活性污泥處理設施

1、第 4 章 活性污泥處理設施Mogens Henze著建造活性污泥處理設施的目的是將污水中有機物去除，從而避免出現(xiàn)Joseph Heller在有朝一日一文中所描述的情景：“人們在湖泊、河流中將再也找不到魚兒，而只能在罐頭中才能看到。城市消亡，石油四溢，金錢萬能”?；钚晕勰嘣O施的原理是通過攪拌或曝氣使大量的活性污泥在水中運動。除有生命的生物群之外，懸浮固體還包含有機物和無機物，有些有機物經(jīng)水解作用被降解了，而有些則是不可降解的（惰性物質）。在處理裝置中，懸浮固體數(shù)量的控制是通過懸浮固體的循環(huán)以及去除剩余污泥來實現(xiàn)的，有機物只有三個去處：二氧化碳、剩余污泥、出水。4.1 質量平衡活性污泥設施通過從

2、第三章中導出的反應公式所建立起的質量平衡，我們現(xiàn)將公式中每一項都標定了符號，假如該物質被去除了，則符號為負。4.1.1 無回流的“活性污泥”設施最簡單的活性污泥設施。無回流的活性污泥反應器如圖4.1。這種類型的設施在實際中并不采用，但其它類型的裝置在作用上與其很相似（如曝氣池塘）。在此引用可對活性污泥工藝的原理進行簡要介紹。圖4.1 無回流的活性污泥池原理示意圖可以對此處理裝置建立起幾種不同的質量平衡。水量平衡如下：Q1 = Q3 （4.1）總質量平衡如下：Q1C1 - rv,sV2 = Q3C3（4.2）轉化項rv,sV2也可以用另一種形式表達即池子體積V2與活性污泥濃度XB,2分別表達，即

3、rv,sV2XB,2 。采用質量平衡有三個目的（如表4.1），即為設計、函數(shù)的測定/分析、動力學研究。從式（4.2）來看，每單個符號并沒有作出定義。C是各種固體的濃度（COD，BOD，N，TOC等），rx,s是反應率，其單位必須與V2及X2（活性污泥濃度）同時定義。以活性污泥濃度X2為例，它可以采用kg SS/m3，kg VSS/m3，kg COD(B)/m3幾種單位表示，每個單位所代表的含義應由各具體情況而定。例如VSS可能是污泥中VSS的總含量，也可能是硝化細菌（以VSS計）、反硝化細菌含量等等。但假如X2用活性生物量（活性細菌）表示時，則平均反應率rx,s在分母中一定要用相同的單位。通過

4、活性污泥裝置的質量平衡所得到的計算（符號見圖4.1）表4.1目的未知已知設計函數(shù)預測、分析動態(tài)學研究容積，V2流出液濃度，C3反應率rx,sQ1,C1,X2,C3,Q3,rx,sQ1,C1,V2,X2,Q3,rx,sQ1,C1,V2,X2,Q3,C3 質量平衡式（4.2）是以最簡單的方式建立的，所有的物質轉換都集中于一項即rV,SV2之內。其它各項都是傳輸，用來表達固體的輸入和輸出量。實際上，各種工藝對上述所考慮過的物質常會有影響，使質量平衡更加復雜。表4.2是一張簡化的無硝化處理的活性污泥裝置工藝矩陣表，可以設想三種過程對物質轉化（生物生長、生物衰減、生物水解），反應率在最右欄，各個系數(shù)為化

5、學計量系數(shù)，通過此表可建立起質量平衡方程式，例如對于易降解有機物SS在理想混合池中的質量平衡，傳輸是顯而易見的，而兩個反應項則可以通過表4.2 SS欄中的化學計量系數(shù)與右邊欄中的反應率相乘而得到。無硝化活性污泥裝置工藝矩陣表4.2成份SsXsX1XB,HSO2反應率，rV工藝好氧異養(yǎng)生長1異養(yǎng)衰減-1水解1-1單位kgCOD/m3易降解有機物難降解有機物惰性懸浮有機物異養(yǎng)生物量氧輸入水解生長（4.3）表4.2還表明好氧生物的增長對SS、XB,H,2、SO2三種成份的影響。使用質量平衡矩陣要用統(tǒng)一單位（此處用COD）。因此，當氧表示為“-COD”好象鼓入一定量氧氣，而并沒有氧的需求，但這一定量的

6、氧卻能去除等量的COD！對無回流的活性污泥裝置，如果所測表現(xiàn)生長常數(shù)Yobs是已知的，則活性污泥濃度XB,2即可求出。應用如下：XB,2=Yobs (C1-C3)（4.4）式中生長常數(shù)Yobs 是以離開處理裝置的污泥質量為基礎估算的即時值。根據(jù)這一定義進水中無論有無污泥（懸浮固體）都是無關緊要的?！纠?.1】已知一個無回流活性污泥裝置的污泥濃度為XB,2，進水、出水的濃度分別為500gCOD(S)/m3和80gCOD(S)/m3。所觀測到的生長常數(shù)分別為0.35kgCOD(B)/kgCOD(S)，或0.25kgVSS/kgCOD(S)從式4.4，得出：XB,2 =Yobs(C1-C3)=(0.

