第十七章 活性污泥法
17,1 基本概念
17,2 活性污泥法处理系统
17,3 活性污泥法主要设计参数
17,4 活性污泥反应动力学基础
17,5 活性污泥处理系统的运行方式
17,6 曝气的基本理论
17,7 活性污泥处理系统的工艺设计
17,8 活性污泥处理系统的运行管理思考题与习题
17,1 基本概念
17.1.1 活性污泥及其组成
17.1.2 评价活性污泥性能的指标
17.1.3 活性污泥净化反应过程
17.1.4 活性污泥的增殖规律
1．活性污泥的形态
1）外观形态：
活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒：
2）特点：
(1)颗粒大小,Φ=0.02～ 0.2 mm
(2)表面积,20～ 100 cm2/mL
(3)(2000～ 10000)m2/m3污泥
(4)
%1
%99
固体物质：
以上含水率,图 17-1 活性污泥形状图
17.1.1 活性污泥及其组成
2．活性污泥组成活性污泥 M =Ma + Me + Mi + Mii
1） Ma— 具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）
真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物
2） Me— 微生物自身氧化的残留物
3） Mi— 活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物（ 75～ 85%）
4） Mii— 活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（ 15～ 25%）
挥发性活性污泥 M v + X v= Ma + Me + Mi
3．活性污泥微生物的分类（ Ma）
1）细菌：
（ 1）异养型原核细菌（ 107～ 108个 /mL）
动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）
产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）
黄杆菌属大肠埃希式杆菌
（ 2）特征,G=20～ 30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒
2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌
3）原生动物：肉是虫 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。
4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。
1．絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于 NS（ BOD— 污泥负荷率）
2．污泥沉降比 SV：又称 30min沉降率，指混合液在 100ml量筒内静置 30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。
城市污水,SV取 15%--30%
3．衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标 —— SVI（污泥指数）
（ 1） SVI=70～ 100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好
SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。
SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀 。
（ 2） 影响 SVI值的主要因素
1） NS 的影响：见 图 17-2
2）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀,SVI值 ↑
影响丝状菌大量繁殖的因素：
DO不足
NS大
PH≤4.5
缺乏 N,P,Fe
3） T水太高
17.1.2 评价活性污泥性能的指标
0
100
200
500
400
300
2.5 2.0 0.51.5 2.5 0
SVI
高负荷一般负荷低负荷
BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS2d)
图 17 -2 污泥负荷与SVI 值之间的关系
1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附）
● 活性污泥巨大的表面积（ 2000～ 10000m2/m3活性污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在 30min 内能去除 70% BOD。
● 一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强
● 初期吸附去除的过程
2．微生物的代谢进行代谢反应内透过细胞壁进入细胞体小分子大分子 内透过细胞壁进入细胞体小分子 各种内酶透膜酶催化作用胞外酶（水解酶）
透膜酶催化作用
17.1.3 活性污泥净化反应过程
HOH2yx C OO)2z4yx(OHC 222zyx 酶
HOH)4y(
2
nCO)5x(n)NOHC(
O)5
2
z
4
yx(nn N HOHnC
22
n275
23zyx
式微生物细胞组织的化学酶
HnN HOnH2nC O5nO5)NOHC( 3222n275 酶
1〉 氧化分解
2〉 合成代谢（合成新细胞）
3〉 内源代谢
（ 17－ 1）
（ 17－ 2）
tK001 1eMaM a tM a SKdtd M a，2.2MF
m a xm a x dt
dM a，
dt
ds,?
营养物过剩
M a SKdtd M a，2.2MF1.0 2
1．适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程
2．对数增殖期（等速增殖期）
活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态
3．减速增殖期（减速增长期、私定期、平衡期）
营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。
17.1.4 活性污泥的增殖规律
MaKdtd M a，1.0MF 3
对数增长期 减速增殖期
a
内源呼吸期量
X
0
b
c d
S(BOD)
（ 污泥）
时间
0
氧的利用速度图 17-3 活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系
（有机污染物一次投加）
4,内源呼吸期（衰亡期）
营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少。后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。
17,2 活性污泥法处理系统
17.2.1 活性污泥法的基本流程
17.2.2 活性污泥反应动力学
17.2.3 几个重要的参数
17.2.4 活性污泥净化反应影响因素
1．产生：从间歇式发展到连续式
2．基本工艺流程：
图 17-4 活性污泥法基本流程图
17.2.1 活性污泥法的基本流程
3．活性污泥法特征
1）曝气池是一个生物化学反应器
2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相 — 固相 — 气相；混合 =污水 +活性污泥 +空气
3）传质过程：气象中 O2→ 液相中的溶解氧 DO→ 进入微生物体内（固相）液相中的有机物 → 被微生物（固相）所吸收降解
→ 降解产物返回空气相（ CO2）和液相（ H2O）
4）物质转化过程：有机物降解 → 活性污泥增长
bXaSX r
)SS(QS ear
07.0)1.0~05.0(075.0~07.0)k(b
5.04.0)65.0~5.0(73.0~49.0)Y(a
d 城市污水：
～城市污水：对于生活污水：
曝气池内，在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。
1.活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量 Δ X（ kg/d）是微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即式中,a—— 污泥产率（污泥转换率）
Sr—— 污水中被降解、去除的有机污染物量（ BOD）,kg/d
X—— 曝气池混合液含有的活性污泥量,kg/d
b—— 自身氧化率（衰减系数）,d－ 1
（ 17-3）
17.2.2 活性污泥反应动力学
esg dt
dx
dt
dx
dt
dx?
us dt
dsY
dt
dx?
）（——dtds：
u
利用速度物的降解活性污泥微生物对有机式中
2．曝气池内活性污泥微生物的净增殖量 Δ X（ kg/d）
1）单位曝气池容积内活性污泥的净增殖速度：
净增殖速度 合成速度 内源代谢速
（ 17-5）
Y —— 污泥产率系数,MLVSS kg数 /1kgBOD
对于生活污水,Y＝ 0.5～ 0.65
而
（ 17-4）
式中,Kd—— 微生物自身氧化率（衰减系数）,d-1
对于生活污水,Kd＝ 0.05～ 0.1
Xv—— MLVSS
vd
e
XKdtdx
而
vd
ug
XKdtdsYdtdx
均为常数在曝气池稳定运行时
ug dt
ds、
dt
dx,?
2）活性污泥微生物净增殖的基本方程式：
vdeav VXK)SS(YQX
k g / dV S S,）（——X v 的排放每日增长?
k g / d，——)SS(Q ea 每日有机物降解量?
M L V S SX
，kg——VX
v
v
悬浮固体总量曝气池内混合液挥发性
d
v
r
v
v K
VX
QSY
VX
X
3）在曝气池中 MLVSS的净增殖量 Δ Xv
（ 17-6）
将（ 17-6）式各项除以 VXv得
（ 17-7）
式中：
v
r
v
ea
rs VX
QS
VX
)SS(QN
drs
v
v KYN
VX
X
Cv
v 1
VX
X
drs
C
KYN1
3,Nrs—— BOD－污泥去除负荷率 [kg BOD 5/kgMLSS?d]
则（ 17-7）式可写为：
而
（ 17-8）
1,06～1,02,KKN t20tt20ddtcrs与
v
vCvrs XVXXdtdxN当?
t
SS
V
)SS(QN eaea
rv
（ 17-8）式分析
Nrv—— BOD－污泥容积去除负荷率 [kg BOD 5/kgMLSS?d]
a,b一般在工程设计与运行中应用，并以 MLSS为基准考虑
Y,Kd一般在科研和学术探讨上应用，且以 MLVSS为计算基准
17.2.3 几个重要的参数
1,vmax 有机底物的最大比降解速度,t-1
2,Ks 饱和常数，为当 μ=1/2·μmax时的底物浓度，
也称之为半速度常数，质量 /容积
3,Y 产率系数，即微生物每代谢 1kgBOD所合成的
MLVSS kg数
4,Kd 活性污泥微生物的自身氧化率,d-1，亦称为衰减系数；
5,a′活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每项代谢 1kg BOD 所需要的氧量，以 kg计；
6,b′活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以 BOD值计营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素
1） 碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般 BOD5≥100mg/L
2） 氮源：组成细胞的重要元素，其需要按 BOD,N=100,5考虑
3） 盐类：必不可少
（ 1） 主要的无机盐类
P：按 BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素，约占全部无机盐元素的 50%
还有 K,Ca,F e,S无机元素
（ 2） 微量无机元素对于生活污水,BOD5:N:P的比值为 100:5:1，但经沉淀池处理后，其 BOD5:N:P=100:20:25
17.2.4 活性污泥净化反应影响因素沉淀性能变差有机物降解数率 污泥增长数率 曝气池 SeVN S
沉淀性能变好有机物降解数率 污泥增长数率 曝气池 SeVN S
dtdc
2,BOD—— 污泥负荷 NS
3,DO—— 溶解氧
1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（ Rr 需氧速率）
＝曝气器的供氧速率时
Ns～ SVI的关系（图 17-1）
，其池中的溶解氧 DO不变。
2）曝气池中 DO浓度大小将取决于：
（ 1）生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求 DO浓度高，
DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。对此要求
DO浓度为 2mg/L左右为好。
（ 2）考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化急性中毒慢性中毒 DO逐渐增加冲击负荷 DO突然 ↓
DO突然 ↑
stds
stds
0dtds?
4．水温,15～ 35℃ 之间
20～ 30℃,效果好，活动旺盛,
＜ 15℃,＞ 35℃,效果 ↓,活动弱，
＜ 5℃,＞ 45℃,效果很差，
5,pH值最佳的 pH值为 6.5～ 8.5
当 pH＜ 6.5，丝状菌繁殖,pH＜ 4.5，丝状菌占优势当 pH＞ 9.0，代谢速率 ↓
6．有毒物质主要是重金属,H2S,CN－、酚等，当超过一定浓度时，
就破坏细胞结构，抑制代谢。
17,3 活性污泥法主要设计参数
17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）
17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）
17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）
1,MLSS浓度 —— 混合液悬浮固体浓度 〈 混合液污泥浓度 〉,
mg/L混合液； g/L混合液； g/m3混合液； kg/m3混合液
MLSS＝ M=X=Ma + Me + Mi + Mii
2,MLVSS浓度 —— 混合液挥发性悬浮固体浓度
MLVSS＝ MV=XV=Ma + Me + Mi
。0,7 5f，；0,7 5f：
X
X
M L S S
M L V S Sf v
对于城市污水对于生活污水
％原混合液体积后形成沉淀污泥容积 100m i n30SV
)L/gM L S S
)L/LmSV
gL1
mLm i n30L1
S V I
（
（
＝
）（混合液中悬浮固体干重
）容积（静沉后形成的活性污泥混合液经
1.SV—— 污泥沉降比，又叫 30min污泥沉降率
SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量，
同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。
2,SVI—— 污泥容积指数（污泥指数）
曝气池出口处的混合液经 30min静沉后，每 g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积 — mL/g
17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）
Xe)QwQ(Q w X rX
)d(XVXC
曝气池内活性污泥总量式中 ——VX,
每日排放污泥量——X?
SVI在习惯上只称数字，而把单位略去
SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能要维持曝气池一定的 MLSS（如 3000mg/L）的情况下,SVI值越高，
则要求的污泥回流比 R就越大，但当 SVI值高达 400mL/g时，则难于用提高 R来维持曝气池一定的 MLSS浓度。
3.θ C—— 污泥龄（生物固体平均停留时间）系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量（ Δ X）
θ C的定义式 （ 17－ 10）
活性污泥在曝气池内的平均停留时间 —— 生物固体平均停留时间。
（ 17－ 9）
将△ X（ 17-9）式代入（ 17-10）式：
Xe)QwQ(Q w X r
VX
C
可忽略不计0Xe
Q w X r
VX
C
S V I10Xr 6m a x?
（ 17-11）
（ 17-12）
(17-13)
Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。
drs
C
KYN1
(17-14)
容积负荷污泥负荷
B O DN
B O DN
V
S
d]/ k g M L S S B O D [ k gXVQSNFN 5aS
d/m B O D [ k gVQSN 35aV 曝气池
XNN SV
4,曝气池中有机污染物与活性污泥微生物比值的指标：
式中,S0—— 原污水中有机污染物的浓度（ BOD）,mg/L
X—— 混合液悬浮固体（ MLSS）浓度,mg/L
V—— 曝气池容积,m3
（ 17-16）
Ns=f(SVI) 见图 17-2
（ 17-15）
（ 17-17）
17,4 活性污泥反应动力学基础
17.4.1 概述
17.4.2 莫诺方程式
17.4.3 劳伦斯 —— 麦卡蒂方程式
MFNS? dtdsdtdx dtdo2
SK
XS
V
dt
ds
SK
S
VV
x,sf
dt
ds
S
m a x
S
m a x
SK
XS
dt
dx
SK
S
)X,S(g
dt
dx
S
m a x
S
m a x
vr22 VXbQSao)X,SHdtdo
17.4.1 概述其值不同，就会导致,
∴ 动力学是研究讨论下列函数关系：
∵,的变化
μ max
μ max
μ max
0
S
"
S=K s S=S ' S
K s +S
μ max S
μ =
2
μ =
图 17-5 莫诺方程式与其 μ =f(S)关系曲线
dt
ds
X
1
V
dt
ds
比降解速率：
降解速率：－
17.4.2 莫诺方程式
1,Monod（莫诺）公式的由来与演变
v max
v=v max
v=
2
v max
图 17-6 米- 门方程式与其v=f(S)关系曲线
SK
SVX
dt
ds)hkg/kg(
SK
SV
dt
ds
X
1V
S
m a x
S
m a x
1）米－门公式：（ 1913年）
纯酶 → 单一基质 酶促反应中基质比降解速率
)hkg/kg(SK SdtdsX1
S
m a x?
2） Monod公式（ 1942年）
微生物的比增长速率纯菌种 →单一基质
SKdt
dx
X
1
S
m a x
3） Monod公式（ 1950年）
微生物的比增长速率
（ 17-18）
异养微生物群体 →单一基质?
dt
ds
X
1V
r
VVr
Vr
m a x
m a xm a xm a x
SK
SV
SK
S
rSK
S
r
1
rV Sm a xSm a xSm a x
—莫诺方程式—SK SXVdtdsX1V
Sm a x?
∵
∴ （ 17-19）
（ 17-20）∴
4） Lawrence公式：（ 1960～ 1970年）
异养微生物群体（活性污泥） →污水中混合有机物证实有机物降解速率也符合 Monod公式
）（－
）（呈一级反应
2217 XSKXS
K
V
SK
XS
V
dt
ds
2117SKS
K
V
SK
S
VV
2
S
m a x
S
m a x
2
S
m a x
S
m a x
XtKSSLn 2
0
XtK0 2eSS
2,Monod公式的推论
1）当混合液中 S＞＞ KS则（ 17-20）式中 KS可忽略不计 —— 高有机物浓度将（ 17-22）积分：
(17-23)
(17-24)
SK
XSV
dt
ds
SK
SVV
S
m a x
S
m a x
－
呈分数级反应是连续函数SK SVV
Sm a x?
XKXVdtds
KVV
,
1m a x
1m a x
高有机物浓度
XSKdtds
SKV
,
2
2
低有机物浓度
2） 当混合液中 S在 S′～ S′′之间 —— 中等有机物浓度
3）一相说与二相说一相说 —— Monod公式二相说 —— Eckenfelder二相说 —— 非连续函数公式的推导完全混合曝气池中 dtds
曝气池二次沉淀池处理水回流污泥剩余污泥
Q
S
0
Q+ RQ
S e X
Q
S e
Q w X r
RQ S e X r
图17-7 完 全混合活性污泥系统的物料平衡
3,Monod公式的应用与参数的确定
XSKdtds 2
S＝ Se＜＜ S′′并为定值且处于减速生长期，属一级反应：
适合于
XSKdtds 2 （ 17-25）
在稳定条件下，对有机物进行物料平衡：
e0 R Q SQS? eS)RQQ(? Vdtds
＝ + （ 17-26）
进入曝气池 流出曝气池 在曝气池降解的
V
)SS(Q
dt
ds e0 （ 17-27）
：）2717（XSKdtds）2517（ 2 式得出代入将
e2e0e0 SKXt
SS
XV
)SS(Q （ 17-28）
当以 Se代替莫诺方程式（ 17-22）式中的 S得出：
eS
em a x
SK
XSV
dt
ds
（ 17-29）
V
)SS(Q
SK
XSV,）2917（）2717（ e0
eS
em a x
式后代入将并在等式两边同时除以 X得出：
tX
)SS(
XV
)SS(Q
SK
SV e0e0
eS
em a x
SK
SVSK
Xt
SSN
S
em a xe2e0rs
eS
em a xe2e0e0rv
SK
XSVXSK
t
SS
V
)SS(QN
（ 17-30）
（ 17-31）
0
e0
S
SS有机物的去除率由（ 17-30）式可知：
e2e0 SKXt
SS (17-32)
)XtK1(SXtSKSSXtSKSS 2ee2e0e2e0
XtK1
1
S
S
20
e
有机物地残留率
XtK1
XtK
XtK1
11
S
S1
S
SS
2
2
20
e
0
e0 去除率
（ 17-33）
（ 17-34）
4,K2,Vmax,KS的求定
1） K2的求定（图 17-8）
SKN SKXt SS e2rse2e0
2erse0 K，，S，NXt
SS 则直线的斜率即为则直作图为横坐标作图以为纵坐标即以?
（ 17-32）
0
S e (mg/L)
S0-Se
Xt
(kgBOD/kgMLSS2d)
K
2
1组
2组
3组
4组
5组图17-8 图解法确定 K
2
值
2） Vmax,KS的求定（图 17-9）
1
X
t
v max
S
0
-S e
=
K s 1 1
( ) )(v max S e v max
+
X
t
S
0
-S e
K s
v max
S e
1
K s
1
图17-9 确定常数值v max K s 的图解法将（ 17-30）式取倒数得：
e0 SS
Xt
max
S
V
K
eS
1
m axV
1= + （ 17-35）
为纵坐标 斜率 为横坐标 截距
5．对推流式曝气池的分析
1）分析与问题的提出
Q、S 0
RQ、S e、Xr
Q-Qw
Se、X e
Qw、X
r
处理水X,Se
(Q+RQ)
S由大→小；F/ M变化
X变化，取X
V PF
图 17- 10 推流式曝气池
Qw＜＜ Q,Xe≈0
Q
Vt,?水力停留时间定义
)1CC(K1C S T R ；CCLnK1PF,
i
0
i
0一级反应
2） 完全混合式、推流式二者水力停留时间的比较给水工程（第四版）,P249 表 14－ 3，
（ 17-36）
1SSXK 11SSXKQVt：
e
0
2e
012C F S T RC F S T R对于完全混合式 （ 17-37）
e
0
2
PFPF
S
SLn
XK
1
Q
V：t而对于推流式 （ 17-38）
Q
V
Q
Vtt PFC F S T R
PFC F S T R
PFC F S T R VV
则
CFSTR—— Continuous— Flow Stirred Tank Rector
PF—— Plug－ Flow
相同要使出水相同时当 eC F S T RPF0 S，XXX,S,Q?
