第二章 活性污泥法
第一节 基本概念
第二节 气体传递和曝气池
第三节 活性污泥法的发展和演变
第四节 活性污泥法的设计计算
第五节 二次沉淀池
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
第一节 基 本 概 念
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
体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力
的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
一组活性污泥图片
活性污泥的性质
颜色 黄褐色
状态 似矾花絮绒颗粒
味道 土腥味
相对密度 曝气池混合液,1.002～ 1.003 回流污泥,1.004～ 1.006
粒经 0.02～ 0.2mm
20～ 100cm2/mL 比表面积
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
按栖息着的微生物分,
活性污泥的组成
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、放线菌、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、等
枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良
好。
干固体和水分
含水 98％ ~99％
干固体 1％ ~2% MLSS
MLVSS
NVSS
有办法知道确切的生物量吗？
有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的 DNA量、有机氮量、
三磷酸腺苷（ ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥
的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变
化。
按 McKinney的分析,
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
式中,Ma—— 具备活性细胞成分；
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。
按有机性和无机性成分,
处理生活污水的活性污泥
MLVSS,70%
NVSS,30%
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灼烧残量，表示无机物含量。
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,一般范围为 55％ ~75％
NVSS,一般范围为 25％ ~45％
污泥沉降比,SV
活性污泥的沉降浓缩性能
取混合液至 1000mL或 100mL量筒，静止沉淀 30min后，度
量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（ %）表示污
泥沉降比。
污泥体积指数,SVI
SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形
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。
1L混合液沉淀 30min的活性污泥体积（ mL） SV(mL/L) SVI= =
1升混合液中悬浮固体干重（ g） MLSS(g/L)
活
性
污
泥
法
的
基
本
流
程
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,
吸附阶段 稳定阶段
由于活性污泥具有巨大
的表面积，而表面上含有多
糖类的黏性物质，导致污水
中的有机物转移到活性污泥
上去。
主要是转移到活性污泥
上的有机物为微生物所利用。
活性污泥降解污水中有机物的过程
污水与污泥混合曝气后 BOD的变化曲线
对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论,
废
水
中
的
有
机
物
残留在废
水中的有
机物
从废水中
去除的有
机物
微生物不能利用的有机物
微生物能利用的有机物
微生物能利用而尚未
利用的有机物
微生物不能利用的有
机物
微生物已利用的有机
物（氧化和合成）
（吸附量）
增殖的微生物体
氧化产物
曲线①反映污水中有
机物的去除规律；
曲线②反映活性污泥
利用有机物的规律；
曲线③反映了活性污
泥吸附有机物的规律。
这三条曲线反映出，在曝气过程中,
污水中有机物的去除在较短时间 ( 图中是 5h左右 )内就基本
完成了 (见曲线① )；
污水中的有机物先是转移到 (吸附 )污泥上 (见曲线③ ),然后逐
渐为微生物所利用 (见曲线② )；
吸附作用在相当短的时间 (图中是 45min左右 )内就基本完成
了 (见曲线③ )；
微生物利用有机物的过程比较缓慢 (见曲线② )。
第二节 气体传递和曝气池
活性污泥法的三个要素 构成
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就
是活性污泥；
二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微
生物的食料；
三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物
既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。
气 体 传 递 原 理
双膜理论的基点是认
为在气液界面存在着二层
膜（即气膜和液膜）这一
物理现象。
这两层薄膜使气体分
子从一相进入另一相时受
到了阻力。当气体分子从
气相向液相传递时，若气
体的溶解度低，则阻力主
要来自液膜。
在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示,
式中,dm/dt—— 气体传递速率；
Kg —— 气体扩散系数；
A —— 气体扩散通过的面积；
ρ s0 —— 气体在溶液中的饱和浓度；
ρ 0 —— 气体在溶液中的浓度。
而 dm=Vdρ 0，则上式可改写成,
)(dd osog ?? ?? AKtm
)(dd osogo ??? ?? VAKt
通常 KgA/V项用 KLa来代替，由此上式变为,
将上式进行积分，可求得总的传质系数,
1S0
2S0
12
La lg
13.2
??
??
?
??
?? ttK
KLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，
要采用修正系数 α,同样清水的 ρ s0值要用于污水要乘以系数
β,因而上式变为,
式中,
)(dd osoLao ??? ?? Kt
)(dd osoLao ????? ?? Kt
)(
)(
)(
)(
so
so
La
La
清水
污水
清水
污水
?
?
?
?
?
?
K
K
溶解在水中的憎水性有机物影响 KLa值；
水中溶解的无机物影响 ρ s0值；
溶解的有机物影响 KLa值；
温度也影响 KLa和 ρ s0值。
影响 KLa值的因素
从常用污水处理流程看曝气系统 进厂污水
粗格栅 污水泵房 细格栅 沉砂池 A
2
/O 反应池 U V 消毒
剩余污泥 鼓风机房 排放
污泥脱水车间
泥饼外运
曝气的作用与曝气方式
1.好氧微生物的需氧代谢
2.兼性微生物酶的好氧合成
3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）
曝气方式,
1.鼓风曝气系统
2.机械曝气装臵：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
3.鼓风 +机械曝气系统
4.其他：富氧曝气、纯氧曝气
曝 气 设 备
鼓风曝气 机械曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配管系统
扩 散 器
竖式曝气机
表面曝气机
卧式曝气机
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
过滤器 进风消音器 鼓风机 空气总管 调节阀 曝气扩散装置
进口导叶片调节 出口导叶片调节
压力 DO
鼓风机控制系统
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配
管系统
扩 散 器
空气净化器的目的是改善整个曝气
系统的运行状态和防止扩散器阻塞。
鼓
风
曝
气
系
统
的
组
成
过
滤
器
与
进
口
消
音
器
过滤器压力损失监测
鼓风机旁通与旁通消音器
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配
管系统
扩 散 器
鼓风机
供应压
缩空气
风量要满足生化反应所需的氧量和能
保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。
风压要满足克服管道系统和扩散器
的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。
罗茨鼓风机：适用于中小型
污水厂，噪声大，必须采取
消音、隔音措施
离心式鼓风机：噪声小，效
率高，适用于大中型污水厂
常用鼓风机形式
1,容积式风机, 罗茨鼓风机、回转风机
2,单级高速离心鼓风机
丹麦 HV-Turbo风机
英国 Howden风机
常用鼓风机形式
常用鼓风机形式
美国 Power Mizer多级风机
常用鼓风机形式
常用鼓风机形式
单级高速鼓风机进出口导叶片
三
叶
式
罗
茨
鼓
风
机
外
型
离心鼓风机外型
多极离心风机
离心鼓风机房
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
扩 散 器
空气输配
管系统
负责将空气输送到空气扩散器。要求
沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,
空气干管和支管流速符合设计要求，配备
必要的手动阀和电动调节阀门。
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
扩 散 器
扩散器的作用是将空气分散成空气泡,
增大空气和混合液之间的接触界面，把空
气中的氧溶解于水中。
空气输配
管系统
小气泡扩散器
中气泡扩散器
大气泡扩散器
微气泡扩散器
扩散器的类型
微孔曝气设备
微孔曝气盘
微孔曝气管
微孔曝气管
微孔曝气设备测试
微孔曝气设备安装
微孔曝气设备的清水检验
微孔曝气设备的运行状况
表
面
曝
气
机
沉
水
曝
气
机
射
流
曝
气
器
转
刷
曝
气
机
穿
孔
曝
气
管
膜
片
式
微
孔
曝
气
器
微
孔
曝
气
器
实
际
安
装
情
况
微
孔
曝
气
器
安
装
示
意
图
双
螺
旋
曝
气
器
伞形曝气器
ZDB型振动曝气器
KBB型可变微孔曝气器
可变微孔曝气器安装
机械曝气：表面曝气机
表面曝气机充氧原理,
(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不
断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；
(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向
空中，剧烈搅动而卷进空气；
(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入
空气。
机械曝气：表面曝气机
曝气的效率取决于,
曝气机的性能
曝气池的池形
倒伞形 平板形 泵 形
这类曝气机的转动轴与水
面平行,主要用于氧化沟 。
竖式曝气机 卧式曝气刷
泵 形 倒伞形 平板形
倒伞形机械曝气器
曝气转刷
测试中的曝气转碟
曝 气 设 备 性 能 指 标
比较各种曝气设备性能的主要指标
氧转移率,单位为 mg（ O2） /（ L·h）。
充氧能力 （或动力效率）：即每消耗 1kW·h动力能
传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为 kg（ O2） /
（ kW·h） 。
氧利用率,通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧
量占总供氧的比例，单位为％。
曝 气 设 备 性 能
满足混合要求的曝气量
满铺的小气泡扩散器,2.2m3/（ m2· h）
旋流的大中气泡扩散器,1.2m3/（ m2· h）
机械曝气,13W/m3
曝气池的三种池型
推流式
曝气池
完全混合
式曝气池
两种池型
结合式
推流式曝气池
推流式曝气池的长宽比一般为 5～ 10；
进水方式不限；出水用溢流堰。
1.平面布臵
推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为 1～ 2。
2.横断面布臵
根
据
横
断
面
上
的
水
流
情
况
，
可
分
为
推流式曝气池
推流式曝气池
完全混合曝气池
池 形
根据和沉淀池的关系
圆 形
方 形
矩 形
分建式
合建式
曝
气
池
的
三
种
池
型
机械曝气完全混合曝气池
鼓风曝气完全混合曝气池
局部完全混合推流式曝气池
曝 气 设 备 性 能 测 试
测 试 途 径
清水中的测试
在运行条件下的测试
麦金尼 （ Ross,E,Mckinney）方法
机械曝气性能检测
清水中的测试
最通用的方法是用还原剂亚硫酸钠消氧。为
了加快消氧过程，可用氯化钴作为催化剂。然
后测出复氧过程，计算总传质系数 KLa和氧的传
递速率。
原理
步骤
一边曝气，一边加入 Na2SO3（同时利用 CoCl2作催化剂）
进行还原反应，使测试在全池均匀进行
当溶解氧浓度逐渐趋近于零时，开始测定，由于曝气，
水中溶解氧开始上升，按一定的时间间隔测定氧浓度，测得
的数据取平均值
重复测定 多次
同时测定水温、气压，水中溶解氧的饱和值、曝气
机功率
清水中的测试
结果分析
测定 KLa 求氧传递速率和动力效率
以 t,ln(ρ s0-ρ 0)为变
量，利用测得的数据在方
格纸上得到一直线，斜率
即为 KLa。也可用半对数线
求 KLa值，见教材中图 14－
15。
清水中的测试
从公式 积分可得 )(d/d
00La0 ??? ?? sKt tK ???? Las00s0 ln)l n ( ???
