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-bVx
Δx—— 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
sCK Cqq m ax
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。
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-bVx
Δx—— 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
sCK Cqq m ax
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。