1．概述
1） 单位微生物量的底物利用率 q
a
u
X
dt
ds
q
（ 17-39）
d
c
KYq1
drs
c
KYN1,1717 式而以 θ C,q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。
2） 劳－麦第一基本方程式
（ 17-40）
17.4.3 劳伦斯 —— 麦卡蒂方程式
SK
SXV
SK
SXK
dt
ds
s
am a x
s
a
u?
3） 劳－麦第一基本方程式：由 V＝ q推出有机物的降解速度等于其被微生物的利用速度。
有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度
Xa及有机底物浓度 S之间的关系。
（ 17-41）
2．劳－麦方程式的推论与应用
1） 处理水有机底物浓度 Se计算
d
c
m a x
d
c
s
e
K
1
YV
K
1
K
S （ 17-42）
Y—— 微生物产率,mg微生物量 /mg有机物量
Ks—— 半速度系数
（ 17-42）公式的推导：
由（ 17-8）与（ 17-30）式可得出：
d
es
e
m a xdrs
c
KSK SVYKYN1
（ 17-43）
：c上面等式两边都
cdc
es
em a x K
SK
SVY1
,SK es上面等式两边都
scdcdcm a xe
ecdscdcem a x
escdcem a xes
KKKYVS
SKKKSYV
SKKSYVSK
移项整理：
1KYVSKKK cdm a xescds
1KYV
K1KS
dm a xc
cdse
d
c
m a x
d
c
s
e
K
1
YV
K
1
K
S
均为常数仅取决于污泥龄处理水有机底物的浓度 m a xdce V,Y,K,S?
2） 反应器内活性污泥浓度 Xa的计算
cd
e0ca
K1t
SSYX
（ 17-44）公式的推导：
由（ 17-8）与（ 17-30）公式得出：
（ 17-44）
d
a
e0
d
a
e0
drs
c
K
VX
SSQ
Y
K
tX
SS
YKYN
1
移项,
a
e0d
c VX
SSYQK1
：VX a?等式两边同
e0d
c
a SSTQK
1VX
cd
e0c
d
e0
a K1t
SSY
K1V
SSYQX
（ 17-45）
3） 污泥回流比 R与 θc值之间的关系
a
r
c X
XRR1
V
Q1 （ 17-46）
而
S V I10X 6m a xr?
SKV 2?
qV?
SKq 2
4）完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导：
Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度
（ 17-47）
而
a
u
X
dt
ds
q
则
a2
u
SXKdtds
（ 17-48）
V
SSQ
t
SS
dt
ds,eee0
u
在稳定条件下 （ 17-49）
ae2e0 XSKV
SSQ,对于完混合式曝气池
qSK
V
SSQ
e2e0
或 （ 17-51）
（ 17-50）
5）活性污泥的二种产率（合成产率 Y与表观产率 Yobs）与 θ c的关系
Y—— 合成产率，表示微生物的增殖总量，没有去除内源呼吸而消亡的那一部分
Yobs—— 表观产率，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。
cd
obs K1
YY
17,5活性污泥处理系统的运行方式
17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法）
17.5.2 阶段曝气活性污泥法
17.5.3 再生曝气活性污泥法系统
17.5.4 吸附 — 再生活性污泥法系统
17.5.5 延时曝气活性污泥法
17.5.6 高负荷活性污泥法
17.5.7 完全混合活性污泥法
17.5.8 多级活性污泥法系统
17.5.9 深水曝气活性污泥法系统
17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统
17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法）
17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统
%90,B O D处理效果好
1．传统活性污泥法的特征：
1) 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行
2) 活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期 → 减速增长期 →
内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段
3) S由大 → 小,dO2/dt由大 →小。
3．缺点：
1)不适应冲击负荷和有毒物质因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。 ∴ 水质的变化对活性污泥影响较大
2)前段供氧不足，后段供氧过剩
3)Ns不高，曝气池 V大，占地大
2．优点：
∴ 池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段 DO浓度较低，沿池长逐渐增高
17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法）
传统活性污泥法流程图（图 17-11）
17.5.2 阶段曝气活性污泥法特点
1) 分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点
2) 提高了耐水质，水量冲击负荷的能力
3) 活性污泥浓度沿池长逐渐降低阶段曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-12）
17.5.3 再生曝气活性污泥法系统积较大而吸附段占的时间与容曝气池再生池,V21~41V
而吸附再生活性污泥法系统 V再生池 很大，
V吸附 仅 30～ 60min，容积小
17.5.4 吸附 — 再生活性污泥法系统特点
1) 吸附与再生分别进行，二沉池在二者之中
2) 吸附时间较短（ 30～ 60min），再生池只对回流污泥再生。
∴ 整个池容小于普通活性污泥法
3) 处理效果低于普通活性污泥法
4) 具有一定的耐冲击负荷的能力
5) 不宜处理溶解性有机物较多的污水吸附 — 再生活性污泥法工艺流程图（图 17-13）
17.5.5 延时曝气活性污泥法
tQVQVt ；、.1低负荷长时间曝气
2.特点
1) Ns非常小，只有 0.05～ 0.10 kgBOD/kgMLSS·d
2) 曝气时间 t长（ 24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容大
3) 出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只适合于小城镇污水处理（ Q≤1000m 3/d）。污泥不需进行厌氧消化处理
4) 基建费和运行费较高吸附 — 再生活性污泥法工艺流程图
17.5.6 高负荷活性污泥法
tQVQVt ；，.1不完全处理活性污泥法短时曝气
2.特点
1).曝气时间短（ 1.5～ 3.0h）。 Ns高（ 1.5～
3.0kgBOD/kgMLSS·d）,η BOD<（ 65～ 75） %。低
2).池容小，出水水质不好
17.5.7 完全混合活性污泥法
sNNF?
NF
特点
1) 耐冲击负荷，特别适应于工业废水处理
2) 池内水质均匀一致,各点相同，
3) 池内需氧均匀，动力消耗小于推流式
4) 出水水质比推流式差，活性污泥易产生膨胀各部分工况几乎完全一致，可通过 来调整工作情况完全混合活性污泥法工艺流程图（图 17-14）
特点
1) 当污水 BODu＞ 300mg/L，一级曝气池以采用完全混合式曝气池为好；（对水质水量冲击负荷承受力强）
2) 当污水 BODu＜ 300mg/L，一级曝气池可采用推流式
3) 当污水 BODu＜ 150mg/L，不应采用多级
4) 处理水水质好，但建设费和运行费均较高
17.5.8 多级活性污泥法系统
1.概述
1)亨利定律,C＝ H·P
式中,C—— 水中溶解氧饱和浓度
H—— 亨利常数
P—— 压力
2)
有利于微水中溶解氧饱和浓度 dtdCCCaKdtdCCP s2s?
生物的增殖和有机物降解
2,深水曝气池深水中层曝气池深水底层曝气池占地少混合液中,DO，dtdC
17.5.9 深水曝气活性污泥法系统
17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统
1,H＝ 50～ 100m,φ ＝ 1～ 6m
2,特征：
1) 氧的利用效率 EA高达 90％，动力效率 EP高达 6kgO2/KW·h；占地少
（传统活性污泥法 EA＝ 10％ ±,EP＝ 2～ 3）
2) 适用于各种气候条件，可不设初沉池
3) 适用于处理高浓度有机废水
％总供氧量转移到混合液中的氧量氧的利用效率 1 0 0E：——E AA
EP—— 动力效率,1KWh电能转移到混合液中的氧量，以 kgO2/KW·h
深井曝气池活性污泥法工艺流程图（图 17-15）
17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法）
1.气泡只有在形成与破碎的一瞬间有着最高的氧转移率，而与其在液体中的移动高度无关
2.可使用低压鼓风机，节省电耗,EP＝ 1.8～ 2.6kgO2/KW·h
浅层曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-16）
1．概述
17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统
aK40CCKdtdC 2sa2
空气 纯氧
20℃ Po 2＝ 0.21atm
Cs＝ 9.2mg/L
Po2＝（ 4.4～ 4.7）
3 0.21atm
Cs＝（ 4.4～ 4.7）
3 9.2mg/L
当维持曝气池 DO（ C）
＝ 2mg/L
则氧转移的推动力：
（ Cs－ C）＝ 9.2－ 2＝
7.2mg/L
（ Cs－ C）＝ 9.2－ 2＝
7.2mg/L
aK2.7CCKdtdC 2sa2
。5.5aK2.7 aK40dtdC
2
2 倍提高了对比空气氧转移速率也?
∴ 纯氧曝气氧转移推动（ Cs－ C）比空气曝气氧转移的推动力提高了 40/7.2=5.5倍，同时纯氧曝气氧转移推速率
2．特征
1) 氧的利用率 EA＝（ 80～ 90）％，而传统活性污泥法 EA仅为 ± 10％
2) MLSS＝ 4～ 7g/L，使 Nrv↑
3) SVI＜ 100，一般不会发生污泥膨胀
4) 剩余污泥量小
V↓
纯氧曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-17）
1
10
6
8
7
9
2
3
5
4
图 17-11 传 统活性污泥法系统
1--经预处理后的污水；2--活性污泥反应器--曝气池；3--从曝气池流出的混合液；4--二次沉淀池；5-- 处理后污水；6--污泥泵站；7--回流污泥系统；8--剩余污泥；9--来自空压机站的空气；10--曝气系统与空气扩散装置图 17-12 阶段曝气活性污泥法系统图 17-13 吸附－再生活性污泥法系统延时曝气 活性污泥法系统图 17-14 完全混合 活性污泥法系统处理水空气空气提升原污水回流污泥图17-15 深井曝气 活性污泥法系统图 17-15 深井曝气 活性污泥法系统
3
2
2/3- 3/4B
B
2
0.6-0.8
0.6-0.8
1/4-1/3B
1
3
图 17 -16 浅层曝气曝气池
1-空气管；2 -曝气栅；3- 导流板图 17-16 浅层曝气 活性污泥法系统阻流板回流污泥原污水氧曝气池盖搅拌用电机气体循环搅拌用空压机废气混合液流向沉淀池搅拌叶轮喷气管图 17-14 纯氧曝 气曝气池构造图
(有盖 密封式)
图 17-17 纯氧曝气活性 污泥法系统
17,6 曝气的基本理论
17.6.1 氧转移原理
17.6.2 影响氧转移的因素
17.6.3 曝气设备类型
17.6.4 需氧量与供氧量的计算
dX
dCDV
Ld
值单位长度内的浓度变化浓度梯度,——dXdC
1．扩散过程的基本规律 —— 菲克（ Fick）定律式中,Vd—— 物质的扩散速率，单位时间、
单位断面上通过的物质数量
DL—— 扩散系数
（ 17-52）
17.6.1 氧转移原理
2．双膜理论与氧总转移系数 KLa
x
f
P
g
P
i
C
i
C
紊流气相主体气膜液膜液相主体紊流界面
（层流）
图 17-18 双膜理论模型
dX
dCD
A
dt
dM
V,V Ldd的定义式扩散速率
dX
dCAD
dt
dM
L
：54)-(17X CCdXdC
f
s 得出代入上式将
fsL X CCADdtdM
CCVX ADVdt
dM
s
f
L
CCKdtdC sLa
1) (17-53)
（ 17-54）
将（ 17-55）式两边同除以 V：
KLa小，
则氧转移过程中阻力大
KLa大，
则氧转移过程中阻力小
（ 17-55）
（ 17-56）
（ 17-57）
d)/m( k g O RdtdC 32r
/ d )( k g O ORVRVdtdC 22r
2) 曝气原理
(1)O2在气膜、液膜中进行分子扩散，而在气相和液相主体中进行对流扩散
(2)传质的阻力集中在双膜，但因 O2是难溶气体,∴ 氧转移的决定性阻力又集中在液膜内
(3)O2通过液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率
∴ 通过液膜的氧转移速率 （ kgO2/h）
CCAKCCAKX CCADdtdM sLsL
f
sL
/ h )(m ——D,2L 液膜中氧分子扩散系数式中
( m ) ——X f 液膜厚度
/ m )(k g / m ——X CC 3
f
s 液膜中氧的浓度梯度?
( m / h ) ——XDK
f
LL 液膜中氧转移系数?
在单位容积内氧的转移速率（ kg/m3?h）
CCaKCCVAKdtdCdtdMV1 s2sL
V
AKK LLa?
CCaKdtdC sL
t3.2KCC CClg La
s
0s
m
1
V
A，
h
m：K
V
AKaK
LLL 的单位为的单位为式中?
将（ 17-55）式两边都除以 V（曝气池容积）：
令式中,KLa—— 氧的总转移系数（ h－ 1）,KLa大则阻力小，反之亦然。
整理后积分得：
（ 17-58）
所需要的时间提高到浓度从表示曝气池的单位为而的单位为 s
aLLa
CCDO，hK 1，h1K?
如纯氧曝气、深井曝气提高气相中氧分压提高而提高提高
:C
V
A
X
DaK:aK
dt
dC
s
f
L
LL
KLa—— 氧总转移系数是评价空气扩散装置的重要参数。
值求出曲线～作出 dtdC，tC
直线～作 CdtdC
3,KLa的测定
1) 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
RCCaKdtdC sL
m g / L,——C,s 度混合液的溶解氧饱和浓式中?
0，DO，CCaKR，,sL 直至为混合液中此时使活性污泥悬浮采用小曝气量
,逐时定点测定直至饱和值混合液中然后用大曝气量 ssL CDOCCaK，R
dt
dC，tC 求出曲线～作出 直线～作 C
dt
dC
2) 对曝气池混合液的测定对于混合液，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：
（ 17-59）
R—— 活性污泥微生物的耗氧速率 R（ mg/L?min）
RCCaKdtdC sL根据
dtdCRCaK sL aCKL
可写为,－ （ 17-61）
截 距 斜率
CCaKdtdCVdt
dM
sL
—气压—
℃—温度—
—水中的含盐的浓度—
P
T
L/mgS
P,T,SfC s
]T,SfCa t m1[C)1961(rE c k e n f e l d e s ( 7 6 0 )7 6 0s?下的即 推荐用下式计算年
T5.33 s65.24 7 5C 7 6 0s
T5.33 s65.247510013.1CPCC 57 6 0s7 6 0sPs ＝所在地实际气压
17.6.2 影响氧转移的因素
1,Cs—— 氧的饱和浓度式中,S—— 含盐量 （ mg/L）
T—— 温度 ℃
式中,ρ —— 压力修正系数
（ 17-62）
（ mg/L）
而
s
s
C
C
自来水中的污水中的
ss CC
ss CC则
对于 T,P一定时,Cs就只与含盐量 S有关，即 Cs＝ f（ S）
∴ 采用 β 因子来修正溶解盐类对 Cs的影响当考虑气压和含盐量的影响
（ 17-64）
清水中污水中
aK
aK
L
L
aKaK LL ＝污水中
2．污水的水质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 — COOH O
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，增加了氧转移过程的阻力 → KLa↓
引入 α 因子来修正表面活性物质对 KLa的影响
（ 17-65）
（ 17-66）
CCaKdtdC sL
20T20LTL 024.1aKaK
dt
dC
CCCT
dt
dC
aKT:aKT
ss
LL 扩散?
。，dtdCT 但并不会完全抵消有二种相反的影响对?
3．水温当 15～ 30℃ 时：水温低对氧转移有利
30～ 35℃ 时：水温较高对氧转移有利
4．紊动强度
1) 低紊动程度液体内部对氧转移过程的阻力比液膜的阻力大得多。
∴ 液体运动对 α值几乎没有影响
2) 中等紊动程度液体内部对氧扩散过程的阻力减小，此时液膜阻力将控制氧扩散速率，此时 α值达到最小值
3) 高度紊动打碎液膜,α值将接近于 1
1．曝气系统
1）鼓风曝气：空气加压设备（鼓风机） →管道系统 →扩散装置（曝气器）
机械曝气：曝气叶轮曝气转刷图 17-19 两种曝气示意图
17.6.3 曝气设备类型
搅拌混合充氧
％总供氧量转移至混合液中的氧量 100E A
2） 曝气器的作用
3） 曝气器的主要指标
（ 1) 动力效率 EP：（ kgO2/KW?h）
（ 2) 氧利用效率 EA（氧转移效率）
（ 3) 充氧能力 EL：（ kgO2/h）
① 对鼓风曝气性能以 EP,EA来评定
② 对机械曝气性能以 EP,EL来评定。无法用 EA来评定
2．鼓风曝气空气扩散装置（曝气器）
图 17-20 新型高效曝气器
1）微气泡空气扩散装置（ EA＞ 10％，气泡直径＜ 1.5mm） EA EP（ kgO2/KW?h）
(1)
扩散板匣扩散板沟扩散板
3003 3003 35（ mm）
（ 7～ 14）％ 1.8～ 2.5
(2) 扩散管：组成扩散管阻 （ 10～ 13）％ 2.0
φ 60～ 100mm； L＝ 500～ 600mm
(3) 固定式平板型微孔空气扩散器 图 17-21 （ 20～ 25）％ 4～ 6
(4) 固定式钟罩型微孔空气扩散器 图 17-22 （ 20～ 25）％ 4～ 6
(5) 膜片式微孔空气扩散器 (图） （ 27～ 38）％
mm500L
mm70微孔扩散管
(7) 曝气软管 （ 25.3～ 32.5）％ 4.5～ 8.6
(6) 摇臂式微孔空气扩散器 （ 18～ 30）％
2）中气泡空气扩散装置（气泡直径 1.5～ 3.0mm） EA EP（ kgO2/KW?h）
mm1 0 0~50L
mm5~3d50,25
间距小孔～管径
(2) Wn－ 180型网状膜空气扩散装置 (图） （ 12～ 15）％ 2.7～ 3.7
(1) 穿孔管（单管，双管，栅状） （ 4～ 6）％ 1.0
3）水力剪切式空气扩散装置 EA EP（ kgO2/KW?h）
(1) 倒盆式空气扩散装置 图 17-23 （ 6.5～ 8.8）％ 1.75～ 2.88
(2) 固定螺旋空气扩散装置 图 17-24 10％ ± 2±
(3) 金山 Ⅰ 型空气扩散装置 图 17-25 8％ EL＝ 0.41（ kgO2/h）
4）水力冲击式空气扩散装置
(1) 密集多喷嘴空气扩散装置 图 17-26
(2) 射流式空气扩散装置 ＞ 20％ 图
5）水下空气扩散装置：充氧、搅拌
(1) 上流式水下空气扩散装置,图 17-27
(2) 下流式水下空气扩散装置,图 17-28
3．机械曝气装置
1）竖轴式机械曝气装置
(1) 泵型叶轮曝气器 图
(2) K型叶轮曝气器 图
(3) 倒伞型叶轮曝气器 图 17-29
(4) 平板型叶轮曝气器 图 17-30
2）卧轴式机械曝气装置曝气转刷 图 17-31
气泡扩散板通气螺栓螺母胶粘支托板胶圈配气管图17-21 固定式平板型微孔空气扩散器铜螺杆空气扩散管配气管图17- 22 固定式钟罩型微孔空气扩散器膜片式微孔空气扩散器网状膜空气扩散装置
1
2
3
4
5
6
152
74
G1 8.15
(3 /4
"
)
图17-23 塑料倒盆式空气扩散装置
1-- 倒盆式塑料壳体2--橡胶板；3- -密封圈；
4-- 塑料螺杆；5-- 塑料螺母；6--不锈钢开口销图 17-24 固定式单螺旋空气扩散装置
18个 牙
140
G50(2
"
)
51
(a)
G50(2
"
)
R
图17-25 金 山I型 空气扩散装置
(a) 扩散装置；(b)钢管接头
7000
2000
3500
1500
650
3000
3000
150
1300(长3600)
水位
65
15°
(a)
(b)
1
2
3
4
5
图17-26 密集多喷嘴空气扩散装置
(a)反射板剖面图；( b)装置轴侧图
1--空气管；2 --支柱接工作台；3- -反射板；4--曝气筒；5 --喷嘴射流式水力冲击空气扩散装置水气泡空气图 17- 27 上流式水下空气扩散装图 17-28 下流式水下空气扩散装置泵型叶轮曝气器
K型叶轮曝气器图 17-29 倒伞型叶轮曝气器
3
1
2
4
n
D
K
h
3
H
a
图 17-30 平板形叶轮曝气器构造示意图
1--驱动装置；2--进气 孔；3--叶片；4--停转时水位线图 17-31 转刷曝气器
s1s CC
( m g / L ) a t m1——C,s 下的氧的饱和溶解度式中
21
21 —— 浓度系数在池底气泡生成时氧的
45b
5
b 10H10013.1P，
10013.1
P ——
而压力修正系数
5
bs1s
10013.1
P
21
21CC
1,Csb—— 曝气池中氧的平均饱和溶解度的计算 —— Oldshue奥特休计算法
1） Cs1—— 曝气池池底气泡生成时氧饱和溶解度（ mg/L）
17.6.4 需氧量与供氧量的计算
s2s CC
分浓度气泡升至液面时氧的百 式中 ——O21O,tt
5
5
10013.1
10013.1
5
5
t
s2s 100 1 3.1
100 1 3.1
21
OCC
2） Cs2—— 气泡升至液面时氧饱和溶解度（ mg/L）
5
bt
s
t
s5
b
s
2s1s
sb 10026.2
P
42
OC
2
21
OC
10013.1
PC
2
CCC3）
A
At
E12179
E121O
＝
气泡内空气量气泡内氧量
%1 0 0SRE 0A 供氧量氧转移量百分数气泡中未被转移的氧的——E1 A?