7、35kgCOD(B)/kgCOD(S) (0.5kgCOD(S)/m3-0.08kgCOD(S)/m3) = 0.147kgCOD(B)/m3如果生長常數(shù)以VSS表示，那么XB,2同樣可以用kgVSS/m3進行計算。即Yobs = 0.25kg VSS/kg COD。因此，XB,2 = 0.105kg VSS/m3。【例4.2】按照圖4.1設計一套活性污泥處理裝置（求出必要的體積），已知下列數(shù)據(jù)：進水：Q1=1,000m3/d C1=500gCOD(S)/m3 出水：Q3=1000m3/d C3=60gCOD(S)m3 (管理部門要求)并已知：rx,s=3kgCOD(S)/(kgCOD(B)d

8、)Yobs=0.3kgCOD(B)/kgCOD(S)由式4.2可求曝氣池體積V2：V2=(Q1C1 - Q3C3)/(rx,sXB,2)唯一的未知量是XB,2，但按例4.1用同樣方法即可求出：XB,2=YObs(C1-C3)=0.3(0.5-0.06)=0.132kgCOD(B)/m3將已知值代入公式：V2=(1000×500-1000×60)/(3×0.132)=1,111,111m3最好連單位一起代入，而不是僅代入數(shù)值，這樣不僅可以檢查是否替換了相應的值，還可以檢查表達式對于設計內容而言是否正確。將各個值代入公式后：V2=(1,000m3/d·500

9、gCOD(S)/m3 -1,000m3/d·60gCOD(S)/m3)/(3kgCOD(S)/(kgCOD(B)·d)·0.132kgCOD(B)/m3)=1,111,111m3·gCOD(S)/kgCOD(S)但是這里好像有什么地方不對，我們可以將C1和C3的單位換成kgCOD(S)/m3也可以把結果乘以生長常數(shù)1,000gCOD(S)/kgCOD(S)，上式就對了。V2=1,111,111m3·gCOD(S)/(1,000gCOD(S)/kgCOD(S)kgCOD(S)=1,111m3這就是正確的答案。4.1.2 有回流的活性污泥裝置回流式

10、活性污泥裝置的設計如圖4.2所示。回流的目的是增加增加曝氣池的污泥濃度。由于泥齡與水力停留時間是分開的，回流的結果使泥齡增長，用此方法使得積累既包含快速生長又包含慢速生長的生物群落成為可能。這對于污泥的沉淀和絮凝的特性都是很重要的。圖4.3顯示出活性污泥的污泥絮凝體結構。通常污泥在回流入曝氣池之前都要在沉淀池中進行濃縮，有時還要對污泥進行浮選和離心分離。從工藝上看，圖4.1和4.2 兩種污泥處理裝置沒什么差別，由于回流式污泥處理設施的污泥濃度XB,.2較高而去除率也較大一些，這就意味著容積V2可以減小。在圖4.2所示的更為復雜的裝置中有可能建立起更復雜的質量平衡，如果包括整個處理設施為對象建立

11、質量平衡，那就與公式4.1、4.2的質量平衡很類似了。質量平衡也可以在圖4.2的a、b兩點建立。對于污泥在a點建立質量平衡，可被用于計算入流污泥濃度（進入曝氣池）X2.1.Q1XB,1 + Q4XB,4 = (Q1 + Q4)XB,2.1（4.5）如果從沉淀池出流和底流污泥濃度（XB,3和XB,4），以及曝氣池出流的污泥濃度XB,2.2是已知的，那么就能夠用b點相似的質量平衡來計算回流污泥Q4的流量。圖4.2 回流式活性污泥裝置(Q1 + Q4)XB,2.2 = Q3XB,3 + Q4XB,4Q4 =(Q1XB2.2 - Q3XB,3) / (XB,4 - XB,2.2)當污泥流過曝氣池時，污

12、泥濃度增加了，圍繞曝氣池的污泥物質平衡可用來計算出流污泥的濃度XB,2.2（參見圖4.2）。(Q1 + Q4)XB,2.1 +(Q1+Q4)(C2.1-C2.2)Yobs = (Q1 Q4)XB,2.2或XB,2.2 = XB,2.1 +(C2.1 -C2.2)Yobs（4.6）圖4.3顯示放大了200倍的活性污泥絮體，絮凝體包括微生物、有機微粒、無機微粒，它們被細菌產(chǎn)生的聚合物膠接在一起，絮體與原生動物有規(guī)則的密集在一起，說明生物活性很好。當生物的生長受抑制或處理不妥，原生動物將與絮體的解聚同時死亡，絲狀菌（此片中看不到）降低了絮體沉降和濃縮的能力。例4.3說明了如何計算從曝氣池的出流污泥濃

13、度。曝氣池內污泥濃度依池內水力情況而定，若池內的混合情況比較理想則XB,2 = XB,2.2如果曝氣池是推流系統(tǒng)，那么污泥的濃度從進水的XB,2.1到出水的XB,2.2貫穿池子進行變化。對于有回流的活性污泥裝置，經(jīng)常會利用X2.1X2.2，而無回流活性污泥裝置則不用?！纠?.3】計算一個活性污泥裝置中曝氣池內活性污泥的排出濃度XB,2.2，下例各數(shù)是已知的（符號見圖4.2）：XB,2.1 = 4.5kg SS/m3C1 = 0.4kg BOD/m3C3 = 0.015kg BOD/m3(15mg BOD/1)Yobs = 0.9kg SS/kgBODQ1 = 2,500m3/dQ4 = 2,0

