研究当DO高于0.1～0.3mg/L时，单个悬浮细菌的好氧代谢不受DO影响，但对成千上万个细菌粘结而成的絮体，要使其内部DO达到0.1～0.3mg/L时，其混合液中DO浓度应保持不低于2mg/L。第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

此外，从节能和实际运行效果来看，DO不是越高越好：（1）DO越高，所耗的能量（电能）必然越高，从而直接造成水处理运营成本提高；（2）DO过高能够导致有机污染物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化结构松散；（3）在前阶段有机物的过快分解消耗，造成后期的反硝化反应中碳源的不足，从而影响脱氮效果。如外加碳源，又提高了成本，造成不经济。pH值：不同种类的微生物，其适宜的或最佳的pH值不一样。但参与污水生物处理的微生物，其pH值在6.5～7.5最适宜，经驯化后，以6.5~8.5为宜。水温（t）：以20-30℃为宜，超过35℃或低于10℃时，处理效果下降。故宜控制在15℃~35℃，对北方温度低，应考虑将曝气池建于室内。有毒物质：重金属、酚、氰等对微生物有抑制作用，（前面已述）。Na、Al盐，氨等含量超过一定浓度也会有抑制作用。第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

活性污泥处理系统是一个人工强化与控制的系统，通过强化，达到以下目标：被处理的原污水的水质、水量得到控制，使其能够适应活性污泥处理系统的要求；作为活性污泥微生物量，在系统中保持数量一定，并相对稳定，具有活性的活性污泥量；在混合液中保持能够满足微个物需要的溶解氧浓度；在曝气池内，活性污泥、有机污染物、溶解氧三者能够允分接触，以强化传质过程。活性污泥活性的评价生物相观察法:利用生物显微镜及电子显微镜，观察活性污泥中的细曲、真菌、原生动物及后生动物等微生物的种类、数量、优势度及其代谢活动等状况，在一定程度上可反映曝气系统的运行状况。2、活性污泥处理系统的控制指标与设计，运行操作参数第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

指标评价法（1）微生物量的指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii组成；混合液挥发固体浓度（MLVSS），MLVSS=Ma+Me+Mi；MLVSS/MLSS在0.70左右，过高或过低能反映其好氧程度，但不同工艺有所差异。如吸附再生工艺0.7～0.75，而A/O工艺0.67～0.70。（2）活性污泥的沉降性能及其评定指标污泥沉降比SV（%）：混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分比。污泥容积指数SVI：SVI=SV/MLSS，指每g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。对于生活污水处理厂，一般介于70～100之间。当SVI值过低时，说明絮体细小，无机质含量高，缺乏活性；反之污泥沉降性能不好。为使曝气池混合液第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

污泥浓度和SVI保持在一定范围，需要控制污泥的回流比。此外，活性污泥法SVI值还与BOD污泥负荷有关。当BOD污泥负荷处于0.5～1.5kg/（kgMSS.d）之间时，污泥SVI值过高，沉降性能不好，此时应注意避免。第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

（1）微生物量的指标混合液悬浮固体浓度（MLSS），其由Ma+Me+Mi+Mii组成；混合液挥发固体浓度（MLVSS），MLVSS=Ma+Me+Mi；MLVSS/MLSS在0.70左右，过高或过低能反映其好氧程度，但不同工艺有所差异。如吸附再生工艺0.7～0.75，而A/O工艺0.67～0.70。（2）活性污泥的沉降性能及其评定指标污泥沉降比SV（%）：混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分比。污泥容积指数SVI：SVI=SV/MLSS，指每g干污泥所形成的沉淀污泥所占有的容积。对于生活污水处理厂，一般介于70～100之间。当SVI值过低时，说明絮体细小，无机质含量高，缺乏活性；反之污泥沉降性能不好。为使曝气池混合液污泥浓度和SVI第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

（3）泥龄（Sludgeage）θc：生物固体平均停留时间或活性污泥在曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr。式中：⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥量。Qw为排放的剩余污泥体积。Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr)max＝106/SVIθc是活性污泥处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之，增长速度快，个体小，出水水质相对差。θc长短与工艺组合密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生物的组合，实现污染物的降解和转化。第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

（4）污泥负荷与容积负荷BOD污泥负荷：Ns＝QSa/XV=F/M，即单位重量活性污泥在单位时间内降解到预定程度的有机物量（BOD）。BOD容积负荷：Nv＝QSa/V，指单位曝气池容积在单位时间内降解到预定程度的有机物量（BOD）。BOD污泥负荷和BOD容积负荷的关系式：Nv＝NsX。BOD污泥负荷是活性污泥法设计、运行的一个重要参数。因为负荷与污水处理的技术经济性有关。负荷高则有机物降解速度与污泥增殖量加大，曝气池容积小，投资省，但其泥龄短，处理出水水质不高，难以满足环境要求；反之若过低则曝气池容积加大，投资加大，曝气量加大，经济性能降低。故应选择适宜的负荷，同时还要避开0.5～1.5kgBOD/kgMLSS.d负荷区间。思考题：能否通过增加污泥浓度，减少构筑物的体积，节省投资？第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

（5）污泥产率：实际测试：污水中有机污染物的降解带来微生物的增殖与活性污泥的增长，活性污泥微生物的增殖是生物合成与内源呼吸的差值，即⊿X=aSr—bX。式中⊿X：活性污泥微生物净增殖量，kg/d；