气泡中未被转移的氧量——E121 A?
气泡离开池面的空气量——E12179 A
4）求 Ot—— 气泡从曝气池逸出时氧的百分数（％）
式中,EA—— 扩散装置（扩散器）的利用效率，一般为 6～ 12％
2．转移到曝气池总氧量的计算 —— R的计算在稳定状态下，即曝气池中 DO浓度不变（供氧速率＝耗氧速率），
即氧的转移速率
d)/m( k g O R d)/m( k g O dtdC,32r32速率
/ d )( k g OVR / d )( k g OVdtdC,2r2 供氧量
而
CCaKdtdC sbL
（ 17-67）
溶解盐的影响的影响温度对考虑废水水质的影响,)024.1aK( K,)a( 20T20L La（ β ）及气压对 Cs（ T）的影响（ ρ ）。
rTsb20T20L RCC0 2 4.1aKdtdC
（ 17-68）
在上式（ 17-68）两边同乘以 V（曝气池容积），
则得出转移到曝气池的总氧量 R为,
VRVCC024.1aKdtdCVOR rTsb20T20L2
（ 17-69）
VCaKdtdCVR 20sb20L0
VC RaK
20sb
020L
,aK,67)-(17 VC RaK 20L
20sb
020L 得出式中代入将?
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
3．曝气设备在标准条件下（ 1atm、水温 20℃,脱氧清水）脱氧清水中氧总转移量 R0的计算在标准条件下,α ＝ 1,β ＝ 1,ρ ＝ 1,C＝ 0
在标准条件下曝气设备的供氧量：
（ 17-70）
（ 17-71）
RfR 61.1~33.1RR,00 一般
e0r SSS,式中而上式中的 R=O2=a′QS r+b′VX v
实际上，处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为 R，我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量 R的要求。然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气设备的性能的 KLa(20)。
∴ 首先要确定曝气池混合液所需的总氧量 R 再求出再标准条件下曝气设备应转移的总氧量 R0，这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的总氧量 R的要求 选定设备。
%100SRE 0A 曝气器供氧量 氧转移量
s
0Ass
G3.0
RE ( k g / h ) G3.043.1%21GS,式中
/ h )(m 1 0 0E3.0 RG / h )(m,G 3
A
0s3s—供气量—式中
4．氧转移效率 EA（氧的里利用效率）与供气量 Gs
（ 17-72）1）
2）
/ h )(m 100E3.0 RG 3
A
0
s供气量
（ 17-73）
/ h)(kg O DV379.0RQ 288.18.20os
/ h )( k g O —— Q,2os 充氧量度泵型叶轮在标准条件下式中
) m / s ( n601DV
5．机械曝气标准条件下充氧量（氧转移总量） Qos的计算
1） Qos的计算
（ 17-74）
V—— 叶轮线速度 （ m/s）
式中,n—— 叶轮转速 （转 /分）
D—— 叶轮直径
K1—— 池型修正系数（表 17-14）
池型修正系数分 建 式圆形曝气沉淀池圆池 正方池 长方池
K1
K2
1
1
0.64
0.81
0.9
1.34
0.85～
0.98
0.85～
0.87
池型修正系数 表 17-14
K1—— 充氧量 Qos的池型修正系数
K2—— 泵型叶轮轴功率 N公式中的池型修正系数
208.23 KDV0 80 4.0N?
际需氧量计算出曝气池混合液实由 VXbQSaOR Vr2
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
188.18.20os KDV379.0RQ
208.23 KDV0 80 4.0N?
2）叶轮轴功率 N的计算
3）机械曝气计算程序计算标准情况下的供氧量 R0
由（ 17-74）公式确定叶轮直径 D
确定叶轮轴功率 N
（ 17-77）
（ 17-75）
（ 17-76）
17.6.5 曝气池的型式与构造
1,曝气池的类型
（ 1） 根据混合液流动形态,可分为 推流式,完全混合式和 循环混合式 三种；
（ 2） 根据采用曝气方法,可分为鼓风曝气池,机械曝气池以及二者联合使用的机械 鼓风曝气池； （ 图 ）
（ 3） 根据平面形状,可分为长方廊道形,圆形,方形 以及 环状跑道形 等四种；
（ 4） 根据曝气池与二沉池之间的关系,可分为合建式 （ 即曝气沉淀池 ） 和分建式两种 。
2,曝气池的流态
① 推流式曝气池
② 完全混合式曝气池
③ 循环混合式曝气池, 氧化沟
3,曝气池的构造曝气池在构造上应满足曝气充氧,混合的要求,因此,曝气池的构造首先取决于曝气方式和所采用的曝气装置 。
循环混合式曝气池环状跑道形曝气池氧化沟
17,7 活性污泥处理系统的工艺设计
17.7.1 概述
17.7.2 曝气池（区）容积的计算
17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计
☆ 本教材设计举例
1．工艺设计内容
1）工艺流程选择
2） V曝气池、曝气池工艺尺寸
3）需氧量、供气量的计算及曝气系统设计
4）回流污泥量（ RQ）剩余污泥排放量 QW与回流污泥系统的设计
5）二沉池的设计计算
2．原始资料与数据
1） 曝气时间 t＞ 6h，曝气池设计流量为 Q平均日
2） 曝气时间 t＝ 2h±,曝气池设计流量为 KzQ平均日
3） 曝气时间 t＝ 3～ 6h，曝气池设计流量为 KdQ平均日（最大平均日）
3．应确定的主要参数
1） Ns MLSS（ MLVSS） R SVI SV％
2） Kz Y Kd a′ b′
4．处理工艺流程的确定
17.7.1 概述
d)L S S( k g B O D / k g M VXQSN as
XN
QSV
s
a
17.7.2 曝气池（区）容积的计算
（ 17-9）
（ 17-78）
e2V ea SKtX
SS由
ea
aa ea
SSS
S
SS?
f
XX,
X
X
M L V S S
M L S Sf VV
1,Ns的确定
1）完全混合式曝气池
（ 17-32）
,VXQSN ) 12-17 ( X,S asa 中得出式代入将?
fSK
tX
fSS
VX
fQSSN e2
V
ea
V
eas
式中,K2—— 0.0168～ 0.0281
工业废水 K2值见表 17-17
对于城市污水：
Ns＝ 0.3～ 0.5（ kgBOD5/kgMLSS?d） 则 η ≥90 ％,SVI＝ 80～ 150
（ 17-79）
fSKN e2
s计算按完全混合式曝气池来
1918.1es S01 29 5.0N?
fNfSKN rse2
s?
drs
C
xrs KYN1
f
NN
代入
3KYN 1
drs
C 日求出
2）推流式曝气池按经验计算式计算根据 Ns值，复核 SVI值如果要求进入硝化阶段，则应使 θ C＞ 3日
（ 17-80）
图 17-32 运行中的推流式曝气池
2,X的确定
X高,V小，但 X不能太高，应考虑以下三个因素
1〉 供氧的经济性与可能性
X太高，粘滞性 ↑,O2的扩散阻力增大，扩散器的动力费用 ↑
X太高，需氧量太大，扩散器的供氧＜活性污泥的需氧，满足不了活性污泥对氧的需要。对空气曝气而言，要求供氧量太大则为不可能。
∴ X太高，即不经济也不可能不经济
2〉 活性污泥的凝聚沉淀性能
X＜ Xr，而 Xr与活性污泥的沉淀性能、浓缩时间有关
1,2r,rS V I10X 6r 一般为式中
∴ X r与 SVI成反比，当 SVI＝ 100±,
则 Xr在 8000～ 12000mg/L之间
3〉 二沉池与污泥回流设备的造价
X太高，二沉池负荷大，二沉池造价高
X太高,RQ回流污泥量大，回流污泥设备的造价与动力费用 ↑
ewrwr XQQXQR Q XXRQQ
0XQQ0X ewe
rwrwr XQQXQR Q XXRQQ
R1
R
R1
Q
QR
RQQ
QRQ
X
X
w
w
r?
0QQ,QQ ww
rXR1
RX
X的确定
（ 1） 进入二沉池的污泥量应等于从二沉池流出的污泥量：
（ 17-81）
XRQQR Q X r
XRQQXQR Q X rwr
rS V I10X
6
r
rS V I10R1 RX 6
对曝气池进出的污泥量进行物料平衡,
（ 2）应为进入曝气池的污泥量加上曝气池内净增污泥量等于流出曝气池的污泥量：
（ 3） 按（ 17-83）式计算出 X
在考虑上述三个因素的基础上，参考表 17-18，确定 X
（ 17-82）
（ 17-83）
vr2 VXbQSaOR
vrhm a x2 VXbQSKaO
1．活性污泥需氧量（ R＝ O2）与曝气设备供气量（ Gs）的计算
1）需氧量计算
（ 1） 日平均需氧量
（ 2） 最大时需氧量（ O2） max
)Pa(H108.9100 1 3.1P 35b
%1 0 0E12179
E121O
A
At?
2）供气量（ Gs）计算
（ 1） 计算 Csb
42O1020 6.2 PCC t5bssb
17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
20TTsb
20sbm a x2
m a xo 024.1CC
COR
（ 2）求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量 R0
日平均供氧量 R0
最大时供氧量（ R0） max
（ 17-71）
（ 17-71）
（ 3）求曝气设备供气量 Gs
平均时供气量
100E3.0 RG
A
0
s
（ m3/h） （ 17-73）
最大时供气量（ Gs） max
100E3.0RG
A
m a x0
m a xs
（ m3/h）
2．鼓风曝气系统的计算与设计图 17-33 空气扩散装置（曝气器）
1）空气扩散装置（曝气器）的选定与布置要求 EA,EP较高，且不易堵塞
2）空气管道系统的计算与设计
（ 1）经济流速：
主干管、干管,10～ 15 m/s
竖管、支管,4～ 5 m/s
然后根据 Q,V查附录二求出对应的管径
（ 2）阻力损失计算
＝总h 管h 扩散器h＋ 7.14? KPa（ 1.5mH2O柱）
＜ 4.9 Kpa ＜（ 4.9～ 9.8） KPa
21 hhh管式中,h1—— 沿程阻力损失，查附录三求出
h2—— 局部阻力损失，换算成当量长度 l0来计算
) m ( KD5.55l 2.10?当量长度
) m ( LLL 0 设计＝计算长度
ilhiOmH6C30DQVQ 20 ＝阻力损失柱空气压力为 管
K是长度换算系数表（ 17-23）
由计算长度 L来查附录三，求出 h管
（ 17-84）
（ 3）鼓风曝气压缩空气的绝对压力 P
5
54321
h
hhhhhP
（ 17-85）
4321 hhhhH
321 hhh K P a 8.9H5.1h 4
台数来确定鼓风机的型号与根据 hhhhH GQ
4321
s
式中,h1—— 管路沿程阻力损失（ Pa）
h2—— 管路局部阻力损失（ Pa）
h3—— 曝气器的阻力损失（ Pa） 查产品样本
h4—— 曝气器安装深度（ m＝ 9.83 103Pa）
h5—— 所在地区的大气压（ Pa）
（ 4）空压机所需压力 H
估算空压机所需压力 P=
（ 5）鼓风机的选择同型号,≤ 3台 备用 1台
≥ 4台 备用 2台
1.5mH2O柱
vr2 VXbQSaOR
20TTs
20sb
0 0 2 4.1CC
RCR
188.18.20os KDV379.0RQ
208.23 KDV0 80 4.0N?
3 机械曝气装置的设计
1）选择叶轮型式
2）确定叶轮直径与轴功率
5171
7171
D
D
～：
倒伞型叶轮平板型叶轮
～：泵型叶轮：
池叶轮
5
2~
4
1
H
D?
水深叶轮
3）其它要求调节叶轮速度和淹没深度
QRQ R
R XR1 RX ) 83-17 ( r 推出污泥回流比式由
XX
XR
r?
4,污泥回流系统的设计与剩余污泥处置
1〉 污泥回流系统的设计
（ 1）回流污泥量的计算（ QR）
（ 17-86）
SVI,X,Xr三者之间关系
SVI会在一定范围内变化，要维持一定的 X，则 R就应加以调整变化同时 X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整 X也需要调整 R
（ 17-87）
∴ 设计应按 Rmax设计，并有几极较小回流比条件下工作的可能性，使 R可以调整
rS V I10X
6
r
rS V I10R1 RX
6
XX
XR
r?
（ 17-87）
（ 17-7）
（ 17-83）
（ 2）污泥提升设备的选择与设计
① 污泥泵（轴流泵）
效率高、运行稳定，不会破坏活性污泥絮体。设回流污泥泵站，适用于大、中型污水厂
1nhh 2m in1
5.0hh h,
21
1?
在一般情况下
② 空气提升器设在二沉池排泥井或曝气池进口处的污泥井内一座污泥回流井只设一台空气提升器，并只接受一座二沉池污泥斗来的污泥升液筒在井内的最小淹没水深 h1 （ mm）
式中,n—— 密度系数，一般为 2～ 2.5
h2—— 需提升的高度
空气用量 Qu＝（ 3～ 5） Qmax提升污泥量查设计手册
（ 17-88）
h
1
0.2m
h
2
回流污泥液面回流污泥泵底来自二次沉淀池空气图17-34 空气提升器构造示意图
③ 潜污泵
④ 螺旋泵图 17-35 螺旋提升泵的基本构造
) m i n/r (
D
50V
3 2j?最佳转速
jgj V1.1VV6.0
jg V1.1~6.0V?
) mm ( 1D1420.0
（ 17-89）
式中,D—— 螺旋泵的外缘直径（ m）
工作转速 Vg
安装倾角,α ＝ 30～ 38°
泵体外缘与导槽内壁之间的间隙 δ
优点与缺点：
效率高，节省能耗
不堵塞，维护管理方便
转速较慢，不会打碎活性污泥絮体
无其它附属设备，直接设在曝气池与二沉池之间,∴ 应用广泛
缺点是占地较大
（ 17-90）
) d/V S S k g ( VXKY Q SX vdr
) V S S k g / d ( fXQX rs
剩余污泥式中 ) d/m ( QQ,3ws?
75.0
X
X
M L S S
M L V S Sf
r
vr
/ d )(m fX XQ 3
r
s
2 〉 剩余污泥及其处置
(1) 剩余污泥
（ 17-15）
（ 17-91）
（ 17-92）
污泥浓缩
—澄清—泥水分离功能
(2) 处置
① 将含水率为 99％的剩余污泥送入浓缩池浓缩 （ 96～ 97）％
含水率的污泥再与初沉池污泥一起去进行厌氧消化
② 将含水率为 99％的剩余污泥 → 初沉池，起生物絮凝作用，提高初沉池去除效果。但是增大了初沉池负荷，提高了进入曝气池的
BOD浓度，增加了曝气池负荷
③ 剩余污泥（ ρ ＝ 99％） → 浓缩 → 与初沉池污泥相混合，并投加混凝剂后采用机械脱水。
5,二沉池
2) 特点
(1) 同时具有泥水分离和污泥浓缩的二种功能，要求池表面积 A较大
(2) 进入的混合液污泥浓度高，且具有絮凝性，属于成层沉淀
(3) 因为活性污泥质轻，出流堰负荷比初沉池小，为 ≤ 1.7L/m?s，
初沉池为 ≤ 2.9 L/m?s
1)
（二沉池）水平 m a xV（初沉池）水平 m a xV32
同时 ＝
5mm/s 7mm/s
(4) 静水压力排泥的静水头 ≥ 0.9mH2O柱 参见：图 17-36
0.5m
50°
i
1
H
2
图 17-3 6 沉淀池静水压力排泥
1--排泥管；2--集泥斗
固体通量法表面负荷法二沉池设计
)(m u6.3 QqQA 2
3)
(1) 沉淀池表面积 A
式中,u—— 成层沉淀之沉速,mm/s
（ 17-93）
(2) 澄清区水深 H1
tqAQtH 1
式中,t—— 水力停留时间（ h），一般为 1～ 1.5h
（ 17-94）
r
r
XX
XQR14
XX21
XQR12VVVV
＝
圆筒污泥区锥体污泥斗
锥体污泥斗锥体污泥斗圆筒污泥区 ＝＝ VVXX XQR14VVVV
r
(3) 污泥区容积 V
设计二沉池贮泥时间为 2h
(4) 圆筒部分污泥区高度 H2
A
VH
2
圆筒污泥区?