结果分析 —— 系数修正
测定不在标准状态 20℃ 时，可按此式修正。
7 6 0 /SOSO p?? 测测标 ＝
（ 2）气压的修正,
大气压力的影响，可按此式修正。
清水中的测试
（ 1）水温的修正,
L ( 2 0 )20)(La 024.1 KK tt ??
表面曝气机叶轮的输出功率的计算,
曝气设备的动力效率＝ OC（ kgO2/h） /叶轮输出功率（ kW）
动力效率：单位为 kg （ O2 ） /（ kW·h）
标准氧传递速率, KLa·ρ so,单位,mg （ O2 ） /（ L·h）
充氧能力,
通过鼓风曝气系统转移到混合液中的
氧量占总供氧的比例，单位为％。
氧利用率,
)/O(OC 2s0La hkgVK ??? ?
齿轮箱效率电机效率单位换算系数
功率因数）A电流）V电压（kW
??
???? （）叶轮输出功率（
在运行条件下的测试
所谓非稳定状态，是指混合液中的溶解氧是随时间变化的。
1.非稳定状态的测定
式中,ρsw0 —— 污水中的溶 解
氧饱和浓度,mg/L；
r —— 微生物的需氧速率，
mg ( O2 ) /(L·h)；
oLasoLao )(d
d ?????? ?????? KrK
t
稳定状态，是指混合液中的溶解氧不随时间而变化。
在运行条件下的测试
2.稳定状态的测定
r的 测定,
)/(
0)(
0s w 0La
0s w 0La
???
???
??
???
rK
rK
麦金尼 （ Ross,E,Mckinney）方法
对于推流式曝气池，可以用测定混合液需氧速率的方法来
推算氧的传递速率。
廊道尾段溶解氧出现上升是氧传递速率超过耗氧速率的结
果。廊道中刚出现溶解氧上升迹象的断面，即图中所示的 l2处，
可以理解为该断面上的氧传递速率恰好等于混合液中的耗氧速
率。这个数据可用来校核上面求得的 dρ 0/dt值。
第二章 活性污泥法（ 2）
第三节 活性污泥法的发展和演变
第四节 活性污泥法的设计计算
第五节 二次沉淀池
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
第三节 活性污泥法的发展和演变
? 传统活性污泥法
? 渐 减 曝 气
? 分 步 曝 气
? 完全混合法
? 浅 层 曝 气
? 深 层 曝 气
? 高负荷曝气或变形曝气
? 克 劳 斯 法
? 延 时 曝 气
? 接触稳定法
? 氧 化 沟
? 纯 氧 曝 气
? 活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
? 吸附－生物降解工艺（ AB法）
? 序批式活性污泥法（ SBR法）
活性污泥法的多种运行方式
有机物去除和
氨氮硝化
? 在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长
度方向是逐步下降的。
? 实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量
超过需要。
? 渐减曝气的 目的 就是合理地布臵扩散器，使布气
沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理
效率。
渐 减 曝 气
渐 减 曝 气
把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。
分 步 曝 气
分布曝气示意图
完 全 混 合 法
在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时
相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池
子中也能做到完全混合状态。
完全混合的概念
（ 1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，
生活环境也基本相同。
（ 2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因
为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流
中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上
来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中
有一定优点。
（ 3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。
完全混合法的特征
完 全 混 合 法
浅 层 曝 气
特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在
水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递
速率。
1953年派斯维尔（ Pasveer）的研究：氧在 10℃ 静止水中
的传递特征，如下图所示。
浅 层 曝 气
?扩散器的深度以在水面以下 0.6～ 0.8m范围为宜, 可以节省动
力费用, 动力效率可达 1.8～ 2.6kg（ O2） / kW·h。
?可以用一般的离心鼓风机 。
?浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气
的 1/4~1/6左右，约 10kPa，故电耗略有下降。
?曝气池水深一般 3～ 4m，深宽比 1.0～ 1.3，气量比 30～ 40m3/
（ m3 H2O.h）。
?浅层池适用于中小型规模的污水厂。
?由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。
深 层 曝 气
深井曝气法处理流程
深井曝气池简图
? 一般曝气池直径约 1~6m，水深约 10～ 20m。深井曝气法深
度为 50～ 150m，节省了用地面积。
? 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，
同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增
加。
? 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。
深 层 曝 气
部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高
负荷曝气法。
曝气池中的 MLSS约为 300～ 500mg/L，曝气
时间比较短，约为 2～ 3h，处理效率仅约 65％左
右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。
高负荷曝气或变形曝气
? 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流
污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了
高碳水化合物的污泥膨胀问题，这个方法称为
克劳斯法。
? 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳
水化合物代谢所需的氮。
? 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，
有改善混合液沉淀性能的功效。
克 劳 斯 法
延时曝气的特点,
? 曝气时间很长，达 24h甚至更长,MLSS较高，达
到 3000～ 6000mg/L；
? 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，可直接排放；
? 适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污
水处理系统多有使用。
延 时 曝 气
接 触 稳 定 法
混合液曝气过程中第一阶段 BOD5的下降是由于吸附
作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，
因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混
合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作
用。
?直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；
可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。
接 触 稳 定 法
? 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在
沟槽中设有表面曝气装臵。
? 曝气装臵的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，
沟中混合液流速约为 0.3～ 0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。
氧 化 沟
纯氧代替空气，
可以提高生物处理的
速度。纯氧曝气池的
构造见右图。
纯 氧 曝 气
纯氧曝气的缺点 是纯氧发生器容易出现故障，装臵复
杂，运转管理较麻烦。
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。
活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
上图为 ABF的流程，在通常的活性污泥过程之前设臵一
个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。
?塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材
质和构造不同于一般生物滤池。
?滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是
一外臵的强烈充氧器。因而 ABF可以认为是一种复合式活
性污泥法。
活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
吸附－生物降解工艺（ AB法）
? A级以高负荷或超高负荷运行,B级以低负荷运行,A级
曝气池停留时间短,30～ 60min,B级停留时间 2～ 4h。
? 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。
? 处理效果稳定，具有抗冲击负荷和 pH变化的能力。该
工艺还可以根据经济实力进行分期建设。
吸附 － 生物降解工艺（ AB法）
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出
水和闲臵五个基本过程组成，从污水流入到闲臵结束构
成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝
气或搅拌装臵的反应器内依次进行的。
(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
设臵调节池；
(3)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。
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺与连续流活性污泥
工艺相比的优点
(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。
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺的缺点
第四节 活性污泥法的设计计算
活性污泥系统工艺设计
应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝
气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处臵。
主要设计内容,
（ 1） 工艺流程选择；
（ 2） 曝气池容积和构筑物尺寸的确定；
（ 3）二沉池澄清区、污泥区的工艺设计；
（ 4） 供氧系统设计；
（ 5）污泥回流设备设计。
主要依据：水质水量资料
生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验
工业废水：试验研究设计参数
工艺流程的选择
需要调查研究和收集的基础资料,
1,污水的水量水质资料
水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和
地下水渗入量；
水质决定选用的处理流程和处理程度。
2,接纳污水的对象资料
3,气象水文资料
4,污水处理厂厂址资料
厂址地形资料；厂址地质资料。
5,剩余污泥的出路调研
流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转
的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进
行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。
曝气池的计算：纯经验方法
劳伦斯（ Lawronce）
和麦卡蒂 (McCarty)
法
有机物负
荷率法
麦金尼
(McKinney)
法
有机物负荷率的两种表示方法
活性污泥负荷率 NS
（简称污泥负荷）
曝气区容积负荷率 NV
（简称容积负荷）
根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝
气池的水力停留时间。
例如：流量 200m3/h，曝气池进水 BOD浓 150mg/L,出
水要求为 15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。
多点进水经验去除率,85%~90％
经验停留时间,3~5h
取停留时间为 4.5h，则曝气池容积,
V＝ 200× 4.5m3=900m3
经验水力停留时间,t
污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所
能承受的 BOD5量，即,
式中,Ns—— 污泥负荷率,kg BOD5/（ kgMLVSS·d） ;
qv—— 与曝气时间相当的平均进水流量,m3/d；
ρ s0—— 曝气池进水的平均 BOD5值,mg/L；
ρ s—— 曝气池中的污泥浓度,mg/L。
污泥负荷率
V
qN
X
S0v
S ?
??
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，即,
式中,Nv—— 容积负荷率,kg (BOD5)/(m3·d)。
容积负荷率
XS
S0v
V ?
? N
V
qN ??
根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即,
ρ s0和 qv是已知的,ρ x和 N可参考教材中表 14－ 5选
择。对于某些工业污水，要通过试验来确定 ρ x和 N值。
污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。
V
qN
X
S0v
S ?
??
XS
S0v
V ?
? N
V
qN ??
V
S0v
XS
S0v
N
q
N
q
V
?
?
?
??
劳伦斯和麦卡蒂法
1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程
式中,dρ s/dt—— 基质去除率，即单位时间内单位体积去除的基质
量,mg(BOD5)/(L·h)；
K—— 最大的单位微生物基质去除速率，即在单位时间内，单位微
生物量去除的基质,mg(BOD5)/(mgVSS·h)；
ρ s—— 微生物周围的基质浓度,mg(BOD5)/L；
Ks—— 饱和常数，其值等于基质去除速率的 1/2K时的基质浓度，
mg/L；
ρ x—— 微生物的浓度,mg/L。
SS
XSS
d
d
?
???
?
???
K
K
t
当 ρ >Ks时，该方程可简化为
当 ρ <Ks时，该方程可简化为
当曝气池出水要求高时，常处于 ρ<Ks状态
SS
XSS
d
d
?
???
?
???
K
K
t
劳伦斯和麦卡蒂法
2.微生物的增长和基质的去除关系式
式中,y—— 合成系数,mg(VSS)/mg(BOD5)；
Kd—— 内源代谢系数,h-1 。
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代谢
两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质,y和 Kd
值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表,
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
这里的 yobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数，
称为表观合成系数。 y为理论合成系数。
也
可
以
表
达
为
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
)dd(dd SobsX tyt ?? ?