14、00m3/dXB,2.2可以從公式4.6得出XB,2.2 = XB,2.1 (C2.1 C2.2 )·Yobs （4.6）C2.1和C2.2是未知的C2.1和C2.2不是總BOD濃度，可假設代表原污水BOD含量（在處理裝置中原污水帶著很高的BOD濃度被混合到活性污泥中）。通常假定沉淀池里不發(fā)生反應，即C2.2 =C3。借助圖4.2中a點BOD的質量平衡可以得出：Q1·C1 + Q4·C4 = (Q1 + Q4)·C2.1假定只在曝氣池內進行去除，C4=C3=C2.2，代入上式：C2.1 = (Q1·C1Q4·C3)/(Q1Q4)用所給

15、值代入：C2.1 =(2,500·0.42,000·0.015)/(2,5002,000)=0.229kgBOD/m3用所給值替換代入式4.6得出：XB,2.2 = 4.5(0.2290.015)×0.9 = 4.69kg SS/m3例4.3說明變量范圍從曝氣進水的流入到出水的排出，在此情況下污泥濃度僅增加了45%，考慮到進入量測試數(shù)值不穩(wěn)定，對變量常常忽略不計，而整個曝氣池的污泥濃度就假定為是恒定值。注意：當計算污泥產(chǎn)率時必須計算此變化（詳見4.2章）。4.2 活性污泥工藝的概念及定義有關活性污泥裝置的原理及定義有好幾種，其中有些概念和定義并不適用，不合乎邏輯，

16、但有必要了解一下這些定義適用于何處，簡要介紹如下：處理率我們通常用“處理率”來描述包括活性污泥池及沉淀池在內的處理工藝整體效率。因此處理效率定義為： （4.7）處理率也可以用來描述整個處理裝置內某單獨一個處理過程或一個池子內所發(fā)生的變化。此外，“處理率”還能以無量綱形式用于不同活性污泥工藝的數(shù)學描述中?；亓鞅仁腔亓魑勰嗔颗c原污水量的比值（見圖4.2）。R=Q4/Q1 （4.8）典型值已在見表4.3中給出?；钚晕勰嘌b置的容積負荷定義如下BV = Q1C1/V2 （4.9）容積負荷可以用不同的單位給出，通常用kg/BOD/(m3d)表示，“容積負荷”常用于活性污泥裝置的初步設計。污泥濃度（生物體濃

17、度）X：曝氣池污水中或循環(huán)污泥水流中的污泥濃度常常用懸浮固體XSS，或揮發(fā)性固體XVSS或化學需氧量XCOD幾種單位來表示。活性污泥工藝的計算可根據(jù)任何所需單位進行計算。 例如：若單位采用SS，那麼所有的計算都要按照SS的單位來進行，即生長常數(shù)、污泥量、產(chǎn)泥量、去除速率等等都。需要注意的是只有部分污泥濃度的測得如以COD計是表示活性生物量（活性菌）即：XCOD > XB,H XB,A式中XB,H是異養(yǎng)菌濃度，XB,A是自養(yǎng)菌（硝化菌）濃度。城市污水/普通活性污泥設施的各種參數(shù)表4.3符 號單 位值BOD、COD、SS處理率E%85-95回流比R%50-100污泥指數(shù)SVIml/g50-1

18、5020°C時氧呼吸率（活性污泥）rX,02gO2/(kgVSSh)5-40污泥百分比-%50-80污水、活性污泥的最低溫度T°C6-10污水、活性污泥的最高溫度T°C18-22* 熔雪期的最低溫度為12°C污泥量（MX）：在活性污泥裝置中，污泥量MX由設施中所有污泥構成，包括那些在活性污泥池中得不到普遍曝氣的污泥。有時大量污泥可能在二沉池中積存，污泥量的表達式為：MX = SVX （4.10）水解作用在所有污泥中進行，與污泥位置無關，但各自的速率取決于池中各自不同的條件。污泥負荷：污泥負荷表示每日施加于污泥的有機物總量。BX = Q1C1/(V2X2）

19、 （4.11）污泥濃度的單位常以kgSS/m3表示，而有機物濃度C1以kgBOD/m3表示，所以合起來的單位就是kgBOD/(kgSSd)。污泥負荷經(jīng)常作為設計參數(shù)。當用SS作單位時，就要注意污水的條件（如大量的無機懸浮固體）或處理設施的操作狀況（如沉淀劑的投放），它可以改變活性污泥中VSS與SS之間比率，對于設計而言，更可靠的污泥負荷單位是kgBOD/(kgVSSd)。產(chǎn)泥量（FSP）：表示每時間單位內離開處理系統(tǒng)的污泥量。圖4.4表明FSP = Q3X3+Q5X5 （4.12）圖4.4 有污泥回流及排放剩余污泥（Q5X5）的活性污泥裝置進水（Q1X1）所帶污泥包括在產(chǎn)泥量中，因此不能從公式

20、（4.12）中推導出來。產(chǎn)泥量能夠用許多種方法測得，因此就可以有多種不同的表示方法，如kgSS/d，kgVSS/d，kgCOD/d。表4.4所示以不同方法測得污泥及產(chǎn)泥量的各種成份。污泥與產(chǎn)泥量以及污泥成份的測量方法表4.4 產(chǎn)泥量成份® 產(chǎn)泥量單位¯ 原污水中無機懸浮固體原污水中有機懸浮固體曝氣池生物生長量化學沉淀劑kgSS/dkgVSS/dkgCOD/d（）根據(jù)應用目的，需對產(chǎn)泥量采用不同的單位。對于污泥脫水的單位可采用kgSS/d對于厭氧污泥和好氧污泥穩(wěn)定采用kgVSS/d或kgCOD(B)/d。產(chǎn)泥量的體積即取決于處理裝置的進水，同樣也取決于處理裝置所采用的工藝。產(chǎn)