(5) 池边水深（有效水深） H
H＝ H1 + H2 + h2 ＝ H1＋ H2＋ 0.3
澄清区 污泥区 缓冲层
(6) 池总高度 H总
H总 ＝ H + h1 + h3 + h4
池边水深 超高 池中心与池边落差 污泥斗高度
h1—— 导流区高度
h2—— 曝气筒直壁段高度
h3—— 沉淀区水深 1～ 2m
H:(0.8～ 1.2m)—— 曝气筒保护高度
6,曝气沉淀池各部分尺寸的确定
1) 池体受搅拌器的限制：
（ 1） D≤20m,∵ 受充氧能力和搅拌能力的限制,D不能过大
（ 2） H水深 ≤5m，太深，搅拌不好，池底易于积泥结构尺寸的要求：
（ 3） h3（沉淀区水深）＝ 1～ 2m，过小就会影响上升水流的稳定
（ 4） 曝气筒保护高度 0.8～ 1.20m
（ 5） 曝气筒直壁段高度 h2＞导流区高度 h1
且（ h2－ h1） ≥0.414B（ B为导流区宽度）
B
b
h
2
H
h
1
h
2
V
2
V
1
D
3
D
2
D
1
|Δ
L
D
4
D
5
图 17-37 曝 气沉淀池各部位图示
nV6.3
R1Qf ) ( 2 0 0 m m / s § 1 0 0V
1
1
过窗流速～
F )(s/mm15V 2 导流区面积导流区下降流速
23
2
2 VV ； nV6.3
R1QF
—沉淀区面积—
—导流区面积—
—曝气区面积—
3
2
1
F
F
F
—回流缝面积—
—每个回流窗孔面积—
—回流窗孔总面积—
2
1
f
f
f
2) 回流窗回流窗总长度为曝气筒周长的 30％ ±,其调节高度为 50～ 150mm
3) 导流区
4) V4＝ 20～ 40mm/s? 确定回流缝的宽度 b,b一般取值为 150～ 300mm，
顺流圈长度 L＝ 0.4～ 0.6m。该结构形式为防止曝气区混合液和气泡窜入污泥回流区，干扰沉淀；同时要使回流污泥顺利回流入曝气区。
s/mm4020V
VV
s/mm15V
s/mm2 0 01 0 0V
4
23
2
1
～
～
B4 14.0hh hh
12
12
且
5) 池底斜壁与水平呈 45°
6)结构容积系数为（ 3～ 5）％
※ 回流缝设计：
先确定回流缝的宽度 b（ 150～ 300mm）
确定顺流圈长度 L＝ 0.4～ 0.6m
校核回流缝内污水的流速 V4（ 20～ 40mm/s）
41.1 bLDbf 42先求回流缝过水面积则
s/mm40~20nf6.3 QRV
2
4
7,处理水的水质
1)出水总的 BOD5＝ 溶解性 BOD5＋非溶解性 BOD5
（ Se）
2)出水中 SS＝ Ce ＝ 20～ 30mg/L
（ Xe）
) CbX1.7CbX42.1 ( 5B O D eaea5
每日氧化掉的微生物量非溶解性3) （ 17-95）
式中,Ce—— 出水中 SS浓度（ mg/L）
Xa—— 活的微生物在出水中 SS中所占比例
4.0X
1.0X
8.0X
a
a
a
其它活性污泥法延时曝气高负荷率
b—— 微生物自身氧化率（ Kd）,0.05～ 0.10 kg/kg?d（ d－ 1）
42.11 1 3 11 6 0X
1.42—— 氧化 1g微生物体所需氧量 1.42g
C5H7NO2+5O2→5CO 2+NH3+2H2O
113 160
1 X
5—— 五天的 BOD培养期
4) 处理出水中总 BOD5值：
eae5 CbX1.7SB O D总
Se值是从滤后水样测出的，则出水总的 BOD5值应按（ 17-96）
计算得出
Se值是从滤后水静沉后水样测出，则 Ce值从静沉下污泥中测出，总的 BOD5按（ 17-96）计算得出
Se值是从搅拌过的水样中测出，则测出的 Se值即为总的 BOD5
（ 17-96）
例题 17-1,已知 Q=30000m3/d,Kh=1.4,S0=225mg/L,Se=25mg/L，一级处理的
ηBOD5=25%
要求,? 计算确定曝气池工艺尺寸
计算设计鼓风曝气系统
☆ 本教材设计举例解：
一、曝气池各主要部位尺寸的计算与确定
1．处理程度 η 的确定
〈 1〉 进入曝气池污水 75.1 6 8%2512 2 5S
a
mg/L
〈 2〉 出水中非溶解性 BOD5=7.1bXaSe 4.62509.01.7 mg/L （ 17-96）
处理水,BOD5（总） ＝ Se + BOD5 = Se + 7.1bXaCe
溶解性 非溶解性 ↓ ↓
25mg/L 18.6 mg/L + 6.4 mg/L
%2.8575.1 6 8 2575.1 6 8;%9075.1 6 8 6.1875.1 6 8
m g / L 6.184.625CbX1.725B O D ea5出水中溶解性
%9075.1 6 8 6.1875.1 6 8S SS
a
ea
〈 3〉
〈 4〉
2．运行方式传统活性污泥法,阶段曝气活性污泥法,吸附－再生活性污泥法集中从池首进水 沿曝气池多点进水 沿曝气池某点进水和进回流污泥 从池首进回流污泥 从池首进回流污泥
3．曝气池计算与设计
〈 1〉 Ns的确定首先拟定 Ns＝ 0.3，然后用下列公式校核
d/ k g M L S Sk g B O D 3.09.0 75.06.180 1 8 5.0fSKN 5e2s
（ 17-97）
〈 2〉 确定 X
由 Ns查图 17-2得出 SVI值为 100～ 120，取 120，并取 R＝ 50％，根据
（ 17-
83）式计算 X
m g / L 3 3 3 32.11 2 0105.01 5.0rS V I10R1 RX 66
取整 X＝ 3300 mg/L
〈 3〉 确定曝气池容积 V
3
s
a m 5 1 2 1
3 3 0 03.0
1 6 93 0 0 0 0
XN
QSV?
； 4,2 mH ； m 256025121V,,3 则取池水深则每座池容每组一座设二组曝气池
。 21 07.12.4 5.4B ＝ 4,5 m ；B ； m 6.6092.42560F 2 之间～在则取池宽每座池的表面积
m5.1 3 55.4 6.6 0 9BFL 池长
m 1.275 5.1 3 5L,5 1每廊道长个廊道设
〈 4〉 确定曝气池各部位尺寸取超高 0.5m，池总高＝水深 +超高＝ 4.2+0.5＝ 4.7m
具体布置见图 17-38
来自初次沉淀池来自空压机站回流污泥井来自污泥泵站回流污泥去二次沉淀池中间配水渠 后配水渠前配水渠回流污泥井出水
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅴ Ⅴ
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ
进水空气干管空气干管图17-38 曝气池平面图二、曝气系统的计算与设计
1．平均需氧量 O2
h/kg)8.173(170d/kg)5.417 1(4.408 0
100 0
250 0512 115.0
100 0
)6.18(2575.168300 005.0VXbQSaO
vr2
2．最大时需氧量 (O2)max
h/kg)3.211(205
241000
2500512115.0
1000
)6.18(2575.1684.1
24
300005.0O
m a x2
每日去除的 BOD5值：
d/kg)5.4 5 0 4(4 3 2 0
1 0 0 0
)6.18(2575.1683 0 0 0 0B OD
5?
522 k g B O D/k g O)93.0(95.0)5.4504(4320
)5.4171(4.4080O
2.1
)8.173(0.170
)3.211(0.205
O
O
2
m a x2
去除每千克 BOD5的需氧量△ O2
3．供气量 Gs
确定用网状膜中微孔空气扩散器，其 EA＝ 12％，距池底 0.2m，淹没水深
4.0m，查附录一得出,Cs（ 20）＝ 9.17 mg/L,Cs（ 30）＝ 7.63 mg/L，设计水温定为 30℃ （最不利温度！）。
Pa10405.14108.910103.1P 535b
%96.18%1 0 0
12.012179
12.0121%1 0 0
E12179
E121O
A
At
L/mg54.842 96.18100 2 6.2 104 0 5.163.742O100 2 6.2 PCC 5
5t
5
b30s30sb
L/mg5.10145.117.9C 20sb
h/k g O2 5 0
0 2 4.10.254.8195.082.0
)5.10(17.91 7 0
0 2 4.1CC
RCR
2
203020T
30sb
20sb
0
h/k g O303024.10.254.8195.082.0 )5.10(17.9205R 22030m a x0
平均供气量 Gs
h/m6 9 4 61 0 0123.0 2 5 01 0 0E3.0 RG 3
A
0s
最大时供气量 (Gs)max
h/m8418100123.0 303G 3m a xs
去除每千克 BOD5的供气量为：
53 k g B OD/m6.38244 3 2 0
6 9 4 6
每 m3污水供气量为：
污水33 m/m56.5243 0 0 0 06 9 4 6
提升污泥的空气量：
h/m3 7 5 06.0243 0 0 0 05 3＝
总需气量 GsT＝ 8418+3750＝ 12168m3/h
h/m168508 4 1 8,3?每根竖管供气量个采用空气扩散器个数 2500,247949.01215,?
个每根竖管上安装数目 50502 5 0 0,?
h/m37.325008418,3?每个扩散器的配气量
4．空气管路计算空气管的布置曝气池面积 F＝ 273 45＝ 1215m2
选择最远最长的管路作为计算管路，列空气管路计算表进行计算，得出管道系统的总压力损失：
K P a979.1Pa1 9 7 98.999.201hh 21
网状膜扩散器的压力损失为 5.88 KPa，设计取 9.8 KPa
9 8 7
4.0
17 16 15 14 13
0.5 0.5 0.5 0.5
0.5
0.9
0.9
0.9
0.91.6
0.65
10
11
图17-39 空气管路计算图
5．空气机的选择
所需压力 P＝（ 4.2-0.2+1） 3 9.8＝ 49 KPa
空气流量：最大时,8418+3750＝ 12168m3/h＝ 202.8m3/min
平均时,6946+3750＝ 10696m3/h＝ 178.3m3/min
选 LG60,5台,P＝ 50KPa,Q＝ 60 m3/min。 3用 2备； 4用 1备
%30,m g / L300S,/ h m 150Q 5B O D03 经一级处理的已知
L/mg20S;dk g M L S S/k g B O D4.0N e5s
52 k g B O D/k g O0.1R;L/mg4000X %600R?
例题 17-2：
已确定下列设计参数解：
1,曝气区容积 V
L/mg2 1 03.013 0 01SS 0a
d/m3600h24h/m150Q 33
3
s
a m5.4 7 24 0 0 04.0 2 1 03 6 0 0XNQSV
3m2 3 75.2 3 62 5.4 7 2V,每座设计二座池
23 m754.74228.06.3 1 5 0n6.3 QF
32 m1135.1122 5.11502QtV
m5.175113FV）：h(
3
21导流区高度沉淀区高度
2．沉淀区面积与容积（ F3,V2）
由 X＝ 4000mg/L，查表 17-25得 μ ＝ 0.28mm/s
取沉淀 t＝ 1.5h，则沉淀区容积 V2为
V1—— 回流窗孔流速,100～ 200mm/s
V2—— 导流区下降流速,15mm/s
V3—— 由导流区沉淀流速,V3＜ V2
V4—— 污泥回流缝的流速,20～ 40mm/s
h/k g O5.14
21 0 0 0
202101500.1
n1 0 0 0
QSRR
2r
需氧量
h/k g O6.24
024.15.16.719.08.0
17.95.14
024.1CC
RC
R
2
203020T
30s
20s
0
3．需氧量与充气量的计算
〈 2〉 标准条件下的充氧量 R0
〈 1〉
4．确定曝气叶轮、曝气区直径与面积
泵型叶轮：查附录六,R0＝ 26kgO2/h，线速度为 4.5m/s，叶轮直径 d＝ 1000mm,N＝ 7KW
曝气区直径：
m616d6D,61D d 1
1
取
曝气区面积：
22211 m3.28614.3
4
1D
4
1F
2
22
m73.92156.3 61150nV6.3 R1QF导流区面积
m0.7
14.3
73.93.284FF4D 21
2?
导流区外直径
m5.02 672 DDB 12导流区宽度
2111 D41——F ——h曝气区面积导流区高度
nV6.3
R1Q——F ——h
2
22
导流区面积曝气区直壁高度
n6.3
Q——F ——h
33沉淀区面积沉淀区水深
5．导流区直径与宽度
h4—— 曝气沉淀池斜壁高＝ H－ h3； 0.8～ 1.2m—— 曝气区直壁段超高
6．曝气沉淀池直径 D
m12
14.3
7573.93.284FFF4D 321
7．曝气沉淀池其它各部位尺寸的确定
〈 1〉 曝气区直壁高 h2＝ h1+0.414B＝ 1.5+0.4143 0.5＝ 1.7m
〈 2〉 曝气沉淀池池深 H取 4.2m
〈 3〉 曝气沉淀池斜壁高,h4＝ H－ h3＝ 4.2－ 1.7＝ 2.5m
〈 4〉 曝气沉淀池斜壁与曝气区直壁呈 45°
〈 5〉 曝气沉淀池池底直径 D3＝ D－ 2h4＝ 12－ 23 2.5＝ 7.0m
2
1
m46.121006.3 61150nV6.3 R1Qf
24nm061.02446.1nff 12
1
1
8．回流窗尺寸
V1取 100mm/s，回流窗孔总面积 f
每池开 24个回流窗孔，则每个窗孔面积 f1
设计成 L3 B＝ 3003 200mm窗孔，共 24个均布，并在孔口上设计闸板阀
2
42
m84.4
41.1
2.056.02.72.014.3
41.1
bLDbf
回流缝过水面积符合要求 s/mm26284.46.3 61 5 0nf6.3 QRV
2
4
9．回流缝
曝气直径 D4＝ D3（池底直径） +0.2m＝ 7+0.2＝ 7.2m
回流缝宽 b取 0.2m，顺流圈长 L为 0.5m
回流缝内污水的流速 V4
10．曝气沉淀池实际容积核算
曝气沉淀池的总容积 V′ 为：
3
2.22
2
33
2
43
2
m37 2
2
7
2
7
2
12
2
12
5.2
3
14.3
7.1
2
12
14.3
2
D
2
D
2
D
2
D
h
3
h
2
D
V
3m353%51372%51VV
32212222 m1135.17124hDD4V
321 m240113353VVV
实际有效容积 V
沉淀区实际有效容积 V2
曝气区（包括导流区和回流区）的实际有效容积 V1
41.1
bL
Dbf
f
nV
R1Q
f
42
1
—回流缝过水面积＝—
—每个回流窗孔面积—
—回流窗孔总面积＝—
—曝气区直径（下）—
—曝气沉淀池池底直径—
—导流区外直径—
—曝气区直径（上）—
—曝气沉淀池直径—
4
3
2
1
D
D
D
D
D
曝气沉淀池各部分容积比较表对于鼓风曝气：
VRCC024.1aKVdtdCVOR rTsb20T20L2
（ 17-98）
在标准条件下：
α ＝ 1,β ＝ 1,ρ ＝ 1,T＝ 20℃,C＝ 0
VaKdtdCVR 20L0则
（ 17-99）
,) 108-17 (VC RaK
20sb
020L 式得出代入
CC024.1
VC
RVOR
Tsb20T
20sb
02
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
（ 17-71）
17.8.1 活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化
1,活性污泥的培养与驯化
2,试运行
17.8.2 活性污泥处理系统运行效果的检测
1,反映处理效果的项目：进出水总的和溶解性的 BOD,COD，进出水总的和挥发性的 SS，进出水的有毒物质（对应工业废水）
2,反映污泥情况的项目：污泥沉降比（ SV%）,MLSS,MLVSS,SVI、
溶解氧、微生物观学察等
3,反映污泥营养和环境条件的项目：氮、磷,pH、水温等。
17.8.3 活性污泥处理系统运行中的异常情况
1,污泥膨胀
2,污泥解体
3,污泥腐化
4,污泥上浮
5,泡沫问题
17,8 活性污泥处理系统的运行管理
1、什么是活性污泥？它由一些什么部分组成？它的活性是指何而言？
如何评价活性污泥的好坏？
2、活性污泥法的基本要领和基本流程是什么？
3、活性污泥评价指标有哪些？它们的意义与应用如何？其数值范围受何影响？
4、污泥龄的概念与意义是什么？怎样进行污泥龄的计算？在设计与运行中如何应用？
5、活性污泥法去除有机物的净化过程及作用如何？
6、生化反应中参数 Vmax,K,Y,Kd,a‘,b’ 的意义是什么？如何来求定这几个参数？
7、推流式与完全混合式曝气池的区别是什么？它们两者基质降解的数学模式为何不同？
思考题与习题习题
8、当完全混合式曝气池与推流式曝气池的进水 Q,Sa与要求出水 Se都完全相 同时，且完全混合式曝气池中 X等于推流式曝气池中 X时，问哪类池型需要的容积要大？为什么？
9、曝气设备的作用和分类如何，如何测定曝气设备的性能？
10、城市污水属低底物浓度的有机污水，试问有机废物的降解速度遵循哪级反应？并用何式来描述？
11、曝气池有哪几种构造和布置形式？
12、活性污泥法有哪些主要的运行方式，各种运行方式的特点是什么？促使各种运行方式发展的因素是什么？
13、影响活性污泥法运行的主要因素有哪些？这些因素的作用是什么？
14、曝气池设计的主要方法有哪几种，各有什么特点？
15、曝气池和二沉池的作用和相互联系是什么？
习 题
1、二沉池的功能和构造与一沉池相比有什么不同？在二沉池中设置斜板或斜管为什么不能取得理想的效果？
2、写出好氧微生物的分子式。氧化 1kgBOD5的理论需氧量要多少 kg？产生的活性污泥氧化 1kg活性污泥的理论需氧量要多少 kg？
3、国内目前主要采用哪几种曝气设备，曝气设备的改进对活性污泥法将带来什么好处？
4、污水充氧性能修正系数 α,β 的意义和测定原理如何？影响 α,β 值的因素有哪些？
5、鼓风曝气与机械曝气设备选用计算式有何不同？
6、合建式完全混合曝气沉淀池的构造与各区的作用是什么？
7,BOD5污泥负荷 Ns与 Nrs的概念与区别？
8、污泥回流的方式有哪几种？它们各自的优缺点是什么？
9、试论述鼓风曝气系统的设计、计算步骤和注意事项。
10、曝气池内容解氧浓度应保持多少？在供气正常时它的突然变化说明了什么？
11、试分别阐述曝气池每日活性污泥的净增殖量与曝气池混合液每日需氧量的计算公式的物理意义？并写出每日排出剩余污泥体积量的计算式。
12、从 θ c=YNrs-Kd公式中，论述为什么 Nrs增大,θ 就减小?