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(1)曝气池体积的计算
qv—— 进水流量；
Qvw—— 排除的剩余活性污泥流量；
qvr—— 污泥回流量；
ρ x —— 曝气池中的微生物浓度；
ρ xe—— 出流水中带走的微生物浓度；
ρ xr—— 回流污泥中的微生物浓度；
ρ s0—— 进水基质浓缩；
ρ s—— 出流基质浓度；
V—— 曝气池体积。
微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应
系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程
上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩
余微生物量的比值。以 θ C表示，单位为 d。
XevvXv
X
C )(
ww
??
?
?
qqq
V
??
?
对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算,? ?
?
?
?
?
?
?
??????? XdSXevvXvX0vX
d
d
)(
d
d
ww
?
?
???
?
K
t
yVqqqqV
t
整理后即得
? ? ?
?
?
?
?
?
??????? XdSXevvXvX0vX
d
d
)(
d
d
ww
?
?
???
?
K
t
yVqqqqV
t
污水中的 ρ x0很小,可以忽略不计,因
而 ρ x0=0,在稳定状态下 dρ x/dt=0且
tt
SS0S
d
d ??? ??
)1(
)(
CdX
SS0vC
??
???
K
yqV
?
??
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(2)排出的剩余活性污泥量计算
根据 yobs以及上面的物料平衡式可推得,
则剩余活性污泥量 Px（以挥发性悬浮固体表示的剩余
活性污泥量）为,
Cd
o b s 1 ?K
yy
?
?
)( SS0vobsX ?? ??? qyP
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(3)确定所需的空气量
有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成
微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为,
空气中氧的含量为 23.2％,氧的密度为 1.201kg/ m3 。
将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，
即为所需的空气量。
X
SS0v 42.1
68.0
)( Pq ??? ??所需的氧量
劳伦斯和麦卡蒂法
4.推流式曝气池的计算模式
由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完
全混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。
处理污水量为 21600m3/d，经沉淀后的 BOD5为 250mg/L,
希望处理后的出水 BOD5为 20mg/L。要求确定曝气池的体积、排
泥量和空气量。经研究，还确立下列条件,
（ 1）污水温度为 20℃ ；
（ 2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（ MLVSS）同混合液悬浮
固体（ MLSS）之比为 0.8；
（ 3）回流污泥 SS浓度为 10000mg/L；
（ 4）曝气池中 MLSS为 3500 mg/L；
（ 5）设计的 θ c为 10d；
（ 6）出水中含有 22mg/L生物固体，其中 65％是可生化的；
（ 7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素；
（ 8）污水流量的总变化系数为 2.5。
例
解
确定出水中悬浮固体的 BOD5,
(a)悬浮固体中可生化的部分为 0.65× 22 mg/L =14.2mg/L
(b)可生化悬浮固体的最终 BODL ＝ 0.65× 22× 1.4 mg/L ＝ 20.3mg/L
(c)可生化悬浮固体的 BODL为 BOD5＝ 0.68× 20.3 mg/L＝ 13.8mg/L
(d)确定经曝气池处理后的出水溶解性 BOD5, 即 ρ s
20 mg/L＝ ρ s＋ 13.8 mg/L ρ s＝ 6.2 mg/L
计算处理效率 E,
若沉淀池能去除全部悬浮固体，则处理效率可达
25 0 20 92%250E ???
2 5 0 6,2 9 7,5 %250E ???
1.估计出水中溶解性 BOD5的浓度
出水中总的 BOD5＝出水中溶解性的 BOD5＋出水中悬浮固体的 BOD5
已知
则,
解 2.计算曝气池的体积
)(06d.0
3 5 0 0 m g /L
2 m g /L.6
)(m g /m g5.0
/dm2 1 6 0 0
d10
1
d
X
Se
3
v
C
查表选定
查表选定
?
?
?
?
?
?
?
K
y
q
?
?
?
? ?
?
33
CdX
SS0vC m4 7 0 2m
)1006.013 5 0 0
2.62 5 05.02 1 6 0 010
)1(
)( ?
??
????
?
??
??
???
K
yqV
解 3.计算每天排除的剩余活性污泥量
计算 yobs
计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量
计算排除的以 SS计的污泥量
3125.01006.01 5.01
Cd
obs ?????? ?K
yy
k g / d7.1 64 5
k g / d10)2.62 50(2 16 003 12 5.0)( 3SS0vo b sX
?
??????? ???qyP
k g / d1.20 57k g / d457.16 45X ( S S ) ???P
解 4.计算回流污泥比 r
曝气池中 VSS浓度＝ 3500mg/L
回流污泥 VSS浓度＝ 8000mg/L
78.0
8 0 0 0)(3 5 0 0
v
v
vvv
r
rr
??
??
q
q
r
qqq
解
5.计算曝气池的水力停留时间
h2.5d2 1 7.0d2 1 6 0 04 7 0 2v ???? qVt h2.5d217.0d2 1 6 0 0
4 7 0 2
v
???? qVt
解 6.计算曝气池所需的空气量
(1)生化反应中含碳有机物全部生化所需的氧量,
所需氧量＝ (7744-1.42× 1645.7) kg/d ＝ 5407.1 kg/d
首先计算曝气池所需的氧量
(2)生化反应所需氧量,
解 6.计算曝气池所需的空气量
(1)若空气密度为 1.201kg/m3,空气中含有的氧量为
23.2％，则所需的理论空气量为,
(2)实际所需的空气量为,
其次根据所需的氧量计算相应的空气量
(3)设计所需的空气量为,
麦金尼 (McKinney)法
1.麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下
污
染
物
悬浮固体污染物
（包括胶体）
溶解性污染物
无机悬浮固
体污染物
有机悬浮固
体污染物
无机溶解
性污染物
有机溶解
性污染物
不可生物降解有机
悬浮固体污染物
可生物降解的有机
悬浮固体污染物
可生物降解
的有机物
不可生物降
解有机物
污染物的吸附转化情况
废
水
中
的
污
染
物
无机悬浮固体污染物
不可生物降解有机悬浮固体污染物
可生物降解有机悬浮固体污染物
可生物降解的有机溶解性污染物
无机溶解性污染物
不可生物降解有机溶解性污染物
基本吸附于微生
物表面混入污泥
转化为新的微生物
机体和 CO2,H2O
部分转移到新的生物机体中
部分留于废水中
基本留于废水中
活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点
(1)在良好的状态下，无机和不可降解的悬浮固体经活性污
泥法处理，基本上被微生物吸附，其量不变。
(2)对于城市生活污水，其中可生物降解的有机物量约为
2/3转化为微生物细胞,1/3氧化为 CO2和水。氧化过程释放的
能量供微生物繁殖和活动之需。
(3)活性污泥法统中，既存在着有机物质的代谢和微生物的
增长繁殖，也存在着细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食
物链进行的代谢过程。
(4)由于内源代谢产物的不可生物降解性，使可生物降解有
机物的化学需氧量 CODB不等于完全生化需氧量 BODL 。
(5)各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析，
其组成可用 C5H9O2.5N或 C5H7NO2表示。
麦金尼 (McKinney)法
2.完全混合曝气池中的基质去除率方程
基质去除率方程,
(1)当有机物完全处理时，出流中的 BOD5很低,Ks ?ρ s,
则上式变为,
(2)在完全混合曝气池中的混合液是均匀的，因而
有机物在曝气池中的代谢速率是均匀的，则,
式中,Km—— 代谢速率系数,Km随水温变化。
当水温为 20℃ 时，城市污水的 Km＝ 15/h；
当水温为 10℃ 时,Km＝ 7.5/h；
当水温为 30℃ 时,Km=30/h。
上述规律适用于 5～ 35℃ 的温度范围。
tK m
S0
S 1 ??
??
Sm
SS0
?
??
K
t ??
麦金尼 (McKinney)法
3.混合液悬浮固体浓度的计算
混合液的悬
浮固体,即
活性污泥的
组成部分
活性细胞 Ma
内源代谢残留的
微生物有机体 Me
未代谢的不可生化的
有机悬浮固体 Mi
无机悬浮固体 Mii
混合液挥
发性悬浮
固体
MLVSS
混
合
液
悬
浮
固
体
MLSS
Ca
CSS0
Ca
CSS0ma
1
/)(84.0
1
t/)(
?
???
?
???
??
??
??
??
K
t
K
yM
?????? ??? aCSS0me )(2.0 MtyM ???
tMM CiOi
??
)(1.0i n f eaiiii MMMM ???
活性污泥各组成部分的计算
对完全混合曝气池进行物料平衡，得,
Mi在处理过程中不发生反应，而随 θ C累积,
式中,MiO—— t 小时内污水流入曝气池中的不可生化的有
机悬浮固体量。
麦金尼 (McKinney)法
4.出流污水的 BOD5计算
式中,Eff表示出流,M表示 MLSS。
出流污水中的可降解有机物包括两部分
出流污水 BOD5,
溶解于水中的 随水从二沉池漂出的污泥即 Ma中的
)SS(8.0)B O D( ffaS5ff EMME ?? ?
麦金尼 (McKinney)法
5.需氧速率
曝气池中氧的用途
代谢基质 内源代谢
需氧速率为二部分之和
aa
SS0 1.1)(57.0
d
d MK
tt
O ????
?
??
?
? ??
麦金尼 (McKinney)法
麦氏认为上面完全混合曝气池体积的计算式同样可以
用于推流的计算，但活性污泥中各组分的计算则要根据供
氧的情况来确定。
设城市污水厂的 BOD5为 200mg/L,SS为 200mg/L,其
中 80％为 VSS,VSS中 40％为不可降解的惰性物质。污水
经过初次沉淀后,BOD5的去除率为 30％,SS的去除率为
60％，污水最大流量为 420m3/h，要求处理后出流的 SS为
20mg/L左右,BOD5小于 10mg/L。计算曝气池的体积和需
氧量。
例
解
若出水 BOD5为 7 mg/L，一般曝气池的 MLSS为 2000
mg/L，其中 Ma35％左右，则可以计算出流中溶解性
BOD5为,
曝气池体积为,
1.计算曝气池的体积
h6h
5.22
5.1 3 8
h
1 1, 5
1, 5-1 4 0
m g / L1 4 0m g / L)3.01(2 0 0
m g / L5.1
20)
1 0 0
35
(8.07
)SS(8.0)B O D(
S0
S
S
ff
a
S5ff
???