21、泥量也可以用現(xiàn)有處理裝置測得，并用式（4.12）計算出來。產(chǎn)泥量還可以在作設計時用式（4.13）估算出來：FSP = Yobs(C1-C3）Q1 （4.13）為了能用式（4.13）來計算污泥量，必須要先估算生長常數(shù)（Yobs），該常數(shù)依活性污泥裝置的負荷等的不同而變，見圖3.5?！纠?.4】計算一個處理城市污水的活性污泥裝置污泥負荷及產(chǎn)泥量。已知：Q1 = 11,000m3/dC1 = 0.4kg BOD/m3C3 = 0.04kg BOD/m3設曝氣池的活性污泥濃度為5.2kg SS/m3，則曝氣池的體積V2為5.600m3。代入式（4.11），則污泥負荷為：BX = Q1·C1/

22、(V2·X2）將已知數(shù)代入到公式中：BX = 11,000·0.4/5,600·5.2 = 0.15kg BOD/(kg SS·d)由式（4.13）計算產(chǎn)泥量：FSP = Yobs(C1C3）·Q1 （4.13）以圖3.5為例Yobs估計SS/kg BOD。代入已知數(shù)：FSP = 0.8(0.40.04）·11，000 = 3.170kg SS/d（注意：在分母中，生長常數(shù)Yobs必須與濃度C（此處為BOD）單位保持一致，分子則可以采用任何一種單位（SS,VSS,COD,TN,TP等）。經(jīng)活性污泥裝置的污泥處理部分作進一步處理的產(chǎn)泥量

23、不是所有產(chǎn)泥量，尚有一部分污泥與處理過的水一起離開處理裝置，這種情況與圖4.4的產(chǎn)泥量Q3X3是一致的。剩余污泥量（FESP）：剩余污泥量其實就是產(chǎn)泥量的一部分，也就是仍帶有活性而被排出并在污泥處理設施進一步處理的那部分污泥，圖4.4用Q5X5表示剩余產(chǎn)泥量。（如有機械處理裝置的話）剩余產(chǎn)泥量會如圖4.4從回流里排出來，而后又與初沉污泥一起匯入污泥處理裝置的進水。如果需要控制泥齡，則從曝氣池直接排出剩余污泥為最好的控制方法，見圖4.5。泥齡：就是污泥（生物量）在處理裝置里的細胞平均停留時間，泥齡可以通過式（4.14）在對現(xiàn)有裝置測量的基礎上估算出來。QX = MX/FSP （4.14）對于圖4

24、.1所示裝置：MX = V2X2FSP = Q3X3X2 = X3 （理想混合狀態(tài)）qX = V2X2/Q3X3 = V2/Q3 = q （4.15）式中qX為泥齡q 為水力停留時間在圖4.1簡單處理裝置中，生物量和水的平均停留時間是相等的，對于有回流的活性污泥裝置情況并不是這樣，回流的初衷就是就是增加泥齡使之超過水力停留時間。對圖4.4這套裝置來說MX = V2·X2（沉淀池中的污泥生物量設為0不太準確）FSP = Q3X3Q5X5 = Yobs(C1C3）Q1代入式4.14則：q X = V2X2/(Yobs(C1C3)Q1) = qX2/(Yobs(C1C3) （4.16）式（

25、4.16）適用于一般情況，也適用于無回流活性污泥裝置，式中X2 =Yobs(C1C3) （式4.4）?！纠?.5】計算下圖中所示曝氣池（理想混合狀態(tài)）的水力停留時間及泥齡：已知：V2 = 15,000m3X2 = 4.0kg COD/m3Q1 = 1,500m3/hQ4 = 750m3/dQ5 = 100m3/dQ6= 1000m3/dX3 = 0.05kg COD/m3X5 = 11.0kg COD/m3Yobs = 0.4kg COD(B)/kg COD(S)水力停留時間為：q = V2/Q1 = 15,000/1,500 = 10h水力停留時間不為：q = V2/(Q1Q4） =15,0

26、00 / (1,500750) = 6.7h因為水力停留時間為通過時間（相當于一個水質點的一個循環(huán)）泥齡QX = MX/FSP （4.14）MX = V2X2（沉淀池體積開始=0，所以無污泥）FSP = Q3X3Q5X5Q6X6代入各個值后得出：QX = V2X2 / (Q3X3Q5X5Q6X6）在此除X6和Q3之外，所有的值都是已知的，當Q6水流從曝氣池排出時，X6 = X2依照此裝置的水量平衡即可得出Q3。Q1 = Q3 Q5Q6Q3 = Q1Q5Q6 = 1,500×241001000 = 34900m3/d 代入Q3 、X6及其它已知值得出：qX = 15,000×