13、从 Qsr=a＇ +b＇ Nrs公式中，论述为什么 Nrs增大,Qsr就减小？
14、活性污泥的合成产率 Y与表观产率 Yobs有何区别？它们与 θ c的关系式？
15、从生化降解有机物的原理，论述曝气池内水中的有机物、泥、气三者之间的传质与转化关系。
16、城市污水二级处理出水中总 BOD值与其中非溶解性 BOD值的计算中应注意什么问题？
17、产生活性污泥膨胀的主要原因是什么？
18、如果某污水厂经常会发生严重的活性污泥膨胀问题，大致可以从哪些方面着手进行研究、分析，可以采取哪些措施加以控制？
19、试从双膜理论推导氧转移速率公式，并说明 KLa值如何测定？
20、普通曝气池混合液污泥浓度不能过高的原因何在？
21、经过实验得到如下一组数据，试求该反应的级数及反应速度常数 k
（数值及单位）：
t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
S(mg·L-1) 100 77.8 60.6 47.2 36.8 28.7 22.3 17.4 13.5 10.5 8.2
22、已知某一级反应起始基质浓度为 220mg/L,2h后的基质浓度为
20mg/L，求其反应速度常数 k与反应后 1h的基质浓度 S。
23、在河流某断面处取水样测得二日 20℃ 的生化需氧量 BOD5为 15mg/L
，若河水流速为 0.1m/s，只考虑水体的生化自净作用，河水水温为 20℃,耗氧速度常数 k1=0.1d-1，求水流经过 86.4km之后的五日生化需氧量 BOD5为多少？
24、某普通曝气池混合液的污泥浓度 MLSS为 4000mg/L，曝气池有效容积 V=3000m3，若污泥龄 θ c=10天，求每日的干污泥增长量。
25,曝气池有效容积为 4000m3,混合液浓度 2000mg/L（ 其中挥发性污泥浓度为 1500mg/L）,半小时沉降比为 30%,当进水 BOD5为 220mg/L，
每日处理 1000m3/d生活污水时,处理后水的溶解性 BOD5为 20mg/L，
试验测得污泥产率系数为 0.65g/g,自身氧化率为 0.05/d。 计算污泥负荷率,污泥指数,剩余污泥量,污泥龄,回流污泥浓度及污泥回流比 。
26,某市平均日污水流量为 48000m3/d,Kz=Kd2Kh= 1.13 1.2。 污水
BOD5=180mg/L,一级处理 BOD5去除率为 20%。 二级处理拟用推流式鼓风曝气工艺,其设计参数为：曝气池混合液污泥浓度
X=3000mg/L,DO=1.5mg/L,f=0.75,设计水温 30℃,污泥负荷率
Ns=0.35kgBOD5/（ kgMISS2d ） 。 生化反应系数为,Y=0.55，
Kd=0.05,a‘= 0.5,b’= 0.15。 采用微孔曝气器,EA=18%，
α =0.95,β =0.9,ρ =1,Cs（ 30） =7.6mg/L,Cs（ 20）
=9.2mg/L。 曝气器距水面 3.6m,二沉池中清液上升流速
U=0.4mm/s,要求处理水 BOD5≤ 20mg/L。 请计算：
⑴曝气池的容积 (m3)。 ⑵每日需排除的剩余污泥量（ kg/d）。
⑶平均时，最大时需氧量。⑷平均时，最大时供气量。
⑸二沉池沉淀表面积。
17,1 基本概念
17,2 活性污泥法处理系统
17,3 活性污泥法主要设计参数
17,4 活性污泥反应动力学基础
17,5 活性污泥处理系统的运行方式
17,6 曝气的基本理论
17,7 活性污泥处理系统的工艺设计
17,8 活性污泥处理系统的运行管理思考题与习题
17,1 基本概念
17.1.1 活性污泥及其组成
17.1.2 评价活性污泥性能的指标
17.1.3 活性污泥净化反应过程
17.1.4 活性污泥的增殖规律
1．活性污泥的形态
1）外观形态：
活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色絮凝体颗粒：
2）特点：
(1)颗粒大小,Φ=0.02～ 0.2 mm
(2)表面积,20～ 100 cm2/mL
(3)(2000～ 10000)m2/m3污泥
(4)
%1
%99
固体物质：
以上含水率,图 17-1 活性污泥形状图
17.1.1 活性污泥及其组成
2．活性污泥组成活性污泥 M =Ma + Me + Mi + Mii
1） Ma— 具有代谢功能的活性微生物群体好氧细菌（异养型原核细菌）
真菌、放线菌、酵母菌原生动物后生动物
2） Me— 微生物自身氧化的残留物
3） Mi— 活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物有机物（ 75～ 85%）
4） Mii— 活性污泥吸附污水中的无机物无机物（由原污水带入的）（ 15～ 25%）
挥发性活性污泥 M v + X v= Ma + Me + Mi
3．活性污泥微生物的分类（ Ma）
1）细菌：
（ 1）异养型原核细菌（ 107～ 108个 /mL）
动胶杆菌属假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势）
产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势）
黄杆菌属大肠埃希式杆菌
（ 2）特征,G=20～ 30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒
2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌
3）原生动物：肉是虫 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕食者。
4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二捕食者。
1．絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于 NS（ BOD— 污泥负荷率）
2．污泥沉降比 SV：又称 30min沉降率，指混合液在 100ml量筒内静置 30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。
城市污水,SV取 15%--30%
3．衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标 —— SVI（污泥指数）
（ 1） SVI=70～ 100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好
SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。
SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀 。
（ 2） 影响 SVI值的主要因素
1） NS 的影响：见 图 17-2
2）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀,SVI值 ↑
影响丝状菌大量繁殖的因素：
DO不足
NS大
PH≤4.5
缺乏 N,P,Fe
3） T水太高
17.1.2 评价活性污泥性能的指标
0
100
200
500
400
300
2.5 2.0 0.51.5 2.5 0
SVI
高负荷一般负荷低负荷
BOD-污泥负荷率(kgBOD/kgMLSS2d)
图 17 -2 污泥负荷与SVI 值之间的关系
1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附）
● 活性污泥巨大的表面积（ 2000～ 10000m2/m3活性污泥）其表面为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝聚和吸收而得到去除。在 30min 内能去除 70% BOD。
● 一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附能力也强
● 初期吸附去除的过程
2．微生物的代谢进行代谢反应内透过细胞壁进入细胞体小分子大分子 内透过细胞壁进入细胞体小分子 各种内酶透膜酶催化作用胞外酶（水解酶）
透膜酶催化作用
17.1.3 活性污泥净化反应过程
HOH2yx C OO)2z4yx(OHC 222zyx 酶
HOH)4y(
2
nCO)5x(n)NOHC(
O)5
2
z
4
yx(nn N HOHnC
22
n275
23zyx
式微生物细胞组织的化学酶
HnN HOnH2nC O5nO5)NOHC( 3222n275 酶
1〉 氧化分解
2〉 合成代谢（合成新细胞）
3〉 内源代谢
（ 17－ 1）
（ 17－ 2）
tK001 1eMaM a tM a SKdtd M a，2.2MF
m a xm a x dt
dM a，
dt
ds,?
营养物过剩
M a SKdtd M a，2.2MF1.0 2
1．适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统对环境的适应过程
2．对数增殖期（等速增殖期）
活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态
3．减速增殖期（减速增长期、私定期、平衡期）
营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。
17.1.4 活性污泥的增殖规律
MaKdtd M a，1.0MF 3
对数增长期 减速增殖期
a
内源呼吸期量
X
0
b
c d
S(BOD)
（ 污泥）
时间
0
氧的利用速度图 17-3 活性污泥增长曲线及其和有机污染物（BOD）降解、氧利用速度的关系
（有机污染物一次投加）
4,内源呼吸期（衰亡期）
营养物缺乏，为了获得能量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少。后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。
17,2 活性污泥法处理系统
17.2.1 活性污泥法的基本流程
17.2.2 活性污泥反应动力学
17.2.3 几个重要的参数
17.2.4 活性污泥净化反应影响因素
1．产生：从间歇式发展到连续式
2．基本工艺流程：
图 17-4 活性污泥法基本流程图
17.2.1 活性污泥法的基本流程
3．活性污泥法特征
1）曝气池是一个生物化学反应器
2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相 — 固相 — 气相；混合 =污水 +活性污泥 +空气
3）传质过程：气象中 O2→ 液相中的溶解氧 DO→ 进入微生物体内（固相）液相中的有机物 → 被微生物（固相）所吸收降解
→ 降解产物返回空气相（ CO2）和液相（ H2O）
4）物质转化过程：有机物降解 → 活性污泥增长
bXaSX r
)SS(QS ear
07.0)1.0~05.0(075.0~07.0)k(b
5.04.0)65.0~5.0(73.0~49.0)Y(a
d 城市污水：
～城市污水：对于生活污水：
曝气池内，在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。
1.活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量 Δ X（ kg/d）是微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即式中,a—— 污泥产率（污泥转换率）
Sr—— 污水中被降解、去除的有机污染物量（ BOD）,kg/d
X—— 曝气池混合液含有的活性污泥量,kg/d
b—— 自身氧化率（衰减系数）,d－ 1
（ 17-3）
17.2.2 活性污泥反应动力学
esg dt
dx
dt
dx
dt
dx?
us dt
dsY
dt
dx?
）（——dtds：
u
利用速度物的降解活性污泥微生物对有机式中
2．曝气池内活性污泥微生物的净增殖量 Δ X（ kg/d）
1）单位曝气池容积内活性污泥的净增殖速度：
净增殖速度 合成速度 内源代谢速
（ 17-5）
Y —— 污泥产率系数,MLVSS kg数 /1kgBOD
对于生活污水,Y＝ 0.5～ 0.65
而
（ 17-4）
式中,Kd—— 微生物自身氧化率（衰减系数）,d-1
对于生活污水,Kd＝ 0.05～ 0.1
Xv—— MLVSS
vd
e
XKdtdx
而
vd
ug
XKdtdsYdtdx
均为常数在曝气池稳定运行时
ug dt
ds、
dt
dx,?
2）活性污泥微生物净增殖的基本方程式：
vdeav VXK)SS(YQX
k g / dV S S,）（——X v 的排放每日增长?
k g / d，——)SS(Q ea 每日有机物降解量?
M L V S SX
，kg——VX
v
v
悬浮固体总量曝气池内混合液挥发性
d
v
r
v
v K
VX
QSY
VX
X
3）在曝气池中 MLVSS的净增殖量 Δ Xv
（ 17-6）
将（ 17-6）式各项除以 VXv得
（ 17-7）
式中：
v
r
v
ea
rs VX
QS
VX
)SS(QN
drs
v
v KYN
VX
X
Cv
v 1
VX
X
drs
C
KYN1
3,Nrs—— BOD－污泥去除负荷率 [kg BOD 5/kgMLSS?d]
则（ 17-7）式可写为：
而
（ 17-8）
1,06～1,02,KKN t20tt20ddtcrs与
v
vCvrs XVXXdtdxN当?
t
SS
V
)SS(QN eaea
rv
（ 17-8）式分析
Nrv—— BOD－污泥容积去除负荷率 [kg BOD 5/kgMLSS?d]
a,b一般在工程设计与运行中应用，并以 MLSS为基准考虑
Y,Kd一般在科研和学术探讨上应用，且以 MLVSS为计算基准
17.2.3 几个重要的参数
1,vmax 有机底物的最大比降解速度,t-1
2,Ks 饱和常数，为当 μ=1/2·μmax时的底物浓度，
也称之为半速度常数，质量 /容积
3,Y 产率系数，即微生物每代谢 1kgBOD所合成的
MLVSS kg数
4,Kd 活性污泥微生物的自身氧化率,d-1，亦称为衰减系数；
5,a′活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每项代谢 1kg BOD 所需要的氧量，以 kg计；
6,b′活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以 BOD值计营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素
1） 碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一般 BOD5≥100mg/L
2） 氮源：组成细胞的重要元素，其需要按 BOD,N=100,5考虑
3） 盐类：必不可少
（ 1） 主要的无机盐类
P：按 BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的无机元素，约占全部无机盐元素的 50%
还有 K,Ca,F e,S无机元素
（ 2） 微量无机元素对于生活污水,BOD5:N:P的比值为 100:5:1，但经沉淀池处理后，其 BOD5:N:P=100:20:25
17.2.4 活性污泥净化反应影响因素沉淀性能变差有机物降解数率 污泥增长数率 曝气池 SeVN S
沉淀性能变好有机物降解数率 污泥增长数率 曝气池 SeVN S
dtdc
2,BOD—— 污泥负荷 NS
3,DO—— 溶解氧
1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（ Rr 需氧速率）
＝曝气器的供氧速率时
Ns～ SVI的关系（图 17-1）
，其池中的溶解氧 DO不变。
2）曝气池中 DO浓度大小将取决于：
（ 1）生物絮体的大小：要求生物絮体大，则要求 DO浓度高，
DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。对此要求
DO浓度为 2mg/L左右为好。
（ 2）考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化急性中毒慢性中毒 DO逐渐增加冲击负荷 DO突然 ↓
DO突然 ↑
stds
stds
0dtds?
4．水温,15～ 35℃ 之间
20～ 30℃,效果好，活动旺盛,
＜ 15℃,＞ 35℃,效果 ↓,活动弱，
＜ 5℃,＞ 45℃,效果很差，
5,pH值最佳的 pH值为 6.5～ 8.5
当 pH＜ 6.5，丝状菌繁殖,pH＜ 4.5，丝状菌占优势当 pH＞ 9.0，代谢速率 ↓
6．有毒物质主要是重金属,H2S,CN－、酚等，当超过一定浓度时，
就破坏细胞结构，抑制代谢。
17,3 活性污泥法主要设计参数
17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）
17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）
17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）
1,MLSS浓度 —— 混合液悬浮固体浓度 〈 混合液污泥浓度 〉,
mg/L混合液； g/L混合液； g/m3混合液； kg/m3混合液
MLSS＝ M=X=Ma + Me + Mi + Mii
2,MLVSS浓度 —— 混合液挥发性悬浮固体浓度
MLVSS＝ MV=XV=Ma + Me + Mi
。0,7 5f，；0,7 5f：
X
X
M L S S
M L V S Sf v
对于城市污水对于生活污水
％原混合液体积后形成沉淀污泥容积 100m i n30SV
)L/gM L S S
)L/LmSV
gL1
mLm i n30L1
S V I
（
（
＝
）（混合液中悬浮固体干重
）容积（静沉后形成的活性污泥混合液经
1.SV—— 污泥沉降比，又叫 30min污泥沉降率
SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量，
同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。
2,SVI—— 污泥容积指数（污泥指数）
曝气池出口处的混合液经 30min静沉后，每 g干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积 — mL/g
17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）
Xe)QwQ(Q w X rX
)d(XVXC
曝气池内活性污泥总量式中 ——VX,
每日排放污泥量——X?
SVI在习惯上只称数字，而把单位略去
SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能要维持曝气池一定的 MLSS（如 3000mg/L）的情况下,SVI值越高，
则要求的污泥回流比 R就越大，但当 SVI值高达 400mL/g时，则难于用提高 R来维持曝气池一定的 MLSS浓度。
3.θ C—— 污泥龄（生物固体平均停留时间）系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量（ Δ X）
θ C的定义式 （ 17－ 10）
活性污泥在曝气池内的平均停留时间 —— 生物固体平均停留时间。
（ 17－ 9）
将△ X（ 17-9）式代入（ 17-10）式：
Xe)QwQ(Q w X r
VX
C
可忽略不计0Xe
Q w X r
VX
C
S V I10Xr 6m a x?
（ 17-11）
（ 17-12）
(17-13)
Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。
drs
C
KYN1
(17-14)
容积负荷污泥负荷
B O DN
B O DN
V
S
d]/ k g M L S S B O D [ k gXVQSNFN 5aS
d/m B O D [ k gVQSN 35aV 曝气池
XNN SV
4,曝气池中有机污染物与活性污泥微生物比值的指标：
式中,S0—— 原污水中有机污染物的浓度（ BOD）,mg/L
X—— 混合液悬浮固体（ MLSS）浓度,mg/L
V—— 曝气池容积,m3
（ 17-16）
Ns=f(SVI) 见图 17-2
（ 17-15）
（ 17-17）
17,4 活性污泥反应动力学基础
17.4.1 概述
17.4.2 莫诺方程式
17.4.3 劳伦斯 —— 麦卡蒂方程式
MFNS? dtdsdtdx dtdo2
SK
XS
V
dt
ds
SK
S
VV
x,sf
dt
ds
S
m a x
S
m a x
SK
XS
dt
dx
SK
S
)X,S(g
dt
dx
S
m a x
S
m a x
vr22 VXbQSao)X,SHdtdo
17.4.1 概述其值不同，就会导致,
∴ 动力学是研究讨论下列函数关系：
∵,的变化
μ max
μ max
μ max
0
S
"
S=K s S=S ' S
K s +S
μ max S
μ =
2
μ =
图 17-5 莫诺方程式与其 μ =f(S)关系曲线
dt
ds
X
1
V
dt
ds
比降解速率：
降解速率：－
17.4.2 莫诺方程式
1,Monod（莫诺）公式的由来与演变
v max
v=v max
v=
2
v max
图 17-6 米- 门方程式与其v=f(S)关系曲线
SK
SVX
dt
ds)hkg/kg(
SK
SV
dt
ds
X
1V
S
m a x
S
m a x
1）米－门公式：（ 1913年）
纯酶 → 单一基质 酶促反应中基质比降解速率
)hkg/kg(SK SdtdsX1
S
m a x?
2） Monod公式（ 1942年）
微生物的比增长速率纯菌种 →单一基质
SKdt
dx
X
1
S
m a x
3） Monod公式（ 1950年）
微生物的比增长速率
（ 17-18）
异养微生物群体 →单一基质?
dt
ds
X
1V
r
VVr
Vr
m a x
m a xm a xm a x
SK
SV
SK
S
rSK
S
r
1
rV Sm a xSm a xSm a x
—莫诺方程式—SK SXVdtdsX1V
Sm a x?
∵
∴ （ 17-19）
（ 17-20）∴
4） Lawrence公式：（ 1960～ 1970年）
异养微生物群体（活性污泥） →污水中混合有机物证实有机物降解速率也符合 Monod公式
）（－
）（呈一级反应
2217 XSKXS
K
V
SK
XS
V
dt
ds
2117SKS
K
V
SK
S
VV
2
S
m a x
S
m a x
2
S
m a x
S
m a x
XtKSSLn 2
0
XtK0 2eSS
2,Monod公式的推论
1）当混合液中 S＞＞ KS则（ 17-20）式中 KS可忽略不计 —— 高有机物浓度将（ 17-22）积分：
(17-23)
(17-24)
SK
XSV
dt
ds
SK
SVV
S
m a x
S
m a x
－
呈分数级反应是连续函数SK SVV
Sm a x?
XKXVdtds
KVV
,
1m a x
1m a x
高有机物浓度
XSKdtds
SKV
,
2
2
低有机物浓度
2） 当混合液中 S在 S′～ S′′之间 —— 中等有机物浓度
3）一相说与二相说一相说 —— Monod公式二相说 —— Eckenfelder二相说 —— 非连续函数公式的推导完全混合曝气池中 dtds
曝气池二次沉淀池处理水回流污泥剩余污泥
Q
S
0
Q+ RQ
S e X
Q
S e
Q w X r
RQ S e X r
图17-7 完 全混合活性污泥系统的物料平衡
3,Monod公式的应用与参数的确定
XSKdtds 2
S＝ Se＜＜ S′′并为定值且处于减速生长期，属一级反应：
适合于
XSKdtds 2 （ 17-25）
在稳定条件下，对有机物进行物料平衡：
e0 R Q SQS? eS)RQQ(? Vdtds
＝ + （ 17-26）
进入曝气池 流出曝气池 在曝气池降解的
V
)SS(Q
dt
ds e0 （ 17-27）
：）2717（XSKdtds）2517（ 2 式得出代入将
e2e0e0 SKXt
SS
XV
)SS(Q （ 17-28）
当以 Se代替莫诺方程式（ 17-22）式中的 S得出：
eS
em a x
SK
XSV
dt
ds
（ 17-29）
V
)SS(Q
SK
XSV,）2917（）2717（ e0
eS
em a x
式后代入将并在等式两边同时除以 X得出：
tX
)SS(
XV
)SS(Q
SK
SV e0e0
eS
em a x
SK
SVSK
Xt
SSN
S
em a xe2e0rs
eS
em a xe2e0e0rv
SK
XSVXSK
t
SS
V
)SS(QN
（ 17-30）
（ 17-31）
0
e0
S
SS有机物的去除率由（ 17-30）式可知：
e2e0 SKXt
SS (17-32)
)XtK1(SXtSKSSXtSKSS 2ee2e0e2e0
XtK1
1
S
S
20
e
有机物地残留率
XtK1
XtK
XtK1
11
S
S1
S
SS
2
2
20
e
0
e0 去除率
（ 17-33）
（ 17-34）
4,K2,Vmax,KS的求定
1） K2的求定（图 17-8）
SKN SKXt SS e2rse2e0
2erse0 K，，S，NXt
SS 则直线的斜率即为则直作图为横坐标作图以为纵坐标即以?