Sr：在活性污泥微生物作用下，污水中被降解、去除的有机污染物量，Sr＝Sa－Se；

Sa：进入曝气池污水含有的有机污染物量，kgBOD/d。

Se：经活性污泥处理后出水的有机污染物量，kgBOD/d。

a、污泥产率（降解单位有机污染物的污泥产量）。

b、微生物内源代谢的自力氧化率。

X：混合液活性污泥量，kg。对于不同污水、废水，因有机污染物组成不同，其a、b值不同（见P110-111表4-5、4-6）。第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

理论推导（由试验配水研究）由于细胞合成与内源代谢同步进行，单位曝气池内活性污泥净增殖速度为：(dx/dt)g＝(dx/dt)s

－(dx/dt)e

式中：(dx/dt)g为净增殖速度；

(dx/dt)s为合成速度；

(dx/dt)e为微生物内源代谢速度。其中：(dx/dt)s

＝Y(dx/dt)uY为产率系数，每代谢1kgBOD合成的MLVSS量。

(dx/dt)u为微生物对有机物的降解速度。其中：(dx/dt)e

＝Kd

Xv

Kd微生物自身氧化率d-1，并称衰减系数；

Xv为MLVSS含量。代入得：(dx/dt)g＝Y(dx/dt)u－KdXv∴⊿X＝Y(Sa－Se)Q－Kd

VXv

第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

⊿X为日污泥排放量；(Sa－Se)Q为日有机物降解量；KdVXv为池内总MLVSS量。等式两边除以VXv得⊿X/VXv=Y(Sa－Se)Q/VXv－Kd

由于⊿X/VXv=1/θc；(Sa－Se)Q/VXv＝Ns（书中写成NrS）∴1/θc＝YNs－Kd

C、二者的区别：从物理意义上讲，a与Y、b与Kd是一回事，但前者是实测值（a、b）。由于进水水质和进水SS多变，因此a、b是一个实测的经验值。而Y、Kd为理论研究或配水研究的结果，配水试验不仅水质可以恒定，且无SS，当控制θc和NS进行同时多组实验时，可以通过作图求出Y、Kd（P112图4-9）。

第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

（6）有机污染物降解与需氧：微生物对有机污染物的降解包括1/3的直接氧化分解，2/3×80%需合成后再内源呼吸降解，这两个过程都需要氧的参与，其需氧量为：第二节活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数

式（4-26）两边同除以VXv得：O2/VXv=a′Ns＋b′两边同除以QSr得O2/QSr＝a′＋b′1/Ns可以看出：上式为单位容积曝气池的需氧量或单位微生物量的好氧量，其只与Ns有关。Ns高则单位容积或污泥量需氧量大。下式为降解1kgBOD的需氧量，其与Ns的倒数有关。Ns负荷越高，泥龄越短，则降解单位BOD需氧量就越低(未被降解就作为污泥排出)。式中a′、b′可以通过一组试验结果作图求得(P113图4－10)。对生活污水a′值：0.4～0.53；b′值：介于0.11～0.188之间。第三节活性污泥反应动力学

1、概述：从前面介绍可以看出，微生物的增殖、代谢与有机底物浓度、θc以及生化反应速度等密切相关。反应动力学则是从生化角度来研究彼此的关系，以提高我们理论认识水平，并指导我们优化工艺与设备。2、米氏方程描述了酶促反应速度与底物浓度之间的关系。3、莫诺特(Monod)方程式描述了有机底物浓度与微生物比增殖速度（或有机底物比降解速度）之间的关系。4、劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence——McCarty)方程式基础概念的引入

a、微生物比增殖速率μ=(dx/dt)/Xb、单位基质利用率：q=(ds/dt)μ/Xc、生物固体平均停留时间：θc=VX/⊿X;基本方程：第一基本方程：第三节活性污泥反应动力学

第一基本方程式表示了生物固体平均停留时间（θc

）与产率（Y）、单位底物利用率（q）以及微生物的衰减系数之间的关系。第二基本方程：注：∵有机质降解速率等于其被微生物利用速率，即V=q,Vmax=qmax＝K第二基本方程表示了有机底物的利用率（降解率）与反应器（曝气池）内微生物浓度及微生物周围有机底物浓度之间的关系。5、劳伦斯—麦卡蒂方程式的推论与应用确立处理水有机底物浓度（Se）与生物固体平均停留时间（θc）之间的关系：第三节活性污泥反应动力学

确立微生物浓度（X）与θc间的关系：确立了污泥回流比(R)与θc的关系：在污水处理系统中（低基质浓度）中，对V＝VmaxS/(Ks+S)的推论：＝K2SXa第三节活性污泥反应动力学

对完全混合暖气池，可写成：或合成（总）产率系数（Y）与表观产率系数（Yobs）间的关系：即实测污泥产率系数较理论总降低。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

1、传统活性污泥法处理系统又称普通活性污泥法

工艺特征：

经历了起端的吸附和不断的代谢过程；微生物经历了由对数期至内源呼吸期；有机物，迅速降低，但之后变化不大，总去除率90％左右；需氧量由大逐步越少。

第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

存在不足：根本不足之处：曝气池首端有机负荷大，需氧量大，而实际供氧难于满足此要求（平均供氧）。使首端供氧不足，末端供氧出现富裕，需采用渐减试供氧。曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高，因此，曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；对进水水质、水量变化酌适应性较低、运行放果易受水质、水量变化的影响。2、阶段曝气活性污泥法（分阶段进水或多阶段进水）