???
?
???
??
t
E
M
M
E
?
?
?
?
33 2520mm6420 ??
解 2.计算 MLSS
泥龄 θ c一般为 t的 20倍，故采用 5d，即 120h，所以,
(1) Ma的计算
m g / L685m g / L
12002.01
6
120)5.1140(84.0
1
)(84.0
Ca
C
SS0
a ???
??
?
??
?
?
?
???
K
tM
解
2.计算 MLSS
(2)Me的计算
m g / L3 28
m g / L6 85
6
1 20
)5.11 40(84.02.0
))((84.02.0
a
C
SS0e
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
??? M
t
M
?
??
解 2.计算 MLSS
(3)Mi的计算
mg / L520mg / L
6
120
26)(ln
)( mg / L264.08.080ln
C
ii
i
?????
????
t
fMM
fM
?
解 2.计算 MLSS
(4)Mii的计算
m g / L421m g / L)328685(1.0m g / L
6
120
16
)(1.0)(ln
( m g / L )16)8.01(80ln
ea
C
iiii
ii
??????
????
???
MM
t
fMM
fM
?
解 2.计算 MLSS
(5)MLSS的计算
m g /L1 9 5 4m g /L)4 2 15 2 03 2 86 8 5(
M L S S iiiea
?????
???? MMMM
解 3.计算理论需氧速率
每天的理论需氧量为,
)/dkg (O1707)/dkg (O24252023.2824dd 22 ?????? VtO
)hm g / (L23.28
)hm g / (L6 8 502.01.1)hm g / (L
6
)5.11 4 0(57.0
1.1
6
)(57.0
d
d
aa
ss0
??
?????
??
?
?
??
? MK
t
O ??
第五节 二次沉淀池
二次沉淀池的功能要求
1.澄清（固液分离）
2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回
流污泥的体积减少）
二沉池的实际工作情况
（ 1）二沉池中普遍存在着四个区：
清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。
两个界面：泥水界面和压缩界面。
（ 2）混合液进入二沉池以后，立即
被稀释，固体浓度大大降低，形成一个
絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之
间有一泥水界面。
（ 3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，
沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中
泥花的形态、大小和沉速。
（ 4）靠近池底处形成污泥压缩区。
二沉池的实际工作情况
二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相
关，也与二沉池的表面面积有关。
二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。
对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以
较小。
基本原理
二次沉淀池的构造和计算
二次沉淀池在构造上要注意以下特点,
（ 1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于
絮凝的条件，使泥花结大。
（ 2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出
流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过 10m3/（ m· h）。
（ 3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，
活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时
间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而
使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过 2h。
二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映,
式中,A—— 澄清区表面积,m2；
qv—— 废水设计流量，用最大时流量,m3/h；
u—— 沉淀效率参数,m3/（ m2·h）或 m/h；
V—— 污泥区容积,m3；
r—— 最大污泥回流比；
t—— 污泥在二次沉淀池中的浓缩时间,h。
二次沉淀池的构造和计算
trqV
u
qA
v?
? v trqV
u
q
A
v
v
?
?
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
? 水力负荷
? 有机负荷
? 微生物浓度
? 曝气时间
? 微生物平均停留时间 （ MCRT）
? 氧传递速率
? 回流污泥浓度
? 回流污泥率
? 曝气池的构造
十,pH和碱度
十一、溶解氧浓度
十二、污泥膨胀及其控制
流向污水厂
的流量变化
一、水 力 负 荷
一天内的流量变化
随季节的流量变化
雨水造成的流量变化
泵的选择不当造成的
流量变化
?水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀
池。
?当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出
水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，
由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。
?对二次沉淀池为水力影响。
一、水 力 负 荷
二、有机负荷率 N
?污泥负荷率 N和 MLSS的 设计值采用得大一些，曝气池所需
的体积可以小一些。
?但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥
处臵的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造
成运行中的困难。
?为避免剩余污泥处臵上的困难和保持污水处理系统的稳定
可靠，可以采用低的污泥负荷率（ <0.1），把曝气池建得
很大，这就是延时曝气法。
曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确
定污泥负荷率 N和 MLSS的设计值。
三、微生物浓度
在设计中采用高的 MLSS并不能提高效益，原因如下,
其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池
污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥
中活细胞的比例减小。
其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中
难以沉淀，影响出水水质。
其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高
的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降
低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应
的污泥浓度,MLSS的提高是有限度的。
四、曝 气 时 间
在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为 3h或更长
些，这和满足曝气池需氧速率有关。
当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值
控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪
费，设备的能力不能得到充分利用。
若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷
率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提
高。
五、微生物平均停留时间 (MCRT)(又称泥龄 )
每日排放的剩余污泥量
工作着的活性污泥总量
微生物平均停留时间 ?
微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝
气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。
微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，
以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。
微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的
组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎
不可能在该活性污泥中繁殖。
六、氧 传 递 速 率
氧传递速率要考虑二个过程
要提高氧的传递速率
氧传递到水中 氧真正传递到微生物的膜表面
必须有充足的氧量
必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件
七、回流污泥浓度
回流污泥浓度是活性污泥沉
降特性和回流污泥回流速率的函
数。
按右图进行物料衡算，可推
得下列关系式,
式中,ρ sa—— 曝气池中的 MLSS,mg/L;
ρ sr—— 回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;
r —— 污泥回流比。
根据上式可知，曝气池中的 MLSS不可能高于回流污泥浓度，
两者愈接近，回流比愈大。限制 MLSS值的主要因素是回流污泥
的浓度。
SrSa
SavvSrv
1
)(
??
??
r
r
rqqrq
?
?
??
衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合
液沉淀 30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单
位是 mL/g。
（ 1）在曝气池出口处取混合液试样；
（ 2）测定 MLSS（ g/L）；
（ 3）把试样放在一个 1000mL的量筒中沉淀 30min，读出
活性污泥的体积（ mL）；
（ 4）按下式计算,
活性污泥体积指数 SVI
)g / L(M L SS
)m L / L(SV I 活性污泥体积?
SVI的测定
七、回流污泥浓度
八、污泥回流率
高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了
二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效
率，使未被沉淀的固体随出流带走。
活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最
低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。
九、曝气池的构造
推流式曝气池
完全混合
式曝气池
示踪剂的研究表明：推流式曝气池的
纵向混合很严重
氧消耗率的数据表明：氧的传递受到
限制
处理量小时，只配有一个机械曝气机，
很容易围绕曝气机形成混合区
处理量大时，曝气池也相应增大，曝
气池不是充分完全混合的
十,pH和碱度
活性污泥 pH通常为 6.5～ 8.5。
pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质
代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。
工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生 pH过低的问
题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。
生活污水中有足够的碱度使 pH保持在较好的水平。
十一、溶解氧浓度
通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度
跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行
代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。
一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在 0.5～ 2mg/L，
以保证活性污泥系统的正常运行。
过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，
导致絮状体破裂，使出水浊度升高。
特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合
使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。
十二、污泥膨胀及其控制
正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数 SVI在
50～ 150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在
SVI值升高。
混合液在 1000mL量筒中沉淀 30min后，污泥体积膨胀，上
层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。
活性污泥膨胀可分为
污泥中丝状菌大量繁殖
导致的丝状菌性膨胀
并无大量丝状菌存在
的非丝状菌性膨胀
丝
状
菌
性
膨
胀
絮花状物质，其骨干是菌胶团
正常的活性污泥
丝状菌大量出现，主要是有鞘细菌和硫细菌
不正常的情况下
当污泥中有大量丝状菌时，大量有一定强度的丝状
体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，
形成了污泥膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
污水水质是造成污泥膨胀的
最主要因素。
含溶解性碳水化合物多的污
水往往发生由浮游球衣细菌引
起的丝状膨胀。
含硫化物多的污水往往发生
由硫细菌引起的丝状膨胀。
水温低于 15℃ 时，一般不会
发生膨胀。
pH低时，容易产生膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
污泥负荷对污泥膨胀在一
定条件下有一定的影响，但两
者无必然的联系。
溶解氧浓度并不一定影响
污泥的膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
完全混合的工艺方法比
传统的推流方式较易发生污
泥膨胀。
间歇运行的曝气池最不
容易发生污泥膨胀。
不设初次沉淀池的活性
污泥法，不容易发生污泥膨
胀。
叶轮式机械曝气与鼓风
曝气相比，易于发生丝状菌
性膨胀。
射流曝气的供氧方式可
以有效地克制浮游球衣细菌
引起的污泥膨胀。
非
丝
状
菌
性
膨
胀
非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低
而污泥负荷太高时。