27、4.0/(34,900×0.05100×11.01,000×4.0）qX = 8.8d注意：這個例子給出了比提供一個恰當?shù)慕鉀Q方法還多的信息，許多工程師經(jīng)常因信息不足而出問題，因而，此系統(tǒng)更像是工程估算。好氧污泥齡：好氧污泥齡對硝化工藝以及局部降解慢且環(huán)境外來物質必須被生物去除的工藝來說是至關重要的，好氧污泥齡是指好氧條件下，一個污泥粒子（如硝化細菌）在處理裝置里停留的時間。好氧污泥齡通常比污泥齡（總污泥齡）要短，此定義與泥齡類似：QX,好氧 = MX,好氧/FSP （4.17）在一個池子里，好氧條件為一半時間（缺氧條件占另一半）好氧污泥量占總污泥量的50%，即0

28、.5VX。4.3 活性污泥設施的類型活性污泥裝置的設計實際上是多種多樣的，人們可采用許多種不同的設計方案及深度。通常來講，設計方案是由經(jīng)濟條件所決定的，但不管一個處理廠采用哪一種設計方案都必須具備以下兩個要素： 曝氣池應具有一定的容積（V2）和一定的的污泥濃度（X2）， 經(jīng)沉淀池處理的廢水從頂部排出（濃度C3，X3），同時濃縮后的回流污泥經(jīng)其底部排出（濃度C4，X4）。實際上在某些設計中，上述兩個因素已被歸并為具有兩種功能的一個要素，詳見節(jié)中有關氧化溝的介紹。4.3.1 有回流活性污泥設施圖4.5向人們介紹了幾種設有單獨沉淀池的活性污泥處理裝置的具體實例，我們可以把a型曝氣池設計成一個長方形或

29、正方形的容器，也可以是氧化溝或氧化池（用塑料作襯墊或直接在土地中做成土池子。B型池呈狹長的推流式。而C型曝氣池是理想化完全混合池，這種曝氣池通常為長方形。分段進水式處理裝置（D型）通常為長方形推流式曝氣池（類似一個接觸穩(wěn)定裝置，詳細說明參見接觸穩(wěn)定裝置介紹），而選擇器系統(tǒng)（E型）包括1-3個小型理想化完全混合池，后面跟著一個大的理想化的混合池，這個大曝氣池可以是長方形的，正方形的，也可以是一個氧化溝或一個氧化池。不論采用何種設計方案，都要求其具備充分的攪動或紊動以使污泥保持懸浮狀態(tài)，從而與入流污水充分接觸。通常經(jīng)曝氣來達到此目的，但有時這種對空氣的需求（需氧量）很小，從而導致空氣的供給不能滿足

30、混合要求，或者曝氣系統(tǒng)在設計上不能保證良好的混合。圖4.5種所示的處理裝置的基本布置就是圖4.6中所示的帶有兩個單獨的池子和回流污泥排放（Q4）裝置的處理設施。不論采用何種設計方案，必須向曝氣池不斷供氧。這樣便于維持一定的氧濃度以確保較高的去除率。適用于所有處理裝置的基質去除速率rv,s如下式： （4.18）其中： mmax有機物（S）去除的最大比增長率 Ymax 位有機物（S）的最大生長常數(shù) S2 曝氣池中有機物的濃度（不在進水中） SO2,2 曝氣池中氧的濃度 XB,2 曝氣池中污泥（生物量）的濃度正如描述生物去除的其它表達方式一樣，式（4.18）已是簡化了的一種。例如，在式（4.18）使

31、用活性異養(yǎng)生物濃度（XB,H）這一概念將更加準確。這也意味著其他生長常數(shù)mmax和Ymax是必須采用的。對于一個活性污泥處理裝置而言，對溶解性有機物的質量平衡式為：輸入量+ 水解量 - 去除量 = 輸出量 Q1S1 + rV,XSV2vX,S - rV,SV2 = Q3S3 （4.19）圖4.5 設單獨沉淀池的活性污泥裝置 圖4.6 按圖4.5各裝置的基本布置圖VX,S為化學計量系數(shù)，它表示去除懸浮固體（XS）和溶解性物質（S）的相關系數(shù)。通過推流式曝氣池的活性污泥濃度（生物量）變化很小，因此在計算中我們常視其為一個常量，對于溶解性有機物就不可能出現(xiàn)這一情況，溶解性有機物的濃度變化將相當于從原

32、水與回流污泥相混合時的數(shù)值變化至與出水相當?shù)臄?shù)值。4.3.2 單池活性污泥處理設施活性污泥設施可以由一個既作曝氣池又作沉淀池使用的復合池構成。在某些處理裝置中，兩個池子結合起來，原則上將其視為具有多重功能的一個池子，圖4.7給我們展示了這些處理裝置的設計。但當對這些處理裝置進行工藝計算時，問題就出現(xiàn)了。那就是我們必須盡量將這一個池子視成兩部分，一部分為曝氣部分（V2），另一部分為沉淀部分（V2.3）來達到圖4.6所示的使其成為一個基本設計的目的，然而此時卻不存在循環(huán)流。在這種類型的處理裝置中，要對上述問題給予明確回答并確定回流污泥的濃度通常是不可能的。在一些處理裝置中，對這兩種作用進行了某種有