阶段曝气活性污泥法系统是针对传统活性污泥法系统存在的问题，在工艺上作了某些改革的活性污泥处理系统。与传统活性污泥处理系统主要不同点是污水沿曝气池的长度分散地，但均衡地进入。一般宜采取在生物反应池始端1/2～3/4的总长度内设置多个进水口配水的措施。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

工艺特点：污水均匀分散地进入，使负荷及需氧趋于均衡，利于生物降解，降低能耗。混合液中Xa浓度逐步降低，减轻二次池负荷，利于固液分离。污水均匀分散地进入，增强了系统对水质、水量冲击负荷的适应能力。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

3、再生曝气活性污泥法系统是传统活性污泥法系统的一种变型，即在传统活性污泥法的前端先设置污泥再生池，待来自二沉池的回流污泥得以充分再生后，再进入曝气池进行有机物的降解。工艺特点：第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

提高污泥活性，使其充分代谢。再生池不另行设置，而是将曝气池的一部分在再生池，即在计算时其所占容积部分不需单做计算（为什么？），其计算参数同普通活性污泥法。曝气池一般3或6廊道，1/3或1/6作再生段。处理效果与传统活性污泥法相近，BOD去除率90％以上。4、吸附—再生活性污泥法系统又名生物吸附活性污泥法系统，或接触稳定法。本工艺出现在40年代后期的美国。主要适用处理含悬浮和胶体物较多的废水，如生活污水，对于含溶解性有机物较多的工业废水，处理效果较差，一殷不常采用此法。工艺特点：因为废水的吸附时间比较短，而回流污泥的量最多是进水流量的100％左右，所以吸附和再生两个池的总容积比普通活性污泥法曝气池容积小得多，有时可减少达50％。由于又可省去第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

初沉池（为什么？）。从而可大大节省基建投资。可节省曝气池的运行费用。由于吸附后的污泥立即沉淀，所以在被排除的剩余污泥中合有许多尚未被氧化的有机物，这是吸附再生法所需空气量比普通活性污泥法少的根本原因，本工艺对水质、水量的冲击负荷具有—定的承受能力；当在吸附池内的污泥遭到破坏时，可由再生池内的污泥予以补救。普通活性污泥稍加改造即可以按吸附再生法运行，这样当污水厂超负荷时可以挖掘设备的潜力。当处理水量超过原设计时，必须相应加大二次沉淀池的容量。通常，在设计普通活性污泥法系统时，要同时考虑可以按吸附再生法或多点进水法运行。不足：由于吸附时间比普通活性污泥法短得多，所以它的处理效果比普通活性污泥法差，生化需氧量去除率一般仅为85—90％左右，回流污泥多，从而增大了回流设备的容量；剽余污泥的稳定性比普通活性污泥差。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

注：吸附再生生物反应池的吸附区和再生区可在一个反应池内（合建），也可分别由两个反应池组成（分建），一般应符合下列要求：吸附区的容积，当处理城市污水时，不应小于生物反应池总容积的1/4，吸附区的停留时间不应小于0.5h；当吸附区和再生区在一个反应池内时，沿生物反应池长度方向应设置多个进水口；进水口的位置应适应吸附区和再生区不同容积比例的需要；进水口的尺寸应按通过全部流量计算。5、延时曝气活性污泥法又名完全氧化活性污泥法，是50年代初期在美国开始应用的。一般采用完全混合式的曝气池。如氧化沟、A/O法和A2/O工艺等。工艺特点：负荷低，曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

不足：池容大、负荷小、曝气量大、投资与运行费用高。适宜对出水水质要求高，又不宜采用污泥处理技术的小城镇污水处理和工业废水，水量不宜超过1000m3/d的场合。各方法的主要参数见《室外排水设计规范》(GB50101－2005)6、高负荷活性污泥法又叫短时曝气活性污泥法或不完全处理活性污泥法工艺特点：构筑物与普通活性污泥法以及吸附再生工艺相同，但其停留时间短，BOD负荷高、曝气时间短。不足：BOD去除率不高（70～75%），出水水质不达标。适用于对出水水质要求不高的场合。7、完全混合活性污泥法

完全混合活性污泥法是常采用的一种运行方犬，它与传统法的主要不同在于：混合液在曝气池内充分混合循环流动。因而废水与回流污泥进入曝气池后立即与池内原有混合液充分第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

混合，进行吸附和氧化分解，并顶替等量的混合液至二次沉淀池，由此可见，池内酌混合液是已经处理、而未经固浓分离的处理水。工艺特点：污水进入曝气池后迅速被稀释混匀，水质水量变化对系统影响小。该工艺对冲击负荷有较强的适府能力，适用于处理工业废水，特别是浓度较高的工业废水；由于水质在各处相同，因而各处微生物群体与组成相同，降解工况相同。人们有可能按不同的要求把整个池子的工况控制在最佳的位置上。使整个处理系统达到所要求的出水水质。因此，在处理效果相同的条件下，其负荷率较高于推流式曝气池；需氧速度均衡，动力消耗略省。不足：微生物池内未有污染物浓度、微生物浓度与种群的梯度或链第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