微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营养
物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮
起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类物
质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增
加，使污泥形成污泥膨胀。
发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍
很高，上清液也清澈。
在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝
状菌的特性，可采取的抑制措施,
(1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；
(2)调整 pH；
(3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物和
磷化合物；
(4)投加一些化学药剂；
(5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉
池，直接进入曝气池。
在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采用以
下一些方法,
(1)减少城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝气
池的污水中的悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显提高，污
泥沉降性能改善；
(2)两级生物处理法，即采用沉砂池 — 一级曝气池 — 中间沉
淀池 — 二级曝气池 — 二次沉淀池的工艺等工艺；
(3)对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在曝
气池的前面部分补充设臵足够的填料（降低了曝气池的污泥负
荷，也改变了进入后面部分曝气池的水质）；
(4)用气浮法代替二次沉淀池，可以有效地使这个处理系统
维持正常运行。
第一节 基本概念
第二节 气体传递和曝气池
第三节 活性污泥法的发展和演变
第四节 活性污泥法的设计计算
第五节 二次沉淀池
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
第一节 基 本 概 念
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
体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力
的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
一组活性污泥图片
活性污泥的性质
颜色 黄褐色
状态 似矾花絮绒颗粒
味道 土腥味
相对密度 曝气池混合液,1.002～ 1.003 回流污泥,1.004～ 1.006
粒经 0.02～ 0.2mm
20～ 100cm2/mL 比表面积
曝气池
曝气池出水堰
曝气池混合液配水进入二沉池
按栖息着的微生物分,
活性污泥的组成
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、放线菌、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、等
枝虫、盖纤虫、独缩虫、聚缩虫等出现且数量较多时，说明培养成熟且活性良
好。
干固体和水分
含水 98％ ~99％
干固体 1％ ~2% MLSS
MLVSS
NVSS
有办法知道确切的生物量吗？
有人曾企图通过直接测定污泥中细胞的 DNA量、有机氮量、
三磷酸腺苷（ ATP）量、脱氢酶的活力等指标去反映活性污泥
的活力，这种方法既复杂又不准确，而且微生物的含量不断变
化。
按 McKinney的分析,
MLSS=Ma+Me+Mi+Mii
式中,Ma—— 具备活性细胞成分；
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。
按有机性和无机性成分,
处理生活污水的活性污泥
MLVSS,70%
NVSS,30%
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灼烧残量，表示无机物含量。
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,一般范围为 55％ ~75％
NVSS,一般范围为 25％ ~45％
污泥沉降比,SV
活性污泥的沉降浓缩性能
取混合液至 1000mL或 100mL量筒，静止沉淀 30min后，度
量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（ %）表示污
泥沉降比。
污泥体积指数,SVI
SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形
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。
1L混合液沉淀 30min的活性污泥体积（ mL） SV(mL/L) SVI= =
1升混合液中悬浮固体干重（ g） MLSS(g/L)
活
性
污
泥
法
的
基
本
流
程
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,
吸附阶段 稳定阶段
由于活性污泥具有巨大
的表面积，而表面上含有多
糖类的黏性物质，导致污水
中的有机物转移到活性污泥
上去。
主要是转移到活性污泥
上的有机物为微生物所利用。
活性污泥降解污水中有机物的过程
污水与污泥混合曝气后 BOD的变化曲线
对活性污泥法曝气过程中污水中有机物的变化分析得到结论,
废
水
中
的
有
机
物
残留在废
水中的有
机物
从废水中
去除的有
机物
微生物不能利用的有机物
微生物能利用的有机物
微生物能利用而尚未
利用的有机物
微生物不能利用的有
机物
微生物已利用的有机
物（氧化和合成）
（吸附量）
增殖的微生物体
氧化产物
曲线①反映污水中有
机物的去除规律；
曲线②反映活性污泥
利用有机物的规律；
曲线③反映了活性污
泥吸附有机物的规律。
这三条曲线反映出，在曝气过程中,
污水中有机物的去除在较短时间 ( 图中是 5h左右 )内就基本
完成了 (见曲线① )；
污水中的有机物先是转移到 (吸附 )污泥上 (见曲线③ ),然后逐
渐为微生物所利用 (见曲线② )；
吸附作用在相当短的时间 (图中是 45min左右 )内就基本完成
了 (见曲线③ )；
微生物利用有机物的过程比较缓慢 (见曲线② )。
第二节 气体传递和曝气池
活性污泥法的三个要素 构成
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就
是活性污泥；
二是废水中的有机物，它是处理对象，也是微
生物的食料；
三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生物
既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。
气 体 传 递 原 理
双膜理论的基点是认
为在气液界面存在着二层
膜（即气膜和液膜）这一
物理现象。
这两层薄膜使气体分
子从一相进入另一相时受
到了阻力。当气体分子从
气相向液相传递时，若气
体的溶解度低，则阻力主
要来自液膜。
在废水生物处理系统中，氧的传递速率可用下式表示,
式中,dm/dt—— 气体传递速率；
Kg —— 气体扩散系数；
A —— 气体扩散通过的面积；
ρ s0 —— 气体在溶液中的饱和浓度；
ρ 0 —— 气体在溶液中的浓度。
而 dm=Vdρ 0，则上式可改写成,
)(dd osog ?? ?? AKtm
)(dd osogo ??? ?? VAKt
通常 KgA/V项用 KLa来代替，由此上式变为,
将上式进行积分，可求得总的传质系数,
1S0
2S0
12
La lg
13.2
??
??
?
??
?? ttK
KLa值受污水水质的影响，把用于清水测出的值用于污水，
要采用修正系数 α,同样清水的 ρ s0值要用于污水要乘以系数
β,因而上式变为,
式中,
)(dd osoLao ??? ?? Kt
)(dd osoLao ????? ?? Kt
)(
)(
)(
)(
so
so
La
La
清水
污水
清水
污水
?
?
?
?
?
?
K
K
溶解在水中的憎水性有机物影响 KLa值；
水中溶解的无机物影响 ρ s0值；
溶解的有机物影响 KLa值；
温度也影响 KLa和 ρ s0值。
影响 KLa值的因素
从常用污水处理流程看曝气系统 进厂污水
粗格栅 污水泵房 细格栅 沉砂池 A
2
/O 反应池 U V 消毒
剩余污泥 鼓风机房 排放
污泥脱水车间
泥饼外运
曝气的作用与曝气方式
1.好氧微生物的需氧代谢
2.兼性微生物酶的好氧合成
3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）
曝气方式,
1.鼓风曝气系统
2.机械曝气装臵：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器
3.鼓风 +机械曝气系统
4.其他：富氧曝气、纯氧曝气
曝 气 设 备
鼓风曝气 机械曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配管系统
扩 散 器
竖式曝气机
表面曝气机
卧式曝气机
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
过滤器 进风消音器 鼓风机 空气总管 调节阀 曝气扩散装置
进口导叶片调节 出口导叶片调节
压力 DO
鼓风机控制系统
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配
管系统
扩 散 器
空气净化器的目的是改善整个曝气
系统的运行状态和防止扩散器阻塞。
鼓
风
曝
气
系
统
的
组
成
过
滤
器
与
进
口
消
音
器
过滤器压力损失监测
鼓风机旁通与旁通消音器
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
空气输配
管系统
扩 散 器
鼓风机
供应压
缩空气
风量要满足生化反应所需的氧量和能
保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。
风压要满足克服管道系统和扩散器
的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。
罗茨鼓风机：适用于中小型
污水厂，噪声大，必须采取
消音、隔音措施
离心式鼓风机：噪声小，效
率高，适用于大中型污水厂
常用鼓风机形式
1,容积式风机, 罗茨鼓风机、回转风机
2,单级高速离心鼓风机
丹麦 HV-Turbo风机
英国 Howden风机
常用鼓风机形式
常用鼓风机形式
美国 Power Mizer多级风机
常用鼓风机形式
常用鼓风机形式
单级高速鼓风机进出口导叶片
三
叶
式
罗
茨
鼓
风
机
外
型
离心鼓风机外型
多极离心风机
离心鼓风机房
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
扩 散 器
空气输配
管系统
负责将空气输送到空气扩散器。要求
沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,
空气干管和支管流速符合设计要求，配备
必要的手动阀和电动调节阀门。
鼓风曝气
空气净化器
鼓 风 机
扩 散 器
扩散器的作用是将空气分散成空气泡,
增大空气和混合液之间的接触界面，把空
气中的氧溶解于水中。
空气输配
管系统
小气泡扩散器
中气泡扩散器
大气泡扩散器
微气泡扩散器
扩散器的类型
微孔曝气设备
微孔曝气盘
微孔曝气管
微孔曝气管
微孔曝气设备测试
微孔曝气设备安装
微孔曝气设备的清水检验
微孔曝气设备的运行状况
表
面
曝
气
机
沉
水
曝
气
机
射
流
曝
气
器
转
刷
曝
气
机
穿
孔
曝
气
管
膜
片
式
微
孔
曝
气
器
微
孔
曝
气
器
实
际
安
装
情
况
微
孔
曝
气
器
安
装
示
意
图
双
螺
旋
曝
气
器
伞形曝气器
ZDB型振动曝气器
KBB型可变微孔曝气器
可变微孔曝气器安装
机械曝气：表面曝气机
表面曝气机充氧原理,
(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不
断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；
(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向
空中，剧烈搅动而卷进空气；
(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入
空气。
机械曝气：表面曝气机
曝气的效率取决于,
曝气机的性能
曝气池的池形
倒伞形 平板形 泵 形
这类曝气机的转动轴与水
面平行,主要用于氧化沟 。
竖式曝气机 卧式曝气刷
泵 形 倒伞形 平板形
倒伞形机械曝气器
曝气转刷
测试中的曝气转碟
曝 气 设 备 性 能 指 标
比较各种曝气设备性能的主要指标
氧转移率,单位为 mg（ O2） /（ L·h）。
充氧能力 （或动力效率）：即每消耗 1kW·h动力能
传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为 kg（ O2） /
（ kW·h） 。
氧利用率,通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧
量占总供氧的比例，单位为％。
曝 气 设 备 性 能
满足混合要求的曝气量
满铺的小气泡扩散器,2.2m3/（ m2· h）
旋流的大中气泡扩散器,1.2m3/（ m2· h）
机械曝气,13W/m3
曝气池的三种池型
推流式
曝气池
完全混合
式曝气池
两种池型
结合式
推流式曝气池
推流式曝气池的长宽比一般为 5～ 10；
进水方式不限；出水用溢流堰。
1.平面布臵
推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为 1～ 2。
2.横断面布臵
根
据
横
断
面
上
的
水
流
情
况
，
可
分
为
推流式曝气池
推流式曝气池
完全混合曝气池
池 形
根据和沉淀池的关系
圆 形
方 形
矩 形
分建式
合建式
曝
气
池
的
三
种
池
型
机械曝气完全混合曝气池
鼓风曝气完全混合曝气池
局部完全混合推流式曝气池
曝 气 设 备 性 能 测 试
测 试 途 径
清水中的测试
在运行条件下的测试
麦金尼 （ Ross,E,Mckinney）方法
机械曝气性能检测
清水中的测试
最通用的方法是用还原剂亚硫酸钠消氧。为
了加快消氧过程，可用氯化钴作为催化剂。然
后测出复氧过程，计算总传质系数 KLa和氧的传
递速率。
原理
步骤
一边曝气，一边加入 Na2SO3（同时利用 CoCl2作催化剂）
进行还原反应，使测试在全池均匀进行
当溶解氧浓度逐渐趋近于零时，开始测定，由于曝气，
水中溶解氧开始上升，按一定的时间间隔测定氧浓度，测得
的数据取平均值
重复测定 多次
同时测定水温、气压，水中溶解氧的饱和值、曝气
机功率
清水中的测试
结果分析
测定 KLa 求氧传递速率和动力效率
以 t,ln(ρ s0-ρ 0)为变
量，利用测得的数据在方
格纸上得到一直线，斜率
即为 KLa。也可用半对数线
求 KLa值，见教材中图 14－
15。
清水中的测试
从公式 积分可得 )(d/d
00La0 ??? ?? sKt tK ???? Las00s0 ln)l n ( ???