33、形分離從而允許容積的分離，如圖4.7中c、d型和部分e型。在一些如a、b類型的處理裝置中，并不存在這種有形分離，但可以暫時地分成曝氣池和沉淀池，例如a類型的氧化溝，沉淀池需一半的時間，我們就可以假設：圖4.7 單池活性污泥裝置。各種工藝基本上不受各裝置幾何形狀的影響。VTOT= V2.3+V2V2 = VTOT/2V2.3 = VTOT/2上述假設同樣適用于序批式反應器裝置，在這一裝置中，一部分時間并不曝氣而只作為沉淀池。在所有的工藝計算中，都需使用計算曝氣池容積（V2），如污泥負荷的計算、有機物去除的計算等。在圖4.7所示的a、b兩種類型的處理裝置中，池中的水量是隨時間的變化而變化的，這就使

34、計算復雜化了。圖4.8介紹了一個將曝氣池與沉淀池兩者結合起來的處理裝置。圖4.8 沉淀池不總分開。圖中曝氣池為結合式（BIOLAK-Wax處理裝置）。這是一套帶硝化-反硝化低負荷活性污泥裝置。通過懸浮擴散器的擴散管曝氣。【例4.6】如圖4.7a所示的一個氧化溝，在經(jīng)沉淀的污水正好排放后，其總容積為1,200m3。該裝置的運行周期為：曝氣2.5小時沉淀0.5小時沉淀污水排放1.0小時污水流量為1,200m3/d =50m3/d，污水中有機物濃度為0.3kgBOD/m3。曝氣狀態(tài)下污泥濃度為5.8kg SS/m3。則“曝氣池”的設計容積為：水的流量由1,200m3變化到1,2002.5h×

35、;50m3/h = 1,325m3平均值為V(1200 + 1325) / 2 = 1263 m3這里水的流量要多于我們的估計量，因為，在沉淀污水排放之前的半小時內，水的流量還會增加，但這與曝氣池的容積無關。每4小時曝氣池發(fā)生作用的時間為2.5小時，則一天中曝氣作用所占比率為(2.5/4)×100% =63%。因此，曝氣池的設計容積（V2）為：V2 = 1,263m3×0.63 = 796m3污泥負荷為： （4.11）用所給值代入為：4.3.3 接觸穩(wěn)定裝置接觸穩(wěn)定裝置的原理就是在保持相同污泥量的情況下節(jié)省曝氣池容量。為此一個曝氣池設在回流污泥管線上，如圖4.9所示。圖4.

36、9中，a、b、c三個裝置基本上是相同的，d則是一種兼具接觸穩(wěn)定裝置與“普通”活性污泥裝置兩者特性之間的混合體。這一設計的優(yōu)點在于污泥穩(wěn)定程度與池容較大的普通處理裝置的污泥量相同。曝氣池主流污水停留時間為0.5-1小時。當硝化反應效率顯著下降時，對有機物的處理也相應降低（參見第6章）。圖4.10為接觸穩(wěn)定法示意圖。處理裝置中污泥量為：MX = V2X2V6X6由于兩個池子要放到一起考慮，對接觸穩(wěn)定法來說質量平衡變得更加復雜了。從水解到質量平衡參見下例：khXS,2V2khXS,6V6有關接觸穩(wěn)定法的詳細計算只能通過計算機數(shù)學模型來實現(xiàn)。4.3.4 生物吸附法處理設施這種裝置是一種很高負荷的活性污

37、泥處理裝置，這種設備曝氣池中污水的水力停留時間為0.2-0.5小時，在這樣一個高負荷的處理設備中，大部分的懸浮有機物被去除，而對于溶解性的有機物只進行了少量處理。生物吸附法處理裝置中的污泥的活性很高，其活性要比后面低負荷的活性污泥處理裝置中/3/的污泥大得多。污水的微粒很快被活性污泥絮體所吸附（1-2分鐘），以致這種吸附的模型描述通常并不需要，這一過程的效率是由隨后沉降過程控制的。生物吸附法處理裝置的設計使其比一般的活性污泥法沉淀設備有較大量的懸浮固體被排放到出水中。原因是生物吸附法所作的只是對污水進行預處理，這種裝置通常后面還接著一個活性污泥法處理裝置。在第二階段也常使用一種帶生物濾池的處理

38、裝置。圖4.11展示了生物吸附法處理裝置的實例。正如圖4.11a中所示的那樣，在一個生物吸附法處理裝置中，污泥的產(chǎn)量要比在一個類似的單獨活性污泥法處理裝置中多。生物吸附使那些本來用于生成剩余污泥的氧化作用所消耗的能量節(jié)省下來，有生物吸附作用所產(chǎn)生的大量污泥可以用來增加沼氣的產(chǎn)量。我們甚至還可以預測，有生物吸附法作用所產(chǎn)生的污泥可被用到水解過程中，而水解過程可以提供隨后生物脫氮除磷所需的易生物降解有機物。圖4.9接觸穩(wěn)定式活性污泥法圖4.10接觸穩(wěn)定法示意圖 圖4.11 帶活性污泥池或濃縮過濾池的生物吸附裝置4.3.5 活性污泥工藝設計活性污泥法工藝的設計可以是很詳細的也可以很簡單，其選取的標準

39、也應視設計的目的而定。其唯一的目的是粗略地估算一下該設施所需的費用呢？還是使這一設計為某一具體計劃服務呢？關于活性污泥法處理裝置，我們接下來討論三種設計標準（方法）1. 水力負荷2. 污泥負荷3. 計算機輔助工藝設計要想進一步了解設計的詳情，請參見例/4/，/5/，/6/。4.3.6 采用容積負荷進行設計這種設計方案是以BOD-容積負荷為依據(jù)BV,BOD = Q1C1/V2容積負荷法設計是一種以往第一次被采用的設計方法，如果處理裝置所獲得的是均勻成分的污水，并且在運行過程中各裝置曝氣池中污泥的濃度相同，那么通過這一簡單的運行過程，就可以獲得合理的結果。然而，實際上各裝置中的條件要達到如此統(tǒng)一是