群，导致微生物的有机物降解动力低下，易出现污泥膨胀。完全混合法的参耍缺点是连续进出水时可能会产生短流，在一般情况下，其处理水水质低于采用椎流式曝气池的活性污泥法系统。完全混合生物反应池可分为合建式和分建式。合建式生物反应池的设计，应符合下列要求：生物反应池宜采用圆形，曝气区的有效容积应包括导流区部分；沉淀区的表面水力负荷宜为0.5～1.0m3/(m2·h)。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

8、多级活性污泥法系统适用于原污水含有高浓度的有机污染物时，(参见图4-24)。特点：污水处理单元串联：每级都是独立的处理系统。负荷高（一级），且赖冲击负荷，二级负荷低。各级污泥θc不同，微生物种群各异。不足：投资与运行费用高，管理麻烦（各种反应池、设备多）第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

9、深水曝气活性污泥法系统工艺特点：由于水压加大，提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而提高了氧的传递速率，从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。

b、向深部发展，节省占地。按机械（曝气）设备的利用情况，分中层曝气和底层曝气，前者可以利用常用风机（5m风机），对10m深井曝气；后者需用高压风机（10m风机）。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

10、深井曝气活性污泥法又名超水深曝气活性污泥法。本工艺开创于70年代，首建于英国的皮林翰姆市，效益显著本工艺适用于处理高浓度有机废水。工艺特点：D＝1-6m，H=50-100m，明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率（如充氧能力强，可达常规法的10倍），从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不受气候条件影响。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

10、深井曝气活性污泥法又名超水深曝气活性污泥法。本工艺开创于70年代，首建于英国的皮林翰姆市，效益显著本工艺适用于处理高浓度有机废水。工艺特点：D＝1-6m，H=50-100m，明显提高了饱和溶解氧浓度以及降低气泡直径，提高气泡的表面积，进而显著提高氧的传递速率（如充氧能力强，可达常规法的10倍），从而利于微生物的增殖与有机污染物的降解。向深部发展，节省占地，并利用进出水位差以及曝气提升力循环。不受气候条件影响。不足之处：施工难度大，对地质条件和防渗要求高。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

11、浅层曝气活性污泥法理论基础：气泡只是在形成与破碎瞬间，有着最高的氧转移率，而与水深无关。工艺特点：曝气器安装深度0.6～0.8m，设导流板，适宜低压水机曝气。浅层曝气曝气池可使用低压鼓风机，有利于节省电耗，充氧能力可达1.8—2.6kgO2／kwh。12、纯氧曝气活性污泥法原理：提高氧的分压，强化氧的传质能力，增加MLSS浓度和容积负荷，提高生化反应速率。不足之处：要密闭运行，工艺运行管理复杂。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

各种工艺具体的设计与参数见P131表4-7或《室外排水设计规范》(GB50101－2005)，具体总结如下：BOD负荷：一般BOD污泥负荷0.2～0.4，延时曝气法低（<0.1），高负荷活性污泥法BOD污泥负荷>1.5，按p108图4－7设计；而对特殊的深井曝气和纯氧曝气因氧的传质改善，可以把BOD负荷设计在0.5～1.5之间。泥龄：对一般的活性污泥法工艺以及深井曝气和纯氧曝气工艺，其泥龄一般在5～15d，多数6～8d；高负荷活性污泥法泥龄2.5d以下；而延时曝气则一般在20d以上。曝气池混合液浓度（X）：一般在3000mg/L左右。延时曝气、合建式完全混合活性污泥法以及深井曝气略高。污泥回流比：一般在100％以下，多数在50％左右；而延时曝气、合建式完全混合活性污泥法回流比在100％以上。曝气时间：一般在8h以下，多数为4～6h。但延时曝气一般在20h以上；高负荷工艺以及深井曝气工艺曝气时间很短。第四节活性污泥处理系统的运行方式与曝气池的工艺参数

各种工艺技术的着重点包括：强化不同微生物的作用（群落），如高负荷、多级、延时曝气等工艺。提高氧的传质，降低能耗（纯氧曝气、深水曝气、深井曝气以及浅层曝气等）。节省占地（深井）。保证出水水质（延时曝气、多级曝气等）。活性污泥特性（收附再生、再生以及高负荷活性污泥法等）。易管理与构筑物单元少，如合建式完全混合活性污泥法与SBR等。利于污泥处置，延时曝气以及A2/0等。第五节活性污泥处理系统的新工艺

活性污泥法是我国目前应用最广泛的一种二级生物处理工艺，它具有处理能力高，出水水质好等优点。但基建费用高，能耗大，管理也较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且对氮、磷等去除效果不稳定。使其同时也是一种处于不断发展中的工艺。目前，国内外科学技术界展开了大量研究，旨在改革传统的活性污泥法，进行改革的方向可归纳为：

简化流程，压缩基建费；节约能耗，降低运行费；增强功能，改善出水水质(去除有机物的同时，有较好的氮、磷等营养物质去除能力)；简化管理，保证稳定运行；减少污泥产量，简化污泥的后处理。在本节内，将对近年来在构造和工艺方面有较大发展，并在实际运行中已证实效果显著的氧化沟、间歇式活件污泥法(SBR)以及AB法污水处理工艺等活性污泥处理新工艺，作简要阐述。第五节活性污泥处理系统的新工艺