结果分析 —— 系数修正
测定不在标准状态 20℃ 时，可按此式修正。
7 6 0 /SOSO p?? 测测标 ＝
（ 2）气压的修正,
大气压力的影响，可按此式修正。
清水中的测试
（ 1）水温的修正,
L ( 2 0 )20)(La 024.1 KK tt ??
表面曝气机叶轮的输出功率的计算,
曝气设备的动力效率＝ OC（ kgO2/h） /叶轮输出功率（ kW）
动力效率：单位为 kg （ O2 ） /（ kW·h）
标准氧传递速率, KLa·ρ so,单位,mg （ O2 ） /（ L·h）
充氧能力,
通过鼓风曝气系统转移到混合液中的
氧量占总供氧的比例，单位为％。
氧利用率,
)/O(OC 2s0La hkgVK ??? ?
齿轮箱效率电机效率单位换算系数
功率因数）A电流）V电压（kW
??
???? （）叶轮输出功率（
在运行条件下的测试
所谓非稳定状态，是指混合液中的溶解氧是随时间变化的。
1.非稳定状态的测定
式中,ρsw0 —— 污水中的溶 解
氧饱和浓度,mg/L；
r —— 微生物的需氧速率，
mg ( O2 ) /(L·h)；
oLasoLao )(d
d ?????? ?????? KrK
t
稳定状态，是指混合液中的溶解氧不随时间而变化。
在运行条件下的测试
2.稳定状态的测定
r的 测定,
)/(
0)(
0s w 0La
0s w 0La
???
???
??
???
rK
rK
麦金尼 （ Ross,E,Mckinney）方法
对于推流式曝气池，可以用测定混合液需氧速率的方法来
推算氧的传递速率。
廊道尾段溶解氧出现上升是氧传递速率超过耗氧速率的结
果。廊道中刚出现溶解氧上升迹象的断面，即图中所示的 l2处，
可以理解为该断面上的氧传递速率恰好等于混合液中的耗氧速
率。这个数据可用来校核上面求得的 dρ 0/dt值。
第二章 活性污泥法（ 2）
第三节 活性污泥法的发展和演变
第四节 活性污泥法的设计计算
第五节 二次沉淀池
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
第三节 活性污泥法的发展和演变
? 传统活性污泥法
? 渐 减 曝 气
? 分 步 曝 气
? 完全混合法
? 浅 层 曝 气
? 深 层 曝 气
? 高负荷曝气或变形曝气
? 克 劳 斯 法
? 延 时 曝 气
? 接触稳定法
? 氧 化 沟
? 纯 氧 曝 气
? 活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
? 吸附－生物降解工艺（ AB法）
? 序批式活性污泥法（ SBR法）
活性污泥法的多种运行方式
有机物去除和
氨氮硝化
? 在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长
度方向是逐步下降的。
? 实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量
超过需要。
? 渐减曝气的 目的 就是合理地布臵扩散器，使布气
沿程变化，而总的空气量不变，这样可以提高处理
效率。
渐 减 曝 气
渐 减 曝 气
把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。
分 步 曝 气
分布曝气示意图
完 全 混 合 法
在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时
相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合，长条形池
子中也能做到完全混合状态。
完全混合的概念
（ 1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，
生活环境也基本相同。
（ 2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因
为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流
中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意义上
来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中
有一定优点。
（ 3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。
完全混合法的特征
完 全 混 合 法
浅 层 曝 气
特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在
水的浅层处用大量空气进行曝气，就可以获得较高的氧传递
速率。
1953年派斯维尔（ Pasveer）的研究：氧在 10℃ 静止水中
的传递特征，如下图所示。
浅 层 曝 气
?扩散器的深度以在水面以下 0.6～ 0.8m范围为宜, 可以节省动
力费用, 动力效率可达 1.8～ 2.6kg（ O2） / kW·h。
?可以用一般的离心鼓风机 。
?浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气
的 1/4~1/6左右，约 10kPa，故电耗略有下降。
?曝气池水深一般 3～ 4m，深宽比 1.0～ 1.3，气量比 30～ 40m3/
（ m3 H2O.h）。
?浅层池适用于中小型规模的污水厂。
?由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。
深 层 曝 气
深井曝气法处理流程
深井曝气池简图
? 一般曝气池直径约 1~6m，水深约 10～ 20m。深井曝气法深
度为 50～ 150m，节省了用地面积。
? 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，
同时气液接触时间延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增
加。
? 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。
深 层 曝 气
部分污水厂只需要部分处理，因此产生了高
负荷曝气法。
曝气池中的 MLSS约为 300～ 500mg/L，曝气
时间比较短，约为 2～ 3h，处理效率仅约 65％左
右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形曝气。
高负荷曝气或变形曝气
? 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流
污泥中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了
高碳水化合物的污泥膨胀问题，这个方法称为
克劳斯法。
? 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳
水化合物代谢所需的氮。
? 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，
有改善混合液沉淀性能的功效。
克 劳 斯 法
延时曝气的特点,
? 曝气时间很长，达 24h甚至更长,MLSS较高，达
到 3000～ 6000mg/L；
? 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，可直接排放；
? 适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污
水处理系统多有使用。
延 时 曝 气
接 触 稳 定 法
混合液曝气过程中第一阶段 BOD5的下降是由于吸附
作用造成的，对于溶解的有机物，吸附作用不大或没有，
因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再生法。混
合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作
用。
?直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处理效果好；
可省去初沉池；此方法剩余污泥量增加。
接 触 稳 定 法
? 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在
沟槽中设有表面曝气装臵。
? 曝气装臵的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，
沟中混合液流速约为 0.3～ 0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。
氧 化 沟
纯氧代替空气，
可以提高生物处理的
速度。纯氧曝气池的
构造见右图。
纯 氧 曝 气
纯氧曝气的缺点 是纯氧发生器容易出现故障，装臵复
杂，运转管理较麻烦。
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。
活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
上图为 ABF的流程，在通常的活性污泥过程之前设臵一
个塔式滤池，它同曝气池可以是串联或并联的。
?塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材
质和构造不同于一般生物滤池。
?滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是
一外臵的强烈充氧器。因而 ABF可以认为是一种复合式活
性污泥法。
活性污泥生物滤池（ ABF工艺）
吸附－生物降解工艺（ AB法）
? A级以高负荷或超高负荷运行,B级以低负荷运行,A级
曝气池停留时间短,30～ 60min,B级停留时间 2～ 4h。
? 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。
? 处理效果稳定，具有抗冲击负荷和 pH变化的能力。该
工艺还可以根据经济实力进行分期建设。
吸附 － 生物降解工艺（ AB法）
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出
水和闲臵五个基本过程组成，从污水流入到闲臵结束构
成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝
气或搅拌装臵的反应器内依次进行的。
(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
设臵调节池；
(3)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。
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺与连续流活性污泥
工艺相比的优点
(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。
序批式活性污泥法（ SBR法）
SBR工艺的缺点
第四节 活性污泥法的设计计算
活性污泥系统工艺设计
应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝
气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处臵。
主要设计内容,
（ 1） 工艺流程选择；
（ 2） 曝气池容积和构筑物尺寸的确定；
（ 3）二沉池澄清区、污泥区的工艺设计；
（ 4） 供氧系统设计；
（ 5）污泥回流设备设计。
主要依据：水质水量资料
生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验
工业废水：试验研究设计参数
工艺流程的选择
需要调查研究和收集的基础资料,
1,污水的水量水质资料
水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和
地下水渗入量；
水质决定选用的处理流程和处理程度。
2,接纳污水的对象资料
3,气象水文资料
4,污水处理厂厂址资料
厂址地形资料；厂址地质资料。
5,剩余污泥的出路调研
流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转
的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进
行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。
曝气池的计算：纯经验方法
劳伦斯（ Lawronce）
和麦卡蒂 (McCarty)
法
有机物负
荷率法
麦金尼
(McKinney)
法
有机物负荷率的两种表示方法
活性污泥负荷率 NS
（简称污泥负荷）
曝气区容积负荷率 NV
（简称容积负荷）
根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝
气池的水力停留时间。
例如：流量 200m3/h，曝气池进水 BOD浓 150mg/L,出
水要求为 15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。
多点进水经验去除率,85%~90％
经验停留时间,3~5h
取停留时间为 4.5h，则曝气池容积,
V＝ 200× 4.5m3=900m3
经验水力停留时间,t
污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所
能承受的 BOD5量，即,
式中,Ns—— 污泥负荷率,kg BOD5/（ kgMLVSS·d） ;
qv—— 与曝气时间相当的平均进水流量,m3/d；
ρ s0—— 曝气池进水的平均 BOD5值,mg/L；
ρ s—— 曝气池中的污泥浓度,mg/L。
污泥负荷率
V
qN
X
S0v
S ?
??
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，即,
式中,Nv—— 容积负荷率,kg (BOD5)/(m3·d)。
容积负荷率
XS
S0v
V ?
? N
V
qN ??
根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即,
ρ s0和 qv是已知的,ρ x和 N可参考教材中表 14－ 5选
择。对于某些工业污水，要通过试验来确定 ρ x和 N值。
污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。
V
qN
X
S0v
S ?
??
XS
S0v
V ?
? N
V
qN ??
V
S0v
XS
S0v
N
q
N
q
V
?
?
?
??
劳伦斯和麦卡蒂法
1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程
式中,dρ s/dt—— 基质去除率，即单位时间内单位体积去除的基质
量,mg(BOD5)/(L·h)；
K—— 最大的单位微生物基质去除速率，即在单位时间内，单位微
生物量去除的基质,mg(BOD5)/(mgVSS·h)；
ρ s—— 微生物周围的基质浓度,mg(BOD5)/L；
Ks—— 饱和常数，其值等于基质去除速率的 1/2K时的基质浓度，
mg/L；
ρ x—— 微生物的浓度,mg/L。
SS
XSS
d
d
?
???
?
???
K
K
t
当 ρ >Ks时，该方程可简化为
当 ρ <Ks时，该方程可简化为
当曝气池出水要求高时，常处于 ρ<Ks状态
SS
XSS
d
d
?