40、很少見的。表4.5介紹了有關在10°C下采用活性污泥法處理普通城市污水的一些設計，在較低溫度下，處理裝置的運行效率也較低。由下述公式，可以得出必要的曝氣池容積，V2：V2 = Q1C1/BV,BOD （4.20）容積負荷屬于次要設計參數(shù)，因此在使用時應多加小心，該參數(shù)不適用于更復雜的過程。歐洲國家對生活污水處理時采用普通活性污泥法處理的各種參數(shù)值（濃度C1 = 0.2-0.4kgBOD/m3和0.4-0.8kgCOD/m3，溫度=10°C）表4.5參 數(shù)符 號單 位污泥負荷kgBOD/(kg SSd)0.05-0.010.20-0.300.05-0.60污泥濃度XSSkgS

41、S/m34.0-7.01）3.0-5.01）3.0-5.01）污泥濃度XVSSkgVSS/m32.5-4.51）2.0-3.51）2.0-3.51）污泥濃度XCODkgCOD/m33.5-6.51）3.0-5.01）3.0-5.01）污泥中SS/VSS-%65-7070-7570-75容積負荷BV,BODkgBOD/(m3·d)0.2-0.61）0.6-1.51）1.5-3.01）污泥負荷BV,BODkgBOD/(kgVSS·d)0.08-0.150.3-0.450.7-0.85生長常數(shù)YBODkgSS/kgBOD0.6-0.90.9-1.10.9-1.2生長常數(shù)YCODk

42、gCOD/kgCOD0.3-0.50.4-0.60.4-0.6處理效率EBOD%90-9585-9080-90處理效率ECOD%75-8570-8065-80泥齡qXd15-203-61-31） 北美習慣，相當于所述值的約50 %【例4.7】根據(jù)容積負荷，設計一個活性污泥法處理裝置來對表4.6所示污水進行處理，使其出水濃度為0.020kg BOD/m3。一個城鎮(zhèn)在干燥、潮濕氣候條件下排放污水數(shù)據(jù)表表4.6參 數(shù)單 位干燥氣候條件下潮濕氣候條件下Q1m3/d5,0009,000m3/h(max.）420750C1kgBOD/m30.2400.160kgCOD/m30.5100.360kgTN/m

43、30.0400.028kgTP/m30.0120.007Q1C1kgBOD/d1,2001,440kgCOD/d2,5503,240kgTN/d200252kgTP/d6063干燥和潮濕條件下的BOD處理率分別為：EBOD = (240-20)/240 = 0.92 干燥環(huán)境EBOD = (160-20)/160 = 0.88 潮濕環(huán)境從表4.5我們可知干燥條件下容積負荷BV,BOD定為0.2-0.6kgBOD/(m3d)，以實現(xiàn)對BOD的處理為90-95%，在潮濕條件下，水力負荷可為0.6-1.5。換句話說，這種情況下的設計必須是在干燥的條件下進行，由此我們可以估算出BV,BOD = 0.4

44、kgBOD/(m3d)。由式（4.20）可以得出V2 = Q1C1/BV,BOD = (1,200kgBOD/d)/0.4kgBOD/(m3d) = 3,000m3從表4.6給定的數(shù)據(jù)，我們可以計算出以污水所代表的人口當量：PEWATER = Q1/0.2 = (5,000m3/d)/(0.2m3/(PEd) ) = 25,000PEPEBOD = Q1C1/0.06 = (1,200kgBOD/d)/(0.06kgBOD/(PEd) = 20,000PE上述得出的兩個人口當量通常相互間有些偏差，這種偏差是由工業(yè)影響，滲入和滲出作用等造成的。 4.3.7 污泥負荷或泥齡法設計一種更先進的設計方

45、案就是使用污泥負荷或泥齡法。污泥負荷法可用于一般的生物去除過程，而泥齡法須用于與硝化作用相關的過程以及利用生長緩慢的細菌來處理污水中的特殊污染物（如酚、氰化物）的過程。當用BOD-污泥負荷法進行設計時，BX,BOD = Q1CBOD,1/(X2V2)由該表達式，我們可以得出曝氣池的容積V2：V2 = Q1CBOD,1/(X2BX,BOD) （4.21）作為污泥負荷函數(shù)的典型處理程度，可參見表4.5。多年以來，污泥負荷法已成為一些生物處理裝置所樂于接受的設計參數(shù)，但隨著我們對生物除磷，同時沉淀以及硝化-反硝化工藝的采用，在很多種情況下，采用污泥負荷法作為設計基礎是危險而困難的，甚至不能使用。如果

46、泥齡法作為設計基礎，好氧泥齡將很大程度上成為設計基礎。由公式（4.14）的轉化，可得出：qX = MX/FSP = V2X2/FSPV2 = qX FSP/X2 （4.22）（假設MX = V2X2。如果好氧泥齡法作為設計基礎的話，這通常是一個很不錯的假設。）【例4.8】利用污泥負荷法設計一個活性污泥處理裝置來對表4.6中的污水進行處理，以使其出水濃度為0.020kgBOD/m3。干燥環(huán)境下活性污泥處理裝置中的污泥濃度為4.5kgSS/m3，潮濕環(huán)境下其濃度為4.0kgSS/m3。由例4.7可知：干燥環(huán)境 EBOD = 0.92潮濕環(huán)境 EBOD = 0.88由表達式：（4.21）可知V2,干