一、氧化沟工艺1、概述又称循环曝气池，它是20世纪60年代初荷兰的pasveer

首先研究开发的，第一座氧化沟污水处理厂是pasveer于1954年在荷兰的Voorshoten建造的。氧化沟是将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，是活性污泥法的一种变形，经过50年的发展，形成了多种类型的处理系统，已广泛应用于城市污水和工业污水的处理工程中。氧化沟工艺流程第五节活性污泥处理系统的新工艺

2、氧化沟工艺工作原理与特征在构造方面的特征氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上。沟深取决于吸气装置，自2m至6m。单池的进水装置比较简单，只要伸入一根进水管即可，如双池以上平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还要设自动控制装置，以变换水流方向。出水一般采用溢流堰式，宜于采用可升降式的，以调节他内水深。采用交替工作系统时，溢流堰府能自动启闭，并与进水装置相呼应以控制沟内水流方向；在水流混合方面特征:在流态上，介于完全混合与推流之间。

这种独特的水流状态，有利于活性污妮的生物凝聚作用．而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效应。（氧化沟的基本布置）第五节活性污泥处理系统的新工艺

在工艺方面的特征：氧化沟采用延时曝气，不需初沉池，且不采用污泥消化处理。可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，同时可省去污泥回流装置。BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统，对此，具有下列各项效益：A、对水温、木质、水量的变动有较强的适应性；B、污泥龄(生物固体平均停留时间)一般可达15—30d，为传统活性污泥系统的3～6倍。可以存活、繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可能产生硝化反应。如运行得当，氧化沟能够具有反硝化脱氮的效应。

C、污泥产率低，且多已达到稳定的程度，勿需再进行消化处理。（氧化沟的基本布置）第五节活性污泥处理系统的新工艺

2、氧化沟曝气装置氧化沟的曝气装置的功能是：向混合液供氧；使混合液中有机污染物、活性污泥、溶解氧三者充分混合、接触。这二项是与常规活性污泥法系统相同的。氧化沟对吸气装置有一项独特的要求，即：推动水流以一定的流速(不低于0．25m／s)沿池长循环流动，这一项对氧化沟在保持它的工艺待征方面具有重要的意义。曝气装置种类：可分为横轴曝气装置和纵轴曝气装置两种类型横轴曝气装置

1)曝气转刷(转刷曝气器)

如图，以钢管为转轴，在轴的外部沿轴长度焊接大量钢质叶片，使整个曝气器呈刷子状。

轴长一般般介于4～9m之间，转刷直径多为0.8～1.0m，充氧能力一般在2kgO2/KWh左右。采用转刷暖气器的氧化沟，深度图6-7曝气转刷设备(OTV-Gruger产品)多介于2～2.5m之间，也有采用3.0m的。第五节活性污泥处理系统的新工艺

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2)曝气转盘用于氧化沟的曝气转盘构造见图，由转轴带动在水面上转功，成组安装在转轴上，轴长可达6.0m，安装1～25个转盘。转盘直径可达1．372m，转盘L有凸出的三角块并留有小孔，以提高充氧能力，转速一般为45～60r/min，充氧能力可达2.0kgO2/KWh左右，采用曝气转盘的氧化沟，深度可达3.5m。纵轴曝气装置即常规活性污泥法完全混合暖气池采用的表面机械曝气器，各种类型的表面机械曝气器都可用于氧化沟。一般安装在沟渠的转弯处。这种暖气装置有较大的提升能力，因此，氧化沟的水深可增大到4～4.5m。此外，在国外采用的还有射流曝气器和提升管式曝气装置。水平轴曝气转盘曝气转盘设备(美国USFilter产品)第五节活性污泥处理系统的新工艺

立式低速表曝机荷兰DHV公司表曝机第五节活性污泥处理系统的新工艺

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3、几种常见的氧化沟卡罗塞(Carrousel)氧化沟60年代由荷兰某公司所开发。系统是由多沟串联氧化构及二次沉淀池,污泥回流系统所组成。在荷兰最为流行，其特点是在沟渠的一端设置垂直轴的表面曝气机，沟渠一般为廊道式，由于表面曝气机有较大的提升作用，使得氧化沟的水深一般可达4.5m，需设沉淀池和回流装置。卡鲁塞尔氧化沟采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟(英国ASHVale污水处理厂)第五节活性污泥处理系统的新工艺

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交替工作氧化沟系统由丹麦某公司所开发，有2池和3池两种交替。2池交替氧化沟由容积相同的A、B两池组成，串联运行交替作为曝气池和沉淀池，勿需设污泥回流系统。本系统处理水质优良，污泥也比较稳定。

3池交替工作氧化沟，应用较广。两侧的A、C两池交替地作为曝气池和沉淀池，中间的B池则一直为曝气油，原污水交替地进入A池或C池，处理水则相应地认作为沉淀池的C池和A池流出。

经过适当运行，3池交替氧化沟能够完成BOD去除和硝化、反硝化过程，取得优异的BOD去除与肥氮效果。这种系统勿需污泥回流系统。交替工作的氧化沟系统必须安装自动控制系统，以控制进、出水的方向，溢流堰的启闭以及曝气转刷的开动与停止。上述各工作阶段的时间，则根据水质情况确定。交替工作式氧化沟图6-2OTV-Gruger的三沟式氧化沟(Faabborg污水处理厂)第五节活性污泥处理系统的新工艺