（ 17-32）
0
S e (mg/L)
S0-Se
Xt
(kgBOD/kgMLSS2d)
K
2
1组
2组
3组
4组
5组图17-8 图解法确定 K
2
值
2） Vmax,KS的求定（图 17-9）
1
X
t
v max
S
0
-S e
=
K s 1 1
( ) )(v max S e v max
+
X
t
S
0
-S e
K s
v max
S e
1
K s
1
图17-9 确定常数值v max K s 的图解法将（ 17-30）式取倒数得：
e0 SS
Xt
max
S
V
K
eS
1
m axV
1= + （ 17-35）
为纵坐标 斜率 为横坐标 截距
5．对推流式曝气池的分析
1）分析与问题的提出
Q、S 0
RQ、S e、Xr
Q-Qw
Se、X e
Qw、X
r
处理水X,Se
(Q+RQ)
S由大→小；F/ M变化
X变化，取X
V PF
图 17- 10 推流式曝气池
Qw＜＜ Q,Xe≈0
Q
Vt,?水力停留时间定义
)1CC(K1C S T R ；CCLnK1PF,
i
0
i
0一级反应
2） 完全混合式、推流式二者水力停留时间的比较给水工程（第四版）,P249 表 14－ 3，
（ 17-36）
1SSXK 11SSXKQVt：
e
0
2e
012C F S T RC F S T R对于完全混合式 （ 17-37）
e
0
2
PFPF
S
SLn
XK
1
Q
V：t而对于推流式 （ 17-38）
Q
V
Q
Vtt PFC F S T R
PFC F S T R
PFC F S T R VV
则
CFSTR—— Continuous— Flow Stirred Tank Rector
PF—— Plug－ Flow
相同要使出水相同时当 eC F S T RPF0 S，XXX,S,Q?
1．概述
1） 单位微生物量的底物利用率 q
a
u
X
dt
ds
q
（ 17-39）
d
c
KYq1
drs
c
KYN1,1717 式而以 θ C,q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。
2） 劳－麦第一基本方程式
（ 17-40）
17.4.3 劳伦斯 —— 麦卡蒂方程式
SK
SXV
SK
SXK
dt
ds
s
am a x
s
a
u?
3） 劳－麦第一基本方程式：由 V＝ q推出有机物的降解速度等于其被微生物的利用速度。
有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度
Xa及有机底物浓度 S之间的关系。
（ 17-41）
2．劳－麦方程式的推论与应用
1） 处理水有机底物浓度 Se计算
d
c
m a x
d
c
s
e
K
1
YV
K
1
K
S （ 17-42）
Y—— 微生物产率,mg微生物量 /mg有机物量
Ks—— 半速度系数
（ 17-42）公式的推导：
由（ 17-8）与（ 17-30）式可得出：
d
es
e
m a xdrs
c
KSK SVYKYN1
（ 17-43）
：c上面等式两边都
cdc
es
em a x K
SK
SVY1
,SK es上面等式两边都
scdcdcm a xe
ecdscdcem a x
escdcem a xes
KKKYVS
SKKKSYV
SKKSYVSK
移项整理：
1KYVSKKK cdm a xescds
1KYV
K1KS
dm a xc
cdse
d
c
m a x
d
c
s
e
K
1
YV
K
1
K
S
均为常数仅取决于污泥龄处理水有机底物的浓度 m a xdce V,Y,K,S?
2） 反应器内活性污泥浓度 Xa的计算
cd
e0ca
K1t
SSYX
（ 17-44）公式的推导：
由（ 17-8）与（ 17-30）公式得出：
（ 17-44）
d
a
e0
d
a
e0
drs
c
K
VX
SSQ
Y
K
tX
SS
YKYN
1
移项,
a
e0d
c VX
SSYQK1
：VX a?等式两边同
e0d
c
a SSTQK
1VX
cd
e0c
d
e0
a K1t
SSY
K1V
SSYQX
（ 17-45）
3） 污泥回流比 R与 θc值之间的关系
a
r
c X
XRR1
V
Q1 （ 17-46）
而
S V I10X 6m a xr?
SKV 2?
qV?
SKq 2
4）完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导：
Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度
（ 17-47）
而
a
u
X
dt
ds
q
则
a2
u
SXKdtds
（ 17-48）
V
SSQ
t
SS
dt
ds,eee0
u
在稳定条件下 （ 17-49）
ae2e0 XSKV
SSQ,对于完混合式曝气池
qSK
V
SSQ
e2e0
或 （ 17-51）
（ 17-50）
5）活性污泥的二种产率（合成产率 Y与表观产率 Yobs）与 θ c的关系
Y—— 合成产率，表示微生物的增殖总量，没有去除内源呼吸而消亡的那一部分
Yobs—— 表观产率，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。
cd
obs K1
YY
17,5活性污泥处理系统的运行方式
17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法）
17.5.2 阶段曝气活性污泥法
17.5.3 再生曝气活性污泥法系统
17.5.4 吸附 — 再生活性污泥法系统
17.5.5 延时曝气活性污泥法
17.5.6 高负荷活性污泥法
17.5.7 完全混合活性污泥法
17.5.8 多级活性污泥法系统
17.5.9 深水曝气活性污泥法系统
17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统
17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法）
17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统
%90,B O D处理效果好
1．传统活性污泥法的特征：
1) 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行
2) 活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期 → 减速增长期 →
内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段
3) S由大 → 小,dO2/dt由大 →小。
3．缺点：
1)不适应冲击负荷和有毒物质因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池中原有的混合液混合。 ∴ 水质的变化对活性污泥影响较大
2)前段供氧不足，后段供氧过剩
3)Ns不高，曝气池 V大，占地大
2．优点：
∴ 池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段 DO浓度较低，沿池长逐渐增高
17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法）
传统活性污泥法流程图（图 17-11）
17.5.2 阶段曝气活性污泥法特点
1) 分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点
2) 提高了耐水质，水量冲击负荷的能力
3) 活性污泥浓度沿池长逐渐降低阶段曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-12）
17.5.3 再生曝气活性污泥法系统积较大而吸附段占的时间与容曝气池再生池,V21~41V
而吸附再生活性污泥法系统 V再生池 很大，
V吸附 仅 30～ 60min，容积小
17.5.4 吸附 — 再生活性污泥法系统特点
1) 吸附与再生分别进行，二沉池在二者之中
2) 吸附时间较短（ 30～ 60min），再生池只对回流污泥再生。
∴ 整个池容小于普通活性污泥法
3) 处理效果低于普通活性污泥法
4) 具有一定的耐冲击负荷的能力
5) 不宜处理溶解性有机物较多的污水吸附 — 再生活性污泥法工艺流程图（图 17-13）
17.5.5 延时曝气活性污泥法
tQVQVt ；、.1低负荷长时间曝气
2.特点
1) Ns非常小，只有 0.05～ 0.10 kgBOD/kgMLSS·d
2) 曝气时间 t长（ 24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量少且稳定，池容大
3) 出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只适合于小城镇污水处理（ Q≤1000m 3/d）。污泥不需进行厌氧消化处理
4) 基建费和运行费较高吸附 — 再生活性污泥法工艺流程图
17.5.6 高负荷活性污泥法
tQVQVt ；，.1不完全处理活性污泥法短时曝气
2.特点
1).曝气时间短（ 1.5～ 3.0h）。 Ns高（ 1.5～
3.0kgBOD/kgMLSS·d）,η BOD<（ 65～ 75） %。低
2).池容小，出水水质不好
17.5.7 完全混合活性污泥法
sNNF?
NF
特点
1) 耐冲击负荷，特别适应于工业废水处理
2) 池内水质均匀一致,各点相同，
3) 池内需氧均匀，动力消耗小于推流式
4) 出水水质比推流式差，活性污泥易产生膨胀各部分工况几乎完全一致，可通过 来调整工作情况完全混合活性污泥法工艺流程图（图 17-14）
特点
1) 当污水 BODu＞ 300mg/L，一级曝气池以采用完全混合式曝气池为好；（对水质水量冲击负荷承受力强）
2) 当污水 BODu＜ 300mg/L，一级曝气池可采用推流式
3) 当污水 BODu＜ 150mg/L，不应采用多级
4) 处理水水质好，但建设费和运行费均较高
17.5.8 多级活性污泥法系统
1.概述
1)亨利定律,C＝ H·P
式中,C—— 水中溶解氧饱和浓度
H—— 亨利常数
P—— 压力
2)
有利于微水中溶解氧饱和浓度 dtdCCCaKdtdCCP s2s?
生物的增殖和有机物降解
2,深水曝气池深水中层曝气池深水底层曝气池占地少混合液中,DO，dtdC
17.5.9 深水曝气活性污泥法系统
17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统
1,H＝ 50～ 100m,φ ＝ 1～ 6m
2,特征：
1) 氧的利用效率 EA高达 90％，动力效率 EP高达 6kgO2/KW·h；占地少
（传统活性污泥法 EA＝ 10％ ±,EP＝ 2～ 3）
2) 适用于各种气候条件，可不设初沉池
3) 适用于处理高浓度有机废水
％总供氧量转移到混合液中的氧量氧的利用效率 1 0 0E：——E AA
EP—— 动力效率,1KWh电能转移到混合液中的氧量，以 kgO2/KW·h
深井曝气池活性污泥法工艺流程图（图 17-15）
17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法）
1.气泡只有在形成与破碎的一瞬间有着最高的氧转移率，而与其在液体中的移动高度无关
2.可使用低压鼓风机，节省电耗,EP＝ 1.8～ 2.6kgO2/KW·h
浅层曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-16）
1．概述
17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统
aK40CCKdtdC 2sa2
空气 纯氧
20℃ Po 2＝ 0.21atm
Cs＝ 9.2mg/L
Po2＝（ 4.4～ 4.7）
3 0.21atm
Cs＝（ 4.4～ 4.7）
3 9.2mg/L
当维持曝气池 DO（ C）
＝ 2mg/L
则氧转移的推动力：
（ Cs－ C）＝ 9.2－ 2＝
7.2mg/L
（ Cs－ C）＝ 9.2－ 2＝
7.2mg/L
aK2.7CCKdtdC 2sa2
。5.5aK2.7 aK40dtdC
2
2 倍提高了对比空气氧转移速率也?
∴ 纯氧曝气氧转移推动（ Cs－ C）比空气曝气氧转移的推动力提高了 40/7.2=5.5倍，同时纯氧曝气氧转移推速率
2．特征
1) 氧的利用率 EA＝（ 80～ 90）％，而传统活性污泥法 EA仅为 ± 10％
2) MLSS＝ 4～ 7g/L，使 Nrv↑
3) SVI＜ 100，一般不会发生污泥膨胀
4) 剩余污泥量小
V↓
纯氧曝气活性污泥法工艺流程图（图 17-17）
1
10
6
8
7
9
2
3
5
4
图 17-11 传 统活性污泥法系统
1--经预处理后的污水；2--活性污泥反应器--曝气池；3--从曝气池流出的混合液；4--二次沉淀池；5-- 处理后污水；6--污泥泵站；7--回流污泥系统；8--剩余污泥；9--来自空压机站的空气；10--曝气系统与空气扩散装置图 17-12 阶段曝气活性污泥法系统图 17-13 吸附－再生活性污泥法系统延时曝气 活性污泥法系统图 17-14 完全混合 活性污泥法系统处理水空气空气提升原污水回流污泥图17-15 深井曝气 活性污泥法系统图 17-15 深井曝气 活性污泥法系统
3
2
2/3- 3/4B
B
2
0.6-0.8
0.6-0.8
1/4-1/3B
1
3
图 17 -16 浅层曝气曝气池
1-空气管；2 -曝气栅；3- 导流板图 17-16 浅层曝气 活性污泥法系统阻流板回流污泥原污水氧曝气池盖搅拌用电机气体循环搅拌用空压机废气混合液流向沉淀池搅拌叶轮喷气管图 17-14 纯氧曝 气曝气池构造图
(有盖 密封式)
图 17-17 纯氧曝气活性 污泥法系统
17,6 曝气的基本理论
17.6.1 氧转移原理
17.6.2 影响氧转移的因素
17.6.3 曝气设备类型
17.6.4 需氧量与供氧量的计算
dX
dCDV
Ld
值单位长度内的浓度变化浓度梯度,——dXdC
1．扩散过程的基本规律 —— 菲克（ Fick）定律式中,Vd—— 物质的扩散速率，单位时间、
单位断面上通过的物质数量
DL—— 扩散系数
（ 17-52）
17.6.1 氧转移原理
2．双膜理论与氧总转移系数 KLa
x
f
P
g
P
i
C
i
C
紊流气相主体气膜液膜液相主体紊流界面
（层流）
图 17-18 双膜理论模型
dX
dCD
A
dt
dM
V,V Ldd的定义式扩散速率
dX
dCAD
dt
dM
L
：54)-(17X CCdXdC
f
s 得出代入上式将
fsL X CCADdtdM
CCVX ADVdt
dM
s
f
L
CCKdtdC sLa
1) (17-53)
（ 17-54）
将（ 17-55）式两边同除以 V：
KLa小，
则氧转移过程中阻力大
KLa大，
则氧转移过程中阻力小
（ 17-55）
（ 17-56）
（ 17-57）
d)/m( k g O RdtdC 32r
/ d )( k g O ORVRVdtdC 22r
2) 曝气原理
(1)O2在气膜、液膜中进行分子扩散，而在气相和液相主体中进行对流扩散
(2)传质的阻力集中在双膜，但因 O2是难溶气体,∴ 氧转移的决定性阻力又集中在液膜内
(3)O2通过液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率
∴ 通过液膜的氧转移速率 （ kgO2/h）
CCAKCCAKX CCADdtdM sLsL
f
sL
/ h )(m ——D,2L 液膜中氧分子扩散系数式中
( m ) ——X f 液膜厚度
/ m )(k g / m ——X CC 3
f
s 液膜中氧的浓度梯度?
( m / h ) ——XDK
f
LL 液膜中氧转移系数?
在单位容积内氧的转移速率（ kg/m3?h）
CCaKCCVAKdtdCdtdMV1 s2sL
V
AKK LLa?
CCaKdtdC sL
t3.2KCC CClg La
s
0s
m
1
V
A，
h
m：K
V
AKaK
LLL 的单位为的单位为式中?
将（ 17-55）式两边都除以 V（曝气池容积）：
令式中,KLa—— 氧的总转移系数（ h－ 1）,KLa大则阻力小，反之亦然。
整理后积分得：
（ 17-58）
所需要的时间提高到浓度从表示曝气池的单位为而的单位为 s
aLLa
CCDO，hK 1，h1K?
如纯氧曝气、深井曝气提高气相中氧分压提高而提高提高
:C
V
A
X
DaK:aK
dt
dC
s
f
L
LL
KLa—— 氧总转移系数是评价空气扩散装置的重要参数。
值求出曲线～作出 dtdC，tC
直线～作 CdtdC
3,KLa的测定
1) 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
RCCaKdtdC sL
m g / L,——C,s 度混合液的溶解氧饱和浓式中?
0，DO，CCaKR，,sL 直至为混合液中此时使活性污泥悬浮采用小曝气量
,逐时定点测定直至饱和值混合液中然后用大曝气量 ssL CDOCCaK，R
dt
dC，tC 求出曲线～作出 直线～作 C
dt
dC
2) 对曝气池混合液的测定对于混合液，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：
（ 17-59）
R—— 活性污泥微生物的耗氧速率 R（ mg/L?min）
RCCaKdtdC sL根据
dtdCRCaK sL aCKL
可写为,－ （ 17-61）
截 距 斜率
CCaKdtdCVdt
dM
sL
—气压—
℃—温度—
—水中的含盐的浓度—
P
T
L/mgS
P,T,SfC s
]T,SfCa t m1[C)1961(rE c k e n f e l d e s ( 7 6 0 )7 6 0s?下的即 推荐用下式计算年
T5.33 s65.24 7 5C 7 6 0s
T5.33 s65.247510013.1CPCC 57 6 0s7 6 0sPs ＝所在地实际气压
17.6.2 影响氧转移的因素
1,Cs—— 氧的饱和浓度式中,S—— 含盐量 （ mg/L）
T—— 温度 ℃
式中,ρ —— 压力修正系数
（ 17-62）
（ mg/L）
而
s
s
C
C
自来水中的污水中的
ss CC
ss CC则
对于 T,P一定时,Cs就只与含盐量 S有关，即 Cs＝ f（ S）
∴ 采用 β 因子来修正溶解盐类对 Cs的影响当考虑气压和含盐量的影响
（ 17-64）
清水中污水中
aK
aK
L
L
aKaK LL ＝污水中
2．污水的水质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 — COOH O
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，增加了氧转移过程的阻力 → KLa↓
引入 α 因子来修正表面活性物质对 KLa的影响
（ 17-65）
（ 17-66）
CCaKdtdC sL
20T20LTL 024.1aKaK
dt
dC
CCCT
dt
dC
aKT:aKT
ss
LL 扩散?
。，dtdCT 但并不会完全抵消有二种相反的影响对?