???
?
???
K
K
t
劳伦斯和麦卡蒂法
2.微生物的增长和基质的去除关系式
式中,y—— 合成系数,mg(VSS)/mg(BOD5)；
Kd—— 内源代谢系数,h-1 。
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代谢
两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质,y和 Kd
值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表,
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
这里的 yobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数，
称为表观合成系数。 y为理论合成系数。
也
可
以
表
达
为
Xd
SX
d
d
d
d ??? K
tyt ??
)dd(dd SobsX tyt ?? ?
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(1)曝气池体积的计算
qv—— 进水流量；
Qvw—— 排除的剩余活性污泥流量；
qvr—— 污泥回流量；
ρ x —— 曝气池中的微生物浓度；
ρ xe—— 出流水中带走的微生物浓度；
ρ xr—— 回流污泥中的微生物浓度；
ρ s0—— 进水基质浓缩；
ρ s—— 出流基质浓度；
V—— 曝气池体积。
微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应
系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程
上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩
余微生物量的比值。以 θ C表示，单位为 d。
XevvXv
X
C )(
ww
??
?
?
qqq
V
??
?
对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算,? ?
?
?
?
?
?
?
??????? XdSXevvXvX0vX
d
d
)(
d
d
ww
?
?
???
?
K
t
yVqqqqV
t
整理后即得
? ? ?
?
?
?
?
?
??????? XdSXevvXvX0vX
d
d
)(
d
d
ww
?
?
???
?
K
t
yVqqqqV
t
污水中的 ρ x0很小,可以忽略不计,因
而 ρ x0=0,在稳定状态下 dρ x/dt=0且
tt
SS0S
d
d ??? ??
)1(
)(
CdX
SS0vC
??
???
K
yqV
?
??
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(2)排出的剩余活性污泥量计算
根据 yobs以及上面的物料平衡式可推得,
则剩余活性污泥量 Px（以挥发性悬浮固体表示的剩余
活性污泥量）为,
Cd
o b s 1 ?K
yy
?
?
)( SS0vobsX ?? ??? qyP
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式
(3)确定所需的空气量
有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成
微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为,
空气中氧的含量为 23.2％,氧的密度为 1.201kg/ m3 。
将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，
即为所需的空气量。
X
SS0v 42.1
68.0
)( Pq ??? ??所需的氧量
劳伦斯和麦卡蒂法
4.推流式曝气池的计算模式
由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完
全混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。
处理污水量为 21600m3/d，经沉淀后的 BOD5为 250mg/L,
希望处理后的出水 BOD5为 20mg/L。要求确定曝气池的体积、排
泥量和空气量。经研究，还确立下列条件,
（ 1）污水温度为 20℃ ；
（ 2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（ MLVSS）同混合液悬浮
固体（ MLSS）之比为 0.8；
（ 3）回流污泥 SS浓度为 10000mg/L；
（ 4）曝气池中 MLSS为 3500 mg/L；
（ 5）设计的 θ c为 10d；
（ 6）出水中含有 22mg/L生物固体，其中 65％是可生化的；
（ 7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素；
（ 8）污水流量的总变化系数为 2.5。
例
解
确定出水中悬浮固体的 BOD5,
(a)悬浮固体中可生化的部分为 0.65× 22 mg/L =14.2mg/L
(b)可生化悬浮固体的最终 BODL ＝ 0.65× 22× 1.4 mg/L ＝ 20.3mg/L
(c)可生化悬浮固体的 BODL为 BOD5＝ 0.68× 20.3 mg/L＝ 13.8mg/L
(d)确定经曝气池处理后的出水溶解性 BOD5, 即 ρ s
20 mg/L＝ ρ s＋ 13.8 mg/L ρ s＝ 6.2 mg/L
计算处理效率 E,
若沉淀池能去除全部悬浮固体，则处理效率可达
25 0 20 92%250E ???
2 5 0 6,2 9 7,5 %250E ???
1.估计出水中溶解性 BOD5的浓度
出水中总的 BOD5＝出水中溶解性的 BOD5＋出水中悬浮固体的 BOD5
已知
则,
解 2.计算曝气池的体积
)(06d.0
3 5 0 0 m g /L
2 m g /L.6
)(m g /m g5.0
/dm2 1 6 0 0
d10
1
d
X
Se
3
v
C
查表选定
查表选定
?
?
?
?
?
?
?
K
y
q
?
?
?
? ?
?
33
CdX
SS0vC m4 7 0 2m
)1006.013 5 0 0
2.62 5 05.02 1 6 0 010
)1(
)( ?
??
????
?
??
??
???
K
yqV
解 3.计算每天排除的剩余活性污泥量
计算 yobs
计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量
计算排除的以 SS计的污泥量
3125.01006.01 5.01
Cd
obs ?????? ?K
yy
k g / d7.1 64 5
k g / d10)2.62 50(2 16 003 12 5.0)( 3SS0vo b sX
?
??????? ???qyP
k g / d1.20 57k g / d457.16 45X ( S S ) ???P
解 4.计算回流污泥比 r
曝气池中 VSS浓度＝ 3500mg/L
回流污泥 VSS浓度＝ 8000mg/L
78.0
8 0 0 0)(3 5 0 0
v
v
vvv
r
rr
??
??
q
q
r
qqq
解
5.计算曝气池的水力停留时间
h2.5d2 1 7.0d2 1 6 0 04 7 0 2v ???? qVt h2.5d217.0d2 1 6 0 0
4 7 0 2
v
???? qVt
解 6.计算曝气池所需的空气量
(1)生化反应中含碳有机物全部生化所需的氧量,
所需氧量＝ (7744-1.42× 1645.7) kg/d ＝ 5407.1 kg/d
首先计算曝气池所需的氧量
(2)生化反应所需氧量,
解 6.计算曝气池所需的空气量
(1)若空气密度为 1.201kg/m3,空气中含有的氧量为
23.2％，则所需的理论空气量为,
(2)实际所需的空气量为,
其次根据所需的氧量计算相应的空气量
(3)设计所需的空气量为,
麦金尼 (McKinney)法
1.麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下
污
染
物
悬浮固体污染物
（包括胶体）
溶解性污染物
无机悬浮固
体污染物
有机悬浮固
体污染物
无机溶解
性污染物
有机溶解
性污染物
不可生物降解有机
悬浮固体污染物
可生物降解的有机
悬浮固体污染物
可生物降解
的有机物
不可生物降
解有机物
污染物的吸附转化情况
废
水
中
的
污
染
物
无机悬浮固体污染物
不可生物降解有机悬浮固体污染物
可生物降解有机悬浮固体污染物
可生物降解的有机溶解性污染物
无机溶解性污染物
不可生物降解有机溶解性污染物
基本吸附于微生
物表面混入污泥
转化为新的微生物
机体和 CO2,H2O
部分转移到新的生物机体中
部分留于废水中
基本留于废水中
活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点
(1)在良好的状态下，无机和不可降解的悬浮固体经活性污
泥法处理，基本上被微生物吸附，其量不变。
(2)对于城市生活污水，其中可生物降解的有机物量约为
2/3转化为微生物细胞,1/3氧化为 CO2和水。氧化过程释放的
能量供微生物繁殖和活动之需。
(3)活性污泥法统中，既存在着有机物质的代谢和微生物的
增长繁殖，也存在着细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食
物链进行的代谢过程。
(4)由于内源代谢产物的不可生物降解性，使可生物降解有
机物的化学需氧量 CODB不等于完全生化需氧量 BODL 。
(5)各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析，
其组成可用 C5H9O2.5N或 C5H7NO2表示。
麦金尼 (McKinney)法
2.完全混合曝气池中的基质去除率方程
基质去除率方程,
(1)当有机物完全处理时，出流中的 BOD5很低,Ks ?ρ s,
则上式变为,
(2)在完全混合曝气池中的混合液是均匀的，因而
有机物在曝气池中的代谢速率是均匀的，则,
式中,Km—— 代谢速率系数,Km随水温变化。
当水温为 20℃ 时，城市污水的 Km＝ 15/h；
当水温为 10℃ 时,Km＝ 7.5/h；
当水温为 30℃ 时,Km=30/h。
上述规律适用于 5～ 35℃ 的温度范围。
tK m
S0
S 1 ??
??
Sm
SS0
?
??
K
t ??
麦金尼 (McKinney)法
3.混合液悬浮固体浓度的计算
混合液的悬
浮固体,即
活性污泥的
组成部分
活性细胞 Ma
内源代谢残留的
微生物有机体 Me
未代谢的不可生化的
有机悬浮固体 Mi
无机悬浮固体 Mii
混合液挥
发性悬浮
固体
MLVSS
混
合
液
悬
浮
固
体
MLSS
Ca
CSS0
Ca
CSS0ma
1
/)(84.0
1
t/)(
?
???
?
???
??
??
??
??
K
t
K
yM
?????? ??? aCSS0me )(2.0 MtyM ???
tMM CiOi
??
)(1.0i n f eaiiii MMMM ???
活性污泥各组成部分的计算
对完全混合曝气池进行物料平衡，得,
Mi在处理过程中不发生反应，而随 θ C累积,
式中,MiO—— t 小时内污水流入曝气池中的不可生化的有
机悬浮固体量。
麦金尼 (McKinney)法
4.出流污水的 BOD5计算
式中,Eff表示出流,M表示 MLSS。
出流污水中的可降解有机物包括两部分
出流污水 BOD5,
溶解于水中的 随水从二沉池漂出的污泥即 Ma中的
)SS(8.0)B O D( ffaS5ff EMME ?? ?
麦金尼 (McKinney)法
5.需氧速率
曝气池中氧的用途
代谢基质 内源代谢
需氧速率为二部分之和
aa
SS0 1.1)(57.0
d
d MK
tt
O ????
?
??
?
? ??