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二次沉淀池交替运行氧化沟系统。氧化沟连续运行，设两座二次沉淀池，交替运行，交替回流污泥。这种氧化沟有多种形式．图4-38所示为其中的一种，而图4-39所示则是以两座侧沟作为二次沉淀池交替运行的氧化沟系统。第五节活性污泥处理系统的新工艺

奥巴勒(Orbl)型氧化沟系统Orbal氧化沟是一种多渠道的氧化沟，氧化沟由多个同心的沟渠组成，沟渠呈圆形和椭圆形，进水先引入最外的沟渠，在不断循环同时，依次引入下一沟渠，最后从中心沟渠排出，这相当于一系列完全混合反应池串连在一起，每个沟渠表现出单个反应器的性质，Orbal氧化沟兼有完全混合式与推流式的特点，能够快速去除有机物和氨氮。这种氧化沟系统多采用3层沟渠，最外层沟渠的容积最大，约为总容积的60％～70％，第二层20％一30％，第三层仅占10％左右。溶解氧保持较大的梯度，如分别为0、1及2mg/L,这样既有利于提高充氧效果，也有可能使沟渠具有脱氯除磷的功能。Orbal氧化沟型 Orbal型氧化沟第五节活性污泥处理系统的新工艺

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曝气—沉淀一体化氧化沟所谓一体化氧化沟就是将二次沉淀池建在氧化沟内，这种氧化沟是在80年代初在美国开发后，发展迅速，出现了多种形式的一体化氧化沟。本书将介绍其中比较有代表性的两种.

一体化氧化沟Simon-Hartley船型氧化沟

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二、SBR工艺1、工艺流程及特征SBR是活性污泥法的一种变形，它的反应机理和污染物去除机制和传统活性污泥法相同，只是在运行操作不同。SBR是在单一的反应器内,在时间上进行各种目的的不同操作,故称之为时间序列上的废水处理工艺，它集调节池、曝气池、沉淀池为一体,不需设污泥回流系统。

SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段:进水期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期(draw)和闲置期(idle)去除碳源的典型的SBR运行程序第五节活性污泥处理系统的新工艺

SBR工艺的优点SBR法最显著的一个特点是将反应和沉淀两道工序放在同一反应器中进行，扩大了反应器的功能，SBR是一个间歇运行的污水处理工艺,运行时期的有序性,使它具有不同于传统连续流活性污泥法的一些特性。流程简单,运行费用低；

SBR法的工艺简单,便于自动控制,其主要设备就是一个具有曝气和沉淀功能的反应器,无需连续流活性污泥法的二沉池和污泥回流装置,在大多数情况下可以省去调节池和初沉池,系统构筑物小,流程简单,占地面积小、管理方便,投资省,运行费用低。固液分离效果好，出水水质好；

SBR在沉淀时属于理想的静止沉淀，固液分离效果好,容易获得澄清的出水。剩余污泥含水率低,这为后续污泥的处置提供了良好的条件。第五节活性污泥处理系统的新工艺

运行操作灵活，效果稳定。

SBR在运行操作过程中,可以根据废水水量水质的变化、出水水质的要求调整一个运行周期中各个工序的运行时间、反应器内混合液容积的变化和运行状态。脱氮除磷效果好。SBR工艺在时间序列上提供了缺氧、厌氧和好氧的环境条件,使缺氧条件下实现反硝化,厌氧条件下实现磷的释放和好氧条件下的硝化及磷的过量摄取,从而有效的脱氮除磷。有效防止污泥膨胀。由于SBR具有理想推流式特点，有机物浓度存在较大的浓度梯度，有利于菌胶团细菌的繁殖，抑制丝状菌的生长，另外，反应器内缺氧好氧的变化以及较短的污泥龄也是抑制丝状菌的生长的因素，从而有效地防止污泥膨胀。耐冲击负荷；池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。第五节活性污泥处理系统的新工艺

SBR工艺的缺点SBR反应器对操作和自动化要求程度比较高。同时还存在诸如以下的问题：对于单一SBR反应器的应用需要较大的调节池；对于多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水的处理要求;设备的闲置率较高;污水提升水头损失较大。正是以上这一系列问题的存在导致了对于SBR反应器的不断改进和开发。SBR工艺应用和认识上的误区：初沉池的设置和污泥稳定性问题；正确认识SBR反应器的优缺点。SBR工艺把沉淀与反应集中在同一个反应池进行，虽然是SBR反应器的优点，但是在一定条件下这也可能成为SBR工艺的缺点，比如ICEAS系统(连续进水，间歇排水，使沉淀效果达不到最佳)图5-1周期数对于SBR反应器池容的影响(假设HRT=24h，沉淀和滗水时间为2.0h)第五节活性污泥处理系统的新工艺

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2、SBR工艺的发展及主要变形工艺传统或经典的SBR工艺形式在工程中存在一定的局限性。譬如，若进水流量大，则需调节反应系统，从而增大投资；而对出水水质有特殊要求，如脱除磷等，则还需对工艺进行适当改进。因而在工程应用实践中，SBR传统工艺逐渐产生了各种新的变型，以下分别介绍几种主要的形式。ICEAS工艺ICEAS（IntermittentCyclicExtendedAeratlonSystem）工艺的全称为间歇循环延时曝气活性污泥工艺。它于20世纪80年代初在澳大利亚兴起，是变形的SBR工艺。第五节活性污泥处理系统的新工艺