3．水温当 15～ 30℃ 时：水温低对氧转移有利
30～ 35℃ 时：水温较高对氧转移有利
4．紊动强度
1) 低紊动程度液体内部对氧转移过程的阻力比液膜的阻力大得多。
∴ 液体运动对 α值几乎没有影响
2) 中等紊动程度液体内部对氧扩散过程的阻力减小，此时液膜阻力将控制氧扩散速率，此时 α值达到最小值
3) 高度紊动打碎液膜,α值将接近于 1
1．曝气系统
1）鼓风曝气：空气加压设备（鼓风机） →管道系统 →扩散装置（曝气器）
机械曝气：曝气叶轮曝气转刷图 17-19 两种曝气示意图
17.6.3 曝气设备类型
搅拌混合充氧
％总供氧量转移至混合液中的氧量 100E A
2） 曝气器的作用
3） 曝气器的主要指标
（ 1) 动力效率 EP：（ kgO2/KW?h）
（ 2) 氧利用效率 EA（氧转移效率）
（ 3) 充氧能力 EL：（ kgO2/h）
① 对鼓风曝气性能以 EP,EA来评定
② 对机械曝气性能以 EP,EL来评定。无法用 EA来评定
2．鼓风曝气空气扩散装置（曝气器）
图 17-20 新型高效曝气器
1）微气泡空气扩散装置（ EA＞ 10％，气泡直径＜ 1.5mm） EA EP（ kgO2/KW?h）
(1)
扩散板匣扩散板沟扩散板
3003 3003 35（ mm）
（ 7～ 14）％ 1.8～ 2.5
(2) 扩散管：组成扩散管阻 （ 10～ 13）％ 2.0
φ 60～ 100mm； L＝ 500～ 600mm
(3) 固定式平板型微孔空气扩散器 图 17-21 （ 20～ 25）％ 4～ 6
(4) 固定式钟罩型微孔空气扩散器 图 17-22 （ 20～ 25）％ 4～ 6
(5) 膜片式微孔空气扩散器 (图） （ 27～ 38）％
mm500L
mm70微孔扩散管
(7) 曝气软管 （ 25.3～ 32.5）％ 4.5～ 8.6
(6) 摇臂式微孔空气扩散器 （ 18～ 30）％
2）中气泡空气扩散装置（气泡直径 1.5～ 3.0mm） EA EP（ kgO2/KW?h）
mm1 0 0~50L
mm5~3d50,25
间距小孔～管径
(2) Wn－ 180型网状膜空气扩散装置 (图） （ 12～ 15）％ 2.7～ 3.7
(1) 穿孔管（单管，双管，栅状） （ 4～ 6）％ 1.0
3）水力剪切式空气扩散装置 EA EP（ kgO2/KW?h）
(1) 倒盆式空气扩散装置 图 17-23 （ 6.5～ 8.8）％ 1.75～ 2.88
(2) 固定螺旋空气扩散装置 图 17-24 10％ ± 2±
(3) 金山 Ⅰ 型空气扩散装置 图 17-25 8％ EL＝ 0.41（ kgO2/h）
4）水力冲击式空气扩散装置
(1) 密集多喷嘴空气扩散装置 图 17-26
(2) 射流式空气扩散装置 ＞ 20％ 图
5）水下空气扩散装置：充氧、搅拌
(1) 上流式水下空气扩散装置,图 17-27
(2) 下流式水下空气扩散装置,图 17-28
3．机械曝气装置
1）竖轴式机械曝气装置
(1) 泵型叶轮曝气器 图
(2) K型叶轮曝气器 图
(3) 倒伞型叶轮曝气器 图 17-29
(4) 平板型叶轮曝气器 图 17-30
2）卧轴式机械曝气装置曝气转刷 图 17-31
气泡扩散板通气螺栓螺母胶粘支托板胶圈配气管图17-21 固定式平板型微孔空气扩散器铜螺杆空气扩散管配气管图17- 22 固定式钟罩型微孔空气扩散器膜片式微孔空气扩散器网状膜空气扩散装置
1
2
3
4
5
6
152
74
G1 8.15
(3 /4
"
)
图17-23 塑料倒盆式空气扩散装置
1-- 倒盆式塑料壳体2--橡胶板；3- -密封圈；
4-- 塑料螺杆；5-- 塑料螺母；6--不锈钢开口销图 17-24 固定式单螺旋空气扩散装置
18个 牙
140
G50(2
"
)
51
(a)
G50(2
"
)
R
图17-25 金 山I型 空气扩散装置
(a) 扩散装置；(b)钢管接头
7000
2000
3500
1500
650
3000
3000
150
1300(长3600)
水位
65
15°
(a)
(b)
1
2
3
4
5
图17-26 密集多喷嘴空气扩散装置
(a)反射板剖面图；( b)装置轴侧图
1--空气管；2 --支柱接工作台；3- -反射板；4--曝气筒；5 --喷嘴射流式水力冲击空气扩散装置水气泡空气图 17- 27 上流式水下空气扩散装图 17-28 下流式水下空气扩散装置泵型叶轮曝气器
K型叶轮曝气器图 17-29 倒伞型叶轮曝气器
3
1
2
4
n
D
K
h
3
H
a
图 17-30 平板形叶轮曝气器构造示意图
1--驱动装置；2--进气 孔；3--叶片；4--停转时水位线图 17-31 转刷曝气器
s1s CC
( m g / L ) a t m1——C,s 下的氧的饱和溶解度式中
21
21 —— 浓度系数在池底气泡生成时氧的
45b
5
b 10H10013.1P，
10013.1
P ——
而压力修正系数
5
bs1s
10013.1
P
21
21CC
1,Csb—— 曝气池中氧的平均饱和溶解度的计算 —— Oldshue奥特休计算法
1） Cs1—— 曝气池池底气泡生成时氧饱和溶解度（ mg/L）
17.6.4 需氧量与供氧量的计算
s2s CC
分浓度气泡升至液面时氧的百 式中 ——O21O,tt
5
5
10013.1
10013.1
5
5
t
s2s 100 1 3.1
100 1 3.1
21
OCC
2） Cs2—— 气泡升至液面时氧饱和溶解度（ mg/L）
5
bt
s
t
s5
b
s
2s1s
sb 10026.2
P
42
OC
2
21
OC
10013.1
PC
2
CCC3）
A
At
E12179
E121O
＝
气泡内空气量气泡内氧量
%1 0 0SRE 0A 供氧量氧转移量百分数气泡中未被转移的氧的——E1 A?
气泡中未被转移的氧量——E121 A?
气泡离开池面的空气量——E12179 A
4）求 Ot—— 气泡从曝气池逸出时氧的百分数（％）
式中,EA—— 扩散装置（扩散器）的利用效率，一般为 6～ 12％
2．转移到曝气池总氧量的计算 —— R的计算在稳定状态下，即曝气池中 DO浓度不变（供氧速率＝耗氧速率），
即氧的转移速率
d)/m( k g O R d)/m( k g O dtdC,32r32速率
/ d )( k g OVR / d )( k g OVdtdC,2r2 供氧量
而
CCaKdtdC sbL
（ 17-67）
溶解盐的影响的影响温度对考虑废水水质的影响,)024.1aK( K,)a( 20T20L La（ β ）及气压对 Cs（ T）的影响（ ρ ）。
rTsb20T20L RCC0 2 4.1aKdtdC
（ 17-68）
在上式（ 17-68）两边同乘以 V（曝气池容积），
则得出转移到曝气池的总氧量 R为,
VRVCC024.1aKdtdCVOR rTsb20T20L2
（ 17-69）
VCaKdtdCVR 20sb20L0
VC RaK
20sb
020L
,aK,67)-(17 VC RaK 20L
20sb
020L 得出式中代入将?
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
3．曝气设备在标准条件下（ 1atm、水温 20℃,脱氧清水）脱氧清水中氧总转移量 R0的计算在标准条件下,α ＝ 1,β ＝ 1,ρ ＝ 1,C＝ 0
在标准条件下曝气设备的供氧量：
（ 17-70）
（ 17-71）
RfR 61.1~33.1RR,00 一般
e0r SSS,式中而上式中的 R=O2=a′QS r+b′VX v
实际上，处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为 R，我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量 R的要求。然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气设备的性能的 KLa(20)。
∴ 首先要确定曝气池混合液所需的总氧量 R 再求出再标准条件下曝气设备应转移的总氧量 R0，这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的总氧量 R的要求 选定设备。
%100SRE 0A 曝气器供氧量 氧转移量
s
0Ass
G3.0
RE ( k g / h ) G3.043.1%21GS,式中
/ h )(m 1 0 0E3.0 RG / h )(m,G 3
A
0s3s—供气量—式中
4．氧转移效率 EA（氧的里利用效率）与供气量 Gs
（ 17-72）1）
2）
/ h )(m 100E3.0 RG 3
A
0
s供气量
（ 17-73）
/ h)(kg O DV379.0RQ 288.18.20os
/ h )( k g O —— Q,2os 充氧量度泵型叶轮在标准条件下式中
) m / s ( n601DV
5．机械曝气标准条件下充氧量（氧转移总量） Qos的计算
1） Qos的计算
（ 17-74）
V—— 叶轮线速度 （ m/s）
式中,n—— 叶轮转速 （转 /分）
D—— 叶轮直径
K1—— 池型修正系数（表 17-14）
池型修正系数分 建 式圆形曝气沉淀池圆池 正方池 长方池
K1
K2
1
1
0.64
0.81
0.9
1.34
0.85～
0.98
0.85～
0.87
池型修正系数 表 17-14
K1—— 充氧量 Qos的池型修正系数
K2—— 泵型叶轮轴功率 N公式中的池型修正系数
208.23 KDV0 80 4.0N?
际需氧量计算出曝气池混合液实由 VXbQSaOR Vr2
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
188.18.20os KDV379.0RQ
208.23 KDV0 80 4.0N?
2）叶轮轴功率 N的计算
3）机械曝气计算程序计算标准情况下的供氧量 R0
由（ 17-74）公式确定叶轮直径 D
确定叶轮轴功率 N
（ 17-77）
（ 17-75）
（ 17-76）
17.6.5 曝气池的型式与构造
1,曝气池的类型
（ 1） 根据混合液流动形态,可分为 推流式,完全混合式和 循环混合式 三种；
（ 2） 根据采用曝气方法,可分为鼓风曝气池,机械曝气池以及二者联合使用的机械 鼓风曝气池； （ 图 ）
（ 3） 根据平面形状,可分为长方廊道形,圆形,方形 以及 环状跑道形 等四种；
（ 4） 根据曝气池与二沉池之间的关系,可分为合建式 （ 即曝气沉淀池 ） 和分建式两种 。
2,曝气池的流态
① 推流式曝气池
② 完全混合式曝气池
③ 循环混合式曝气池, 氧化沟
3,曝气池的构造曝气池在构造上应满足曝气充氧,混合的要求,因此,曝气池的构造首先取决于曝气方式和所采用的曝气装置 。
循环混合式曝气池环状跑道形曝气池氧化沟
17,7 活性污泥处理系统的工艺设计
17.7.1 概述
17.7.2 曝气池（区）容积的计算
17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计
☆ 本教材设计举例
1．工艺设计内容
1）工艺流程选择
2） V曝气池、曝气池工艺尺寸
3）需氧量、供气量的计算及曝气系统设计
4）回流污泥量（ RQ）剩余污泥排放量 QW与回流污泥系统的设计
5）二沉池的设计计算
2．原始资料与数据
1） 曝气时间 t＞ 6h，曝气池设计流量为 Q平均日
2） 曝气时间 t＝ 2h±,曝气池设计流量为 KzQ平均日
3） 曝气时间 t＝ 3～ 6h，曝气池设计流量为 KdQ平均日（最大平均日）
3．应确定的主要参数
1） Ns MLSS（ MLVSS） R SVI SV％
2） Kz Y Kd a′ b′
4．处理工艺流程的确定
17.7.1 概述
d)L S S( k g B O D / k g M VXQSN as
XN
QSV
s
a
17.7.2 曝气池（区）容积的计算
（ 17-9）
（ 17-78）
e2V ea SKtX
SS由
ea
aa ea
SSS
S
SS?
f
XX,
X
X
M L V S S
M L S Sf VV
1,Ns的确定
1）完全混合式曝气池
（ 17-32）
,VXQSN ) 12-17 ( X,S asa 中得出式代入将?
fSK
tX
fSS
VX
fQSSN e2
V
ea
V
eas
式中,K2—— 0.0168～ 0.0281
工业废水 K2值见表 17-17
对于城市污水：
Ns＝ 0.3～ 0.5（ kgBOD5/kgMLSS?d） 则 η ≥90 ％,SVI＝ 80～ 150
（ 17-79）
fSKN e2
s计算按完全混合式曝气池来
1918.1es S01 29 5.0N?
fNfSKN rse2
s?
drs
C
xrs KYN1
f
NN
代入
3KYN 1
drs
C 日求出
2）推流式曝气池按经验计算式计算根据 Ns值，复核 SVI值如果要求进入硝化阶段，则应使 θ C＞ 3日
（ 17-80）
图 17-32 运行中的推流式曝气池
2,X的确定
X高,V小，但 X不能太高，应考虑以下三个因素
1〉 供氧的经济性与可能性
X太高，粘滞性 ↑,O2的扩散阻力增大，扩散器的动力费用 ↑
X太高，需氧量太大，扩散器的供氧＜活性污泥的需氧，满足不了活性污泥对氧的需要。对空气曝气而言，要求供氧量太大则为不可能。
∴ X太高，即不经济也不可能不经济
2〉 活性污泥的凝聚沉淀性能
X＜ Xr，而 Xr与活性污泥的沉淀性能、浓缩时间有关
1,2r,rS V I10X 6r 一般为式中
∴ X r与 SVI成反比，当 SVI＝ 100±,
则 Xr在 8000～ 12000mg/L之间
3〉 二沉池与污泥回流设备的造价
X太高，二沉池负荷大，二沉池造价高
X太高,RQ回流污泥量大，回流污泥设备的造价与动力费用 ↑
ewrwr XQQXQR Q XXRQQ
0XQQ0X ewe
rwrwr XQQXQR Q XXRQQ
R1
R
R1
Q
QR
RQQ
QRQ
X
X
w
w
r?
0QQ,QQ ww
rXR1
RX
X的确定
（ 1） 进入二沉池的污泥量应等于从二沉池流出的污泥量：
（ 17-81）
XRQQR Q X r
XRQQXQR Q X rwr
rS V I10X
6
r
rS V I10R1 RX 6
对曝气池进出的污泥量进行物料平衡,
（ 2）应为进入曝气池的污泥量加上曝气池内净增污泥量等于流出曝气池的污泥量：
（ 3） 按（ 17-83）式计算出 X
在考虑上述三个因素的基础上，参考表 17-18，确定 X
（ 17-82）
（ 17-83）
vr2 VXbQSaOR
vrhm a x2 VXbQSKaO
1．活性污泥需氧量（ R＝ O2）与曝气设备供气量（ Gs）的计算
1）需氧量计算
（ 1） 日平均需氧量
（ 2） 最大时需氧量（ O2） max
)Pa(H108.9100 1 3.1P 35b
%1 0 0E12179
E121O
A
At?
2）供气量（ Gs）计算
（ 1） 计算 Csb
42O1020 6.2 PCC t5bssb
17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
20TTsb
20sbm a x2
m a xo 024.1CC
COR
（ 2）求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量 R0
日平均供氧量 R0
最大时供氧量（ R0） max
（ 17-71）
（ 17-71）
（ 3）求曝气设备供气量 Gs
平均时供气量
100E3.0 RG
A
0
s
（ m3/h） （ 17-73）
最大时供气量（ Gs） max
100E3.0RG
A
m a x0
m a xs
（ m3/h）
2．鼓风曝气系统的计算与设计图 17-33 空气扩散装置（曝气器）
1）空气扩散装置（曝气器）的选定与布置要求 EA,EP较高，且不易堵塞
2）空气管道系统的计算与设计
（ 1）经济流速：
主干管、干管,10～ 15 m/s
竖管、支管,4～ 5 m/s
然后根据 Q,V查附录二求出对应的管径
（ 2）阻力损失计算
＝总h 管h 扩散器h＋ 7.14? KPa（ 1.5mH2O柱）
＜ 4.9 Kpa ＜（ 4.9～ 9.8） KPa
21 hhh管式中,h1—— 沿程阻力损失，查附录三求出
h2—— 局部阻力损失，换算成当量长度 l0来计算
) m ( KD5.55l 2.10?当量长度
) m ( LLL 0 设计＝计算长度
ilhiOmH6C30DQVQ 20 ＝阻力损失柱空气压力为 管
K是长度换算系数表（ 17-23）
由计算长度 L来查附录三，求出 h管
（ 17-84）
（ 3）鼓风曝气压缩空气的绝对压力 P
5
54321
h
hhhhhP
（ 17-85）
4321 hhhhH
321 hhh K P a 8.9H5.1h 4
台数来确定鼓风机的型号与根据 hhhhH GQ
4321
s
式中,h1—— 管路沿程阻力损失（ Pa）
h2—— 管路局部阻力损失（ Pa）
h3—— 曝气器的阻力损失（ Pa） 查产品样本
h4—— 曝气器安装深度（ m＝ 9.83 103Pa）
h5—— 所在地区的大气压（ Pa）
（ 4）空压机所需压力 H
估算空压机所需压力 P=
（ 5）鼓风机的选择同型号,≤ 3台 备用 1台
≥ 4台 备用 2台
1.5mH2O柱
vr2 VXbQSaOR
20TTs
20sb
0 0 2 4.1CC
RCR
188.18.20os KDV379.0RQ
208.23 KDV0 80 4.0N?
3 机械曝气装置的设计
1）选择叶轮型式
2）确定叶轮直径与轴功率
5171
7171
D
D
～：
倒伞型叶轮平板型叶轮
～：泵型叶轮：
池叶轮
5
2~
4
1
H
D?
水深叶轮
3）其它要求调节叶轮速度和淹没深度
QRQ R
R XR1 RX ) 83-17 ( r 推出污泥回流比式由
XX
XR
r?
4,污泥回流系统的设计与剩余污泥处置
1〉 污泥回流系统的设计
（ 1）回流污泥量的计算（ QR）
（ 17-86）
SVI,X,Xr三者之间关系
SVI会在一定范围内变化，要维持一定的 X，则 R就应加以调整变化同时 X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整 X也需要调整 R
（ 17-87）
∴ 设计应按 Rmax设计，并有几极较小回流比条件下工作的可能性，使 R可以调整
rS V I10X
6
r
rS V I10R1 RX
6
XX
XR
r?
（ 17-87）
（ 17-7）
（ 17-83）
（ 2）污泥提升设备的选择与设计
① 污泥泵（轴流泵）
效率高、运行稳定，不会破坏活性污泥絮体。设回流污泥泵站，适用于大、中型污水厂
1nhh 2m in1
5.0hh h,
21
1?
在一般情况下
② 空气提升器设在二沉池排泥井或曝气池进口处的污泥井内一座污泥回流井只设一台空气提升器，并只接受一座二沉池污泥斗来的污泥升液筒在井内的最小淹没水深 h1 （ mm）
式中,n—— 密度系数，一般为 2～ 2.5
h2—— 需提升的高度
空气用量 Qu＝（ 3～ 5） Qmax提升污泥量查设计手册
（ 17-88）
h
1
0.2m
h
2
回流污泥液面回流污泥泵底来自二次沉淀池空气图17-34 空气提升器构造示意图
③ 潜污泵
④ 螺旋泵图 17-35 螺旋提升泵的基本构造
) m i n/r (
D
50V
3 2j?最佳转速
jgj V1.1VV6.0
jg V1.1~6.0V?
) mm ( 1D1420.0
（ 17-89）
式中,D—— 螺旋泵的外缘直径（ m）
工作转速 Vg
安装倾角,α ＝ 30～ 38°
泵体外缘与导槽内壁之间的间隙 δ
优点与缺点：
效率高，节省能耗
不堵塞，维护管理方便
转速较慢，不会打碎活性污泥絮体
无其它附属设备，直接设在曝气池与二沉池之间,∴ 应用广泛
缺点是占地较大
（ 17-90）
) d/V S S k g ( VXKY Q SX vdr
) V S S k g / d ( fXQX rs
剩余污泥式中 ) d/m ( QQ,3ws?