47、燥環(huán)境 = (1,200kgBOD/d) / (4.5kgSS/m3)BX,BOD表4.5告訴我們當污泥負荷量為0.05-0.1kgBOD/(kgSSd)時，其對BOD的處理效率為90%-95%。由于處理效率必須達到92%，則干燥環(huán)境下我們大體估算一下必要的BX,BOD為0.07，潮濕環(huán)境下，我們可假設BX,BOD為0.2，則V2,干燥環(huán)境 = 1,200/(4.5×0.07） = 3,810 m3V2,潮濕環(huán)境 = 1,440/(4.0×0.20） = 1,800m3當我們以干燥環(huán)境下的負荷作為設計基礎時，曝氣池的容積定3,800m3，這里的曝氣池的容積大于例4.7中所得

48、的3,000m3。原因是由于此時曝氣池中的污泥濃度要低些。由于以容積負荷為基礎的設計忽略了這一情況，因此，必要容量就被低估了。（這種結果造成的最壞影響是處理裝置沒有達到出水要求以及其設計人員要對其負責。）4.3.8 處理裝置的計算機輔助設計在對活性污泥處理裝置進行設計時，可以采用計算機復雜多變的程序來進行。計算機程序可以幫助我們計算出日變化對處理結果所帶來的影響，其中一些程序是根據(jù)表4.7所提供了工藝矩陣所設計的。對于一些簡單的、常用的活性污泥法處理設備來講，這樣的程序也許是不必要的，然而，對于那些較復雜處理裝置建造設計，這些程序是十分重要的。在使用計算機模型時，我們遇到的一個基本問題就是如何

49、表現(xiàn)污水的特征，以及如何確定化學及動力學常數(shù)。如果我們并未對排放的污水進行過詳細的分析，那么我們可以根據(jù)表1.7-1.10對這些數(shù)值進行一下大體的估算。對于一般城市污水來講，在計算前先進行一下估算常已足夠。對于工業(yè)污水和非典型城市污水來講，應事先進行詳細的分析。有關用來描述污水的各種參數(shù)被輸入到了計算機的程序中。我們可以根據(jù)表4.8中所給出的例子來對城市污水進行一下估算，對其它污水要進行測試，不要忽略了各種參數(shù)之間的關系。例如，在計算中，我們必須用較高的mmax值來對3-4莫諾特項進行補償，它們在模型中與生長率直接相關。對于普通的活性污泥處理裝置，特別是在有氧環(huán)境下，利用圖表模型可以計算出耗氧

50、量的變化。如圖4.12所示，這些變化，我們只能通過圖表模型來計算。在設計處理裝置進行設計以及在裝置運行進行分析時，這些計算將成為十分重要的工具。但實際上，許多常數(shù)很少會發(fā)生顯著的變化，例如水解常數(shù)，kh；生長率，mmax,A；異養(yǎng)衰減常數(shù)，bH；有機物的飽和常數(shù)，KS；反硝化生物量的所占比重，hg。當今用于活性污泥處理裝置計算機圖表模型的典型工藝矩陣/2/()表4.7成份 ®i12345678910111213處理率，Pj ML-3T-1j工藝 ¯SlSsXlXsXB,HXB,AXPSOSNOSNHSNDXNDSALK1異養(yǎng)生物的好氧生長-1-iXB2異養(yǎng)生物缺氧生長-1-

51、iXB3自養(yǎng)菌的好氧生長4異養(yǎng)生物的衰減1-fP-1fP5自養(yǎng)菌的生長1-fPfP6溶解性有機氮的氨化1-17截留有機物的水解1-18截留有機氮的水解1-1觀測轉換率ML-3T-1化學計算參數(shù)：異養(yǎng)生長系數(shù)：YH自養(yǎng)生長系數(shù)：YA生物量生成粒子的分餾作用：fP生物量中氮含量及COD：Ixb生物量產(chǎn)品中氮含量及COD：iXP可溶性惰性有機物M(COD)L3易生物降解物質 M(COD)L3顆粒惰性有機物M(COD)L3慢生物降解物質M(COD)L3活潑的異養(yǎng)生物M(COD)L3活潑的自氧生物M(COD)L3由生物衰減所產(chǎn)生的顆粒M(COD)L3氧氣（COD)M（COD)L3硝酸鹽及亞硝酸鹽氮M(N)L3NH +4 NH3氮M(N)L3可溶性生物降解有機氮M(N)L3顆?？扇苄越到馍镉袡C氮M(N)L3堿度摩爾單位動力學參數(shù)：異養(yǎng)生物的生長與衰減：自養(yǎng)生物的生長與衰減：異養(yǎng)生物缺氧生長的修正系數(shù)：hg氨化作用ka水解作用：kh,KX缺氧水解作用的修正系數(shù)：hh用于活性污泥法的計算機模型的標準常數(shù)集合表4.8參 數(shù)單 位UCTASP/10/P111/7/EFOR/8/No.1/2/化學計量常數(shù)YAgCOD/gN0.150.240.240.24YHgCOD/gCOD0.670.570.670.67fl