ICEAS与传统的SBR相比，最大的特点是：在反应器的进水端增加了一个预反应区，运行方式为连续进水（沉淀期和排水期仍保持进水），间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR系统费用更省、管理更方便。但是由于进水贯穿于整个运行周期的每个阶段，沉淀期进水在主反应区底部造成水力紊动而影响泥水分离时间，因而，进水量受到了一定限制。通常水力停留时间较长。ICEAS工艺与经典SBR工艺的对比：

a)沉淀特性不同；

b)由于连续进水损失理想推流性能和污泥膨胀的控制功能；

c)连续进水便于较大型污水处理厂；

d)由于池长过长水平流速会过大，这也使得ICEAS工艺的单池无法进一步扩大；

e)ICEAS工艺的运行周期比较短。第五节活性污泥处理系统的新工艺

应用实例：我国最早采用该工艺的是上海市第三中药厂（于1991年投产运行），其运行结果表明：COD去除率为95.9～97％，BOD5去除率为99.1～99.4％，NH3-N去除率为75.1～78.4%；目前我国采用ICEAS工艺的最大规模的污水处理厂是昆明市第三污水处理厂（15～30万m3/d）CASS工艺CASS(Cyclic

ActiavatedSludgeSystem)或CAST(-Technology)或CASP(--Process)工艺是一种循环式活性污泥法。该工艺的前身为ICEAS工艺，由Goronszy

开发并在美国和加拿大获得专利。与ICEAS工艺相比，其预反应区容积较小，是设计更加优化合理的生物反应器(生物选择器)。该工艺将主反应区中部分剩余污泥回流至选择器中，培养驯化出优良的生物菌种。在运作方式上沉淀阶段不进水，使排水的稳定性得到保障。(1)生物选择器(2)缺氧区(3)好氧区(4)回流污泥和剩余污泥(5)滗水器循环式活性污泥法工艺(CASS)的组成第五节活性污泥处理系统的新工艺

第五节活性污泥处理系统的新工艺

CASS工艺与ICEAS工艺的对比：

1)增加了污泥回流；

2)加大了预反应区的体积；

3)增加了兼氧区。通过以上三个措施，CASS反应器强化了以下的功能：

1)加速对溶解性底物的去除和对难降解有机物的水解作用（原因？）；

2)加大兼氧区强化污泥中磷在厌氧条件下得到有效的释放；

3)此外,选择器和兼氧区中还可发生比较显著的反硝化作用；

4)采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，保证了处理效果；

5)改善污泥的沉降性能，防止污泥膨胀问题的发生。

6)可变容器的运行提高了对水质、水量波动的适应性和运行操作的灵活性；

7)工艺流程简单，土建和投资低，自动化程度高。第五节活性污泥处理系统的新工艺

应用实例：目前全世界已有300多家污水处理厂采用CASS工艺。我国，北京航天城污水处理厂（处理能力7200m3/d），徐州第二人民医院，镇江市征润州污水处理厂（设计水量20万t/d，近期10万t/d）。CASS工艺流程DAT-IAT工艺DAT-IAT工艺为需氧池－间歇曝气池工艺，是利用单—SBR池实现连续运行的新型工艺，其反应机理以及污染物去除机制与连续流活性污泥法相同，是依靠活性污泥微生物的活动来净化污水的。它介于传统活性污泥法与典型的SBR工艺之间，既有传统活性污泥法的连续性和高效性，又具有SBR的法灵活性，适用于水质水量大的情况。第五节活性污泥处理系统的新工艺

DAT-IAT工艺的主体构筑物反应池由隔墙分为需氧池（DAT）和间歇曝气池（IAT）串连而成，一般情况下，DAT连续进水连续曝气，其出水进入IAT池但间歇曝气，在IAT池完成曝气、沉淀、滗水和排剩余污泥工序。DAT池相当于一个传统活性污泥曝气池，池中水呈完全混合流态。IAT池相当于一个传统的SBR池，但进水为连续。DAT-IAT工艺流程图其它，如UNITANK、IDEA工艺等等。同学们下去查资料自学。第五节活性污泥处理系统的新工艺

二、AB工艺1、工艺流程及特征AB法是吸附－生物降解（Adsorption-Biodegr

adation）工艺的简称，是由德国亚琛工业大学（Aachen）宾克（Bohnke）教授于20世纪70年代中期开创。该工艺于80年代初应用于工程实践,目前,国内已有多家城市污水处理厂采用了AB法工艺。如上图所示，污水由排水系统经格栅和沉砂池直接进入A段，该段为吸附段，负荷较高，泥龄短,水力停留时间很短,约为30min，有利于增殖速度较快的微生物生长繁殖，而且在第五节活性污泥处理系统的新工艺

A段存活的只是抗冲击负荷能力强的原核细菌，其他微生物不能存活。废水经过A段处理后，BOD去除40％～70％，可生化性有所提高，有利于B段的工作；A段污泥产率较高，吸附能力强，重金属、难降解物质以及氮、磷等植物性营养物质等，都可能通过污泥的吸附作用得以去除。污水从A段流出后进入B段，B段为生物氧化段，属于传统活性污泥法，一般在较低负荷下运行，停留时间约为2～6h,泥龄较长，为15～20d。B段发生硝化和部分的反硝化，活性污泥沉淀效能好，出水SS和BOD一般小于10mg/L。与传统活性污泥法相比，AB法主要有下列特征：