麦金尼 (McKinney)法
麦氏认为上面完全混合曝气池体积的计算式同样可以
用于推流的计算，但活性污泥中各组分的计算则要根据供
氧的情况来确定。
设城市污水厂的 BOD5为 200mg/L,SS为 200mg/L,其
中 80％为 VSS,VSS中 40％为不可降解的惰性物质。污水
经过初次沉淀后,BOD5的去除率为 30％,SS的去除率为
60％，污水最大流量为 420m3/h，要求处理后出流的 SS为
20mg/L左右,BOD5小于 10mg/L。计算曝气池的体积和需
氧量。
例
解
若出水 BOD5为 7 mg/L，一般曝气池的 MLSS为 2000
mg/L，其中 Ma35％左右，则可以计算出流中溶解性
BOD5为,
曝气池体积为,
1.计算曝气池的体积
h6h
5.22
5.1 3 8
h
1 1, 5
1, 5-1 4 0
m g / L1 4 0m g / L)3.01(2 0 0
m g / L5.1
20)
1 0 0
35
(8.07
)SS(8.0)B O D(
S0
S
S
ff
a
S5ff
???
???
?
???
??
t
E
M
M
E
?
?
?
?
33 2520mm6420 ??
解 2.计算 MLSS
泥龄 θ c一般为 t的 20倍，故采用 5d，即 120h，所以,
(1) Ma的计算
m g / L685m g / L
12002.01
6
120)5.1140(84.0
1
)(84.0
Ca
C
SS0
a ???
??
?
??
?
?
?
???
K
tM
解
2.计算 MLSS
(2)Me的计算
m g / L3 28
m g / L6 85
6
1 20
)5.11 40(84.02.0
))((84.02.0
a
C
SS0e
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
??? M
t
M
?
??
解 2.计算 MLSS
(3)Mi的计算
mg / L520mg / L
6
120
26)(ln
)( mg / L264.08.080ln
C
ii
i
?????
????
t
fMM
fM
?
解 2.计算 MLSS
(4)Mii的计算
m g / L421m g / L)328685(1.0m g / L
6
120
16
)(1.0)(ln
( m g / L )16)8.01(80ln
ea
C
iiii
ii
??????
????
???
MM
t
fMM
fM
?
解 2.计算 MLSS
(5)MLSS的计算
m g /L1 9 5 4m g /L)4 2 15 2 03 2 86 8 5(
M L S S iiiea
?????
???? MMMM
解 3.计算理论需氧速率
每天的理论需氧量为,
)/dkg (O1707)/dkg (O24252023.2824dd 22 ?????? VtO
)hm g / (L23.28
)hm g / (L6 8 502.01.1)hm g / (L
6
)5.11 4 0(57.0
1.1
6
)(57.0
d
d
aa
ss0
??
?????
??
?
?
??
? MK
t
O ??
第五节 二次沉淀池
二次沉淀池的功能要求
1.澄清（固液分离）
2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回
流污泥的体积减少）
二沉池的实际工作情况
（ 1）二沉池中普遍存在着四个区：
清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。
两个界面：泥水界面和压缩界面。
（ 2）混合液进入二沉池以后，立即
被稀释，固体浓度大大降低，形成一个
絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之
间有一泥水界面。
（ 3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，
沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中
泥花的形态、大小和沉速。
（ 4）靠近池底处形成污泥压缩区。
二沉池的实际工作情况
二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相
关，也与二沉池的表面面积有关。
二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。
对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以
较小。
基本原理
二次沉淀池的构造和计算
二次沉淀池在构造上要注意以下特点,
（ 1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于
絮凝的条件，使泥花结大。
（ 2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出
流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过 10m3/（ m· h）。
（ 3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，
活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时
间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而
使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过 2h。
二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映,
式中,A—— 澄清区表面积,m2；
qv—— 废水设计流量，用最大时流量,m3/h；
u—— 沉淀效率参数,m3/（ m2·h）或 m/h；
V—— 污泥区容积,m3；
r—— 最大污泥回流比；
t—— 污泥在二次沉淀池中的浓缩时间,h。
二次沉淀池的构造和计算
trqV
u
qA
v?
? v trqV
u
q
A
v
v
?
?
第六节 活性污泥法系统设计和
运行中的一些重要问题
? 水力负荷
? 有机负荷
? 微生物浓度
? 曝气时间
? 微生物平均停留时间 （ MCRT）
? 氧传递速率
? 回流污泥浓度
? 回流污泥率
? 曝气池的构造
十,pH和碱度
十一、溶解氧浓度
十二、污泥膨胀及其控制
流向污水厂
的流量变化
一、水 力 负 荷
一天内的流量变化
随季节的流量变化
雨水造成的流量变化
泵的选择不当造成的
流量变化
?水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀
池。
?当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出
水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，
由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。
?对二次沉淀池为水力影响。
一、水 力 负 荷
二、有机负荷率 N
?污泥负荷率 N和 MLSS的 设计值采用得大一些，曝气池所需
的体积可以小一些。
?但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥
处臵的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造
成运行中的困难。
?为避免剩余污泥处臵上的困难和保持污水处理系统的稳定
可靠，可以采用低的污泥负荷率（ <0.1），把曝气池建得
很大，这就是延时曝气法。
曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确
定污泥负荷率 N和 MLSS的设计值。
三、微生物浓度
在设计中采用高的 MLSS并不能提高效益，原因如下,
其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池
污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥
中活细胞的比例减小。
其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中
难以沉淀，影响出水水质。
其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高
的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降
低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应
的污泥浓度,MLSS的提高是有限度的。
四、曝 气 时 间
在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为 3h或更长
些，这和满足曝气池需氧速率有关。
当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值
控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪
费，设备的能力不能得到充分利用。
若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷
率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提
高。
五、微生物平均停留时间 (MCRT)(又称泥龄 )
每日排放的剩余污泥量
工作着的活性污泥总量
微生物平均停留时间 ?
微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝
气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。
微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，
以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。
微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的
组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎
不可能在该活性污泥中繁殖。
六、氧 传 递 速 率
氧传递速率要考虑二个过程
要提高氧的传递速率
氧传递到水中 氧真正传递到微生物的膜表面
必须有充足的氧量
必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件
七、回流污泥浓度
回流污泥浓度是活性污泥沉
降特性和回流污泥回流速率的函
数。
按右图进行物料衡算，可推
得下列关系式,
式中,ρ sa—— 曝气池中的 MLSS,mg/L;
ρ sr—— 回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;
r —— 污泥回流比。
根据上式可知，曝气池中的 MLSS不可能高于回流污泥浓度，
两者愈接近，回流比愈大。限制 MLSS值的主要因素是回流污泥
的浓度。
SrSa
SavvSrv
1
)(
??
??
r
r
rqqrq
?
?
??
衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合
液沉淀 30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单
位是 mL/g。
（ 1）在曝气池出口处取混合液试样；
（ 2）测定 MLSS（ g/L）；
（ 3）把试样放在一个 1000mL的量筒中沉淀 30min，读出
活性污泥的体积（ mL）；
（ 4）按下式计算,
活性污泥体积指数 SVI
)g / L(M L SS
)m L / L(SV I 活性污泥体积?
SVI的测定
七、回流污泥浓度
八、污泥回流率
高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了
二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效
率，使未被沉淀的固体随出流带走。
活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最
低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。
九、曝气池的构造
推流式曝气池
完全混合
式曝气池
示踪剂的研究表明：推流式曝气池的
纵向混合很严重
氧消耗率的数据表明：氧的传递受到
限制
处理量小时，只配有一个机械曝气机，
很容易围绕曝气机形成混合区
处理量大时，曝气池也相应增大，曝
气池不是充分完全混合的
十,pH和碱度
活性污泥 pH通常为 6.5～ 8.5。
pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质
代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。
工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生 pH过低的问
题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。
生活污水中有足够的碱度使 pH保持在较好的水平。
十一、溶解氧浓度
通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度
跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行
代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。
一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在 0.5～ 2mg/L，
以保证活性污泥系统的正常运行。
过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，
导致絮状体破裂，使出水浊度升高。
特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合
使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。
十二、污泥膨胀及其控制
正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数 SVI在
50～ 150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在
SVI值升高。
混合液在 1000mL量筒中沉淀 30min后，污泥体积膨胀，上
层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。
活性污泥膨胀可分为
污泥中丝状菌大量繁殖
导致的丝状菌性膨胀
并无大量丝状菌存在
的非丝状菌性膨胀
丝
状
菌
性
膨
胀
絮花状物质，其骨干是菌胶团
正常的活性污泥
丝状菌大量出现，主要是有鞘细菌和硫细菌
不正常的情况下
当污泥中有大量丝状菌时，大量有一定强度的丝状
体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，
形成了污泥膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
污水水质是造成污泥膨胀的
最主要因素。
含溶解性碳水化合物多的污
水往往发生由浮游球衣细菌引
起的丝状膨胀。
含硫化物多的污水往往发生
由硫细菌引起的丝状膨胀。
水温低于 15℃ 时，一般不会
发生膨胀。
pH低时，容易产生膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
污泥负荷对污泥膨胀在一
定条件下有一定的影响，但两
者无必然的联系。
溶解氧浓度并不一定影响
污泥的膨胀。
丝
状
菌
性
膨
胀
的
主
要
因
素
污水水质
运行条件
工艺方法
完全混合的工艺方法比
传统的推流方式较易发生污
泥膨胀。
间歇运行的曝气池最不
容易发生污泥膨胀。
不设初次沉淀池的活性
污泥法，不容易发生污泥膨
胀。
叶轮式机械曝气与鼓风
曝气相比，易于发生丝状菌
性膨胀。
射流曝气的供氧方式可
以有效地克制浮游球衣细菌
引起的污泥膨胀。
非
丝
状
菌
性
膨
胀
非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低
而污泥负荷太高时。
微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营养
物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮
起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类物
质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增
加，使污泥形成污泥膨胀。
发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍
很高，上清液也清澈。
在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝
状菌的特性，可采取的抑制措施,
(1)控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧；
(2)调整 pH；
(3)如磷、氮的比例失调，可适量投加氮化合物和
磷化合物；
(4)投加一些化学药剂；
(5)城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳跃初沉
池，直接进入曝气池。
在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采用以
下一些方法,
(1)减少城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝气
池的污水中的悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显提高，污
泥沉降性能改善；
(2)两级生物处理法，即采用沉砂池 — 一级曝气池 — 中间沉
淀池 — 二级曝气池 — 二次沉淀池的工艺等工艺；
(3)对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在曝
气池的前面部分补充设臵足够的填料（降低了曝气池的污泥负
荷，也改变了进入后面部分曝气池的水质）；
(4)用气浮法代替二次沉淀池，可以有效地使这个处理系统
维持正常运行。