1)未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；

2)B段由曝气池和二次沉淀池组成；

3)A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自由独特的微生物群体，有利于功能的稳定。第五节活性污泥处理系统的新工艺

A段对B段的影响

在AB法工艺中,A段具有高效和稳定的特点。A段的存在无疑对B段的运行带来了良好的影响,主要有以下几点:

1)可使B段的运行负荷减少40%～70%,因此在给定的容积负荷下,活性污泥曝气池的总容积可减少到45%左右。

2)原污水的浓度变化在A段得到明显的缓冲,使B段只有较低的、稳定的污染物负荷,污染物和有毒物质的冲击对B段的影响减小,从而保证了污水处理厂的净化效果。

3)由于A段对部分氮和有机物的去除,以及B段泥龄的加长,改善了B段硝化过程的工艺条件,硝化效果得以提高。优缺点：

1)AB法处理效果稳定，具有抗冲击负荷能力，特别适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水,2)与传统活性污泥法相比，AB工艺在COD、BOD、SS、总磷和总氮上的去除率均高于前者，且工程投资和运行费用方面也较前者省。

3)其主要弱点为产泥量较大,而且AB法工艺不具备深度脱氮除磷功能,出水水质尚达不到防止水体富营养化的要求。应用实例：

目前全世界有60多座采用AB工艺的污水厂在运行、设计和规划之中。南斯拉夫修建了目前世界最大的AB工艺的污水处理厂。在我国上海、山东等地都有采用AB工艺的污水处理厂，如山东泰安污水处理厂（处理污水量10000m3/d），山东青岛湖泊污水处理厂（处理污水量80000m3/d）。第五节活性污泥处理系统的新工艺

第六节曝气理论基础

构成活性污泥法的三要素：活性污泥——引起吸附和氧化分解作用的微生物；废水中的有机物——处理对象，即微生物的食料；溶解氧(DO)——微生物生长繁殖的重要条件。溶解氧(DO)的作用：向曝气池中的混合液提供足够的溶解氧；使混合液中的活性行泥与污水充分混合、接触。曝气的方法（下节将详细讲述）：鼓风曝气：是将由变压机送出的压缩空气通过一系列的管道系统送到安装在暖气池池底的空气扩散装置(曝气装置)，空气从那里以微小气泡的形式逸出．并在混合液中扩散。使气泡中的氧转移到混合液中去；而气泡在混合液的强烈扩散、搅动，使混合液处于剧烈混合、搅拌状态。机械曝气则是利用安装在水面上、下的叶轮高速转动，剧烈地搅动水面，产生水跃，使液面与空气接触的表面不断更新，使空气中的氧转移到混合液中去。两者联合曝气。第六节曝气理论基础

1、氧转移原理菲克(Fick)定律通过曝气，空气中的氧，从气相传递到混合液的液相中，这既是一个传质过程，也是一个物质扩散过程。扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差。物质的分子从浓度较高的一侧向着较低的一侧扩散、转移。扩散过程的基本规律可以用非克定律加以概括，即：第六节曝气理论基础

双膜理论和氧总转移系数KLa(1)基本原理现已有若干传质理论来解释气体传递的机理。但最简单和最普遍使用的是刘易斯(Lewis)和怀特曼(Whitman)于1923年建立的“双膜理论”。其基本点如下：在气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处于亲流状态。气体分子以分子扩散方式从气用主体通过气膜与液膜而进入液相主体。由于气、液两相的主体均处于亲流状态，其中物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，气体分子从气体主体传递到液相主体，阻力仅存任于气、液两层层流膜中。在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移推动力。氧难溶于水，因此，氧转移决定性的阻力又集中在液膜上。因此，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤，通过液膜的转移速度是氧转移过程的控制速度。第六节曝气理论基础

(2)公式推导(4-64)

(4-65)

将（17-55）式两边同除以V：

注:(1)氧总转移系数KLa，表示在曝气过程中氧的总传递性。KLa小，则氧转移过程中阻力大;KLa大，则氧转移过程中阻力小。

(2)KLa的倒数1/KLa的单位为(h)，它所表示的是曝气池中溶解氧浓度从C提高到Cs所需要的时间。(4-68)

(4-69)

第六节曝气理论基础

提高的方法

由公式可知，提高的方法有：

KLa——氧总转移系数，它是评价空气扩散装置的重要参数。

(3)KLa的测定水中无氧状态下的测定法

用清水，用Na2SO3（或N2）对清水脱氧，使C＝0；

然后进行曝气充氧，每隔一定时间，测定DO值，直至饱和为止第六节曝气理论基础

对曝气池内混合液KLa值的测定

对于混合液，氧的变化率是氧的转移率与活性污泥微生物耗氧率R之差，即：R——活性污泥微生物的耗氧速率R（mg/L•min）

（4-70）可写为：－（4-71）截距斜率第六节曝气理论基础

2、氧转移的影响因素污水的水质水质对KLa的影响污水中存在着溶解性有机物，特别是表面活性物质，如短链脂肪酸和乙醇，是一种两亲分子，极性端羧基COOH－(亲水)或羟基－OH－(亲水)插入液相中，而非极性端(疏水)的碳基链则伸入气相中。

如C17H35—COOHO非极性端极性端疏水亲水极性端非极性端C17H35（亲水）COOH（亲气相，疏水）由于两亲分子聚集在气液界面上，阻碍氧分子的扩散转移，增加了氧