75.0
X
X
M L S S
M L V S Sf
r
vr
/ d )(m fX XQ 3
r
s
2 〉 剩余污泥及其处置
(1) 剩余污泥
（ 17-15）
（ 17-91）
（ 17-92）
污泥浓缩
—澄清—泥水分离功能
(2) 处置
① 将含水率为 99％的剩余污泥送入浓缩池浓缩 （ 96～ 97）％
含水率的污泥再与初沉池污泥一起去进行厌氧消化
② 将含水率为 99％的剩余污泥 → 初沉池，起生物絮凝作用，提高初沉池去除效果。但是增大了初沉池负荷，提高了进入曝气池的
BOD浓度，增加了曝气池负荷
③ 剩余污泥（ ρ ＝ 99％） → 浓缩 → 与初沉池污泥相混合，并投加混凝剂后采用机械脱水。
5,二沉池
2) 特点
(1) 同时具有泥水分离和污泥浓缩的二种功能，要求池表面积 A较大
(2) 进入的混合液污泥浓度高，且具有絮凝性，属于成层沉淀
(3) 因为活性污泥质轻，出流堰负荷比初沉池小，为 ≤ 1.7L/m?s，
初沉池为 ≤ 2.9 L/m?s
1)
（二沉池）水平 m a xV（初沉池）水平 m a xV32
同时 ＝
5mm/s 7mm/s
(4) 静水压力排泥的静水头 ≥ 0.9mH2O柱 参见：图 17-36
0.5m
50°
i
1
H
2
图 17-3 6 沉淀池静水压力排泥
1--排泥管；2--集泥斗
固体通量法表面负荷法二沉池设计
)(m u6.3 QqQA 2
3)
(1) 沉淀池表面积 A
式中,u—— 成层沉淀之沉速,mm/s
（ 17-93）
(2) 澄清区水深 H1
tqAQtH 1
式中,t—— 水力停留时间（ h），一般为 1～ 1.5h
（ 17-94）
r
r
XX
XQR14
XX21
XQR12VVVV
＝
圆筒污泥区锥体污泥斗
锥体污泥斗锥体污泥斗圆筒污泥区 ＝＝ VVXX XQR14VVVV
r
(3) 污泥区容积 V
设计二沉池贮泥时间为 2h
(4) 圆筒部分污泥区高度 H2
A
VH
2
圆筒污泥区?
(5) 池边水深（有效水深） H
H＝ H1 + H2 + h2 ＝ H1＋ H2＋ 0.3
澄清区 污泥区 缓冲层
(6) 池总高度 H总
H总 ＝ H + h1 + h3 + h4
池边水深 超高 池中心与池边落差 污泥斗高度
h1—— 导流区高度
h2—— 曝气筒直壁段高度
h3—— 沉淀区水深 1～ 2m
H:(0.8～ 1.2m)—— 曝气筒保护高度
6,曝气沉淀池各部分尺寸的确定
1) 池体受搅拌器的限制：
（ 1） D≤20m,∵ 受充氧能力和搅拌能力的限制,D不能过大
（ 2） H水深 ≤5m，太深，搅拌不好，池底易于积泥结构尺寸的要求：
（ 3） h3（沉淀区水深）＝ 1～ 2m，过小就会影响上升水流的稳定
（ 4） 曝气筒保护高度 0.8～ 1.20m
（ 5） 曝气筒直壁段高度 h2＞导流区高度 h1
且（ h2－ h1） ≥0.414B（ B为导流区宽度）
B
b
h
2
H
h
1
h
2
V
2
V
1
D
3
D
2
D
1
|Δ
L
D
4
D
5
图 17-37 曝 气沉淀池各部位图示
nV6.3
R1Qf ) ( 2 0 0 m m / s § 1 0 0V
1
1
过窗流速～
F )(s/mm15V 2 导流区面积导流区下降流速
23
2
2 VV ； nV6.3
R1QF
—沉淀区面积—
—导流区面积—
—曝气区面积—
3
2
1
F
F
F
—回流缝面积—
—每个回流窗孔面积—
—回流窗孔总面积—
2
1
f
f
f
2) 回流窗回流窗总长度为曝气筒周长的 30％ ±,其调节高度为 50～ 150mm
3) 导流区
4) V4＝ 20～ 40mm/s? 确定回流缝的宽度 b,b一般取值为 150～ 300mm，
顺流圈长度 L＝ 0.4～ 0.6m。该结构形式为防止曝气区混合液和气泡窜入污泥回流区，干扰沉淀；同时要使回流污泥顺利回流入曝气区。
s/mm4020V
VV
s/mm15V
s/mm2 0 01 0 0V
4
23
2
1
～
～
B4 14.0hh hh
12
12
且
5) 池底斜壁与水平呈 45°
6)结构容积系数为（ 3～ 5）％
※ 回流缝设计：
先确定回流缝的宽度 b（ 150～ 300mm）
确定顺流圈长度 L＝ 0.4～ 0.6m
校核回流缝内污水的流速 V4（ 20～ 40mm/s）
41.1 bLDbf 42先求回流缝过水面积则
s/mm40~20nf6.3 QRV
2
4
7,处理水的水质
1)出水总的 BOD5＝ 溶解性 BOD5＋非溶解性 BOD5
（ Se）
2)出水中 SS＝ Ce ＝ 20～ 30mg/L
（ Xe）
) CbX1.7CbX42.1 ( 5B O D eaea5
每日氧化掉的微生物量非溶解性3) （ 17-95）
式中,Ce—— 出水中 SS浓度（ mg/L）
Xa—— 活的微生物在出水中 SS中所占比例
4.0X
1.0X
8.0X
a
a
a
其它活性污泥法延时曝气高负荷率
b—— 微生物自身氧化率（ Kd）,0.05～ 0.10 kg/kg?d（ d－ 1）
42.11 1 3 11 6 0X
1.42—— 氧化 1g微生物体所需氧量 1.42g
C5H7NO2+5O2→5CO 2+NH3+2H2O
113 160
1 X
5—— 五天的 BOD培养期
4) 处理出水中总 BOD5值：
eae5 CbX1.7SB O D总
Se值是从滤后水样测出的，则出水总的 BOD5值应按（ 17-96）
计算得出
Se值是从滤后水静沉后水样测出，则 Ce值从静沉下污泥中测出，总的 BOD5按（ 17-96）计算得出
Se值是从搅拌过的水样中测出，则测出的 Se值即为总的 BOD5
（ 17-96）
例题 17-1,已知 Q=30000m3/d,Kh=1.4,S0=225mg/L,Se=25mg/L，一级处理的
ηBOD5=25%
要求,? 计算确定曝气池工艺尺寸
计算设计鼓风曝气系统
☆ 本教材设计举例解：
一、曝气池各主要部位尺寸的计算与确定
1．处理程度 η 的确定
〈 1〉 进入曝气池污水 75.1 6 8%2512 2 5S
a
mg/L
〈 2〉 出水中非溶解性 BOD5=7.1bXaSe 4.62509.01.7 mg/L （ 17-96）
处理水,BOD5（总） ＝ Se + BOD5 = Se + 7.1bXaCe
溶解性 非溶解性 ↓ ↓
25mg/L 18.6 mg/L + 6.4 mg/L
%2.8575.1 6 8 2575.1 6 8;%9075.1 6 8 6.1875.1 6 8
m g / L 6.184.625CbX1.725B O D ea5出水中溶解性
%9075.1 6 8 6.1875.1 6 8S SS
a
ea
〈 3〉
〈 4〉
2．运行方式传统活性污泥法,阶段曝气活性污泥法,吸附－再生活性污泥法集中从池首进水 沿曝气池多点进水 沿曝气池某点进水和进回流污泥 从池首进回流污泥 从池首进回流污泥
3．曝气池计算与设计
〈 1〉 Ns的确定首先拟定 Ns＝ 0.3，然后用下列公式校核
d/ k g M L S Sk g B O D 3.09.0 75.06.180 1 8 5.0fSKN 5e2s
（ 17-97）
〈 2〉 确定 X
由 Ns查图 17-2得出 SVI值为 100～ 120，取 120，并取 R＝ 50％，根据
（ 17-
83）式计算 X
m g / L 3 3 3 32.11 2 0105.01 5.0rS V I10R1 RX 66
取整 X＝ 3300 mg/L
〈 3〉 确定曝气池容积 V
3
s
a m 5 1 2 1
3 3 0 03.0
1 6 93 0 0 0 0
XN
QSV?
； 4,2 mH ； m 256025121V,,3 则取池水深则每座池容每组一座设二组曝气池
。 21 07.12.4 5.4B ＝ 4,5 m ；B ； m 6.6092.42560F 2 之间～在则取池宽每座池的表面积
m5.1 3 55.4 6.6 0 9BFL 池长
m 1.275 5.1 3 5L,5 1每廊道长个廊道设
〈 4〉 确定曝气池各部位尺寸取超高 0.5m，池总高＝水深 +超高＝ 4.2+0.5＝ 4.7m
具体布置见图 17-38
来自初次沉淀池来自空压机站回流污泥井来自污泥泵站回流污泥去二次沉淀池中间配水渠 后配水渠前配水渠回流污泥井出水
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅴ Ⅴ
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ
进水空气干管空气干管图17-38 曝气池平面图二、曝气系统的计算与设计
1．平均需氧量 O2
h/kg)8.173(170d/kg)5.417 1(4.408 0
100 0
250 0512 115.0
100 0
)6.18(2575.168300 005.0VXbQSaO
vr2
2．最大时需氧量 (O2)max
h/kg)3.211(205
241000
2500512115.0
1000
)6.18(2575.1684.1
24
300005.0O
m a x2
每日去除的 BOD5值：
d/kg)5.4 5 0 4(4 3 2 0
1 0 0 0
)6.18(2575.1683 0 0 0 0B OD
5?
522 k g B O D/k g O)93.0(95.0)5.4504(4320
)5.4171(4.4080O
2.1
)8.173(0.170
)3.211(0.205
O
O
2
m a x2
去除每千克 BOD5的需氧量△ O2
3．供气量 Gs
确定用网状膜中微孔空气扩散器，其 EA＝ 12％，距池底 0.2m，淹没水深
4.0m，查附录一得出,Cs（ 20）＝ 9.17 mg/L,Cs（ 30）＝ 7.63 mg/L，设计水温定为 30℃ （最不利温度！）。
Pa10405.14108.910103.1P 535b
%96.18%1 0 0
12.012179
12.0121%1 0 0
E12179
E121O
A
At
L/mg54.842 96.18100 2 6.2 104 0 5.163.742O100 2 6.2 PCC 5
5t
5
b30s30sb
L/mg5.10145.117.9C 20sb
h/k g O2 5 0
0 2 4.10.254.8195.082.0
)5.10(17.91 7 0
0 2 4.1CC
RCR
2
203020T
30sb
20sb
0
h/k g O303024.10.254.8195.082.0 )5.10(17.9205R 22030m a x0
平均供气量 Gs
h/m6 9 4 61 0 0123.0 2 5 01 0 0E3.0 RG 3
A
0s
最大时供气量 (Gs)max
h/m8418100123.0 303G 3m a xs
去除每千克 BOD5的供气量为：
53 k g B OD/m6.38244 3 2 0
6 9 4 6
每 m3污水供气量为：
污水33 m/m56.5243 0 0 0 06 9 4 6
提升污泥的空气量：
h/m3 7 5 06.0243 0 0 0 05 3＝
总需气量 GsT＝ 8418+3750＝ 12168m3/h
h/m168508 4 1 8,3?每根竖管供气量个采用空气扩散器个数 2500,247949.01215,?
个每根竖管上安装数目 50502 5 0 0,?
h/m37.325008418,3?每个扩散器的配气量
4．空气管路计算空气管的布置曝气池面积 F＝ 273 45＝ 1215m2
选择最远最长的管路作为计算管路，列空气管路计算表进行计算，得出管道系统的总压力损失：
K P a979.1Pa1 9 7 98.999.201hh 21
网状膜扩散器的压力损失为 5.88 KPa，设计取 9.8 KPa
9 8 7
4.0
17 16 15 14 13
0.5 0.5 0.5 0.5
0.5
0.9
0.9
0.9
0.91.6
0.65
10
11
图17-39 空气管路计算图
5．空气机的选择
所需压力 P＝（ 4.2-0.2+1） 3 9.8＝ 49 KPa
空气流量：最大时,8418+3750＝ 12168m3/h＝ 202.8m3/min
平均时,6946+3750＝ 10696m3/h＝ 178.3m3/min
选 LG60,5台,P＝ 50KPa,Q＝ 60 m3/min。 3用 2备； 4用 1备
%30,m g / L300S,/ h m 150Q 5B O D03 经一级处理的已知
L/mg20S;dk g M L S S/k g B O D4.0N e5s
52 k g B O D/k g O0.1R;L/mg4000X %600R?
例题 17-2：
已确定下列设计参数解：
1,曝气区容积 V
L/mg2 1 03.013 0 01SS 0a
d/m3600h24h/m150Q 33
3
s
a m5.4 7 24 0 0 04.0 2 1 03 6 0 0XNQSV
3m2 3 75.2 3 62 5.4 7 2V,每座设计二座池
23 m754.74228.06.3 1 5 0n6.3 QF
32 m1135.1122 5.11502QtV
m5.175113FV）：h(
3
21导流区高度沉淀区高度
2．沉淀区面积与容积（ F3,V2）
由 X＝ 4000mg/L，查表 17-25得 μ ＝ 0.28mm/s
取沉淀 t＝ 1.5h，则沉淀区容积 V2为
V1—— 回流窗孔流速,100～ 200mm/s
V2—— 导流区下降流速,15mm/s
V3—— 由导流区沉淀流速,V3＜ V2
V4—— 污泥回流缝的流速,20～ 40mm/s
h/k g O5.14
21 0 0 0
202101500.1
n1 0 0 0
QSRR
2r
需氧量
h/k g O6.24
024.15.16.719.08.0
17.95.14
024.1CC
RC
R
2
203020T
30s
20s
0
3．需氧量与充气量的计算
〈 2〉 标准条件下的充氧量 R0
〈 1〉
4．确定曝气叶轮、曝气区直径与面积
泵型叶轮：查附录六,R0＝ 26kgO2/h，线速度为 4.5m/s，叶轮直径 d＝ 1000mm,N＝ 7KW
曝气区直径：
m616d6D,61D d 1
1
取
曝气区面积：
22211 m3.28614.3
4
1D
4
1F
2
22
m73.92156.3 61150nV6.3 R1QF导流区面积
m0.7
14.3
73.93.284FF4D 21
2?
导流区外直径
m5.02 672 DDB 12导流区宽度
2111 D41——F ——h曝气区面积导流区高度
nV6.3
R1Q——F ——h
2
22
导流区面积曝气区直壁高度
n6.3
Q——F ——h
33沉淀区面积沉淀区水深
5．导流区直径与宽度
h4—— 曝气沉淀池斜壁高＝ H－ h3； 0.8～ 1.2m—— 曝气区直壁段超高
6．曝气沉淀池直径 D
m12
14.3
7573.93.284FFF4D 321
7．曝气沉淀池其它各部位尺寸的确定
〈 1〉 曝气区直壁高 h2＝ h1+0.414B＝ 1.5+0.4143 0.5＝ 1.7m
〈 2〉 曝气沉淀池池深 H取 4.2m
〈 3〉 曝气沉淀池斜壁高,h4＝ H－ h3＝ 4.2－ 1.7＝ 2.5m
〈 4〉 曝气沉淀池斜壁与曝气区直壁呈 45°
〈 5〉 曝气沉淀池池底直径 D3＝ D－ 2h4＝ 12－ 23 2.5＝ 7.0m
2
1
m46.121006.3 61150nV6.3 R1Qf
24nm061.02446.1nff 12
1
1
8．回流窗尺寸
V1取 100mm/s，回流窗孔总面积 f
每池开 24个回流窗孔，则每个窗孔面积 f1
设计成 L3 B＝ 3003 200mm窗孔，共 24个均布，并在孔口上设计闸板阀
2
42
m84.4
41.1
2.056.02.72.014.3
41.1
bLDbf
回流缝过水面积符合要求 s/mm26284.46.3 61 5 0nf6.3 QRV
2
4
9．回流缝
曝气直径 D4＝ D3（池底直径） +0.2m＝ 7+0.2＝ 7.2m
回流缝宽 b取 0.2m，顺流圈长 L为 0.5m
回流缝内污水的流速 V4
10．曝气沉淀池实际容积核算
曝气沉淀池的总容积 V′ 为：
3
2.22
2
33
2
43
2
m37 2
2
7
2
7
2
12
2
12
5.2
3
14.3
7.1
2
12
14.3
2
D
2
D
2
D
2
D
h
3
h
2
D
V
3m353%51372%51VV
32212222 m1135.17124hDD4V
321 m240113353VVV
实际有效容积 V
沉淀区实际有效容积 V2
曝气区（包括导流区和回流区）的实际有效容积 V1
41.1
bL
Dbf
f
nV
R1Q
f
42
1
—回流缝过水面积＝—
—每个回流窗孔面积—
—回流窗孔总面积＝—
—曝气区直径（下）—
—曝气沉淀池池底直径—
—导流区外直径—
—曝气区直径（上）—
—曝气沉淀池直径—
4
3
2
1
D
D
D
D
D
曝气沉淀池各部分容积比较表对于鼓风曝气：
VRCC024.1aKVdtdCVOR rTsb20T20L2
（ 17-98）
在标准条件下：
α ＝ 1,β ＝ 1,ρ ＝ 1,T＝ 20℃,C＝ 0
VaKdtdCVR 20L0则
（ 17-99）
,) 108-17 (VC RaK
20sb
020L 式得出代入
CC024.1
VC
RVOR
Tsb20T
20sb
02
20TTsb
20sb
0 024.1CC
RCR
（ 17-71）
17.8.1 活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化
1,活性污泥的培养与驯化
2,试运行
17.8.2 活性污泥处理系统运行效果的检测
1,反映处理效果的项目：进出水总的和溶解性的 BOD,COD，进出水总的和挥发性的 SS，进出水的有毒物质（对应工业废水）
2,反映污泥情况的项目：污泥沉降比（ SV%）,MLSS,MLVSS,SVI、
溶解氧、微生物观学察等
3,反映污泥营养和环境条件的项目：氮、磷,pH、水温等。
17.8.3 活性污泥处理系统运行中的异常情况
1,污泥膨胀
2,污泥解体
3,污泥腐化
4,污泥上浮
5,泡沫问题
17,8 活性污泥处理系统的运行管理
1、什么是活性污泥？它由一些什么部分组成？它的活性是指何而言？
如何评价活性污泥的好坏？
2、活性污泥法的基本要领和基本流程是什么？
3、活性污泥评价指标有哪些？它们的意义与应用如何？其数值范围受何影响？
4、污泥龄的概念与意义是什么？怎样进行污泥龄的计算？在设计与运行中如何应用？
5、活性污泥法去除有机物的净化过程及作用如何？
6、生化反应中参数 Vmax,K,Y,Kd,a‘,b’ 的意义是什么？如何来求定这几个参数？
7、推流式与完全混合式曝气池的区别是什么？它们两者基质降解的数学模式为何不同？
思考题与习题习题
8、当完全混合式曝气池与推流式曝气池的进水 Q,Sa与要求出水 Se都完全相 同时，且完全混合式曝气池中 X等于推流式曝气池中 X时，问哪类池型需要的容积要大？为什么？
9、曝气设备的作用和分类如何，如何测定曝气设备的性能？
10、城市污水属低底物浓度的有机污水，试问有机废物的降解速度遵循哪级反应？并用何式来描述？
11、曝气池有哪几种构造和布置形式？
12、活性污泥法有哪些主要的运行方式，各种运行方式的特点是什么？促使各种运行方式发展的因素是什么？
13、影响活性污泥法运行的主要因素有哪些？这些因素的作用是什么？
14、曝气池设计的主要方法有哪几种，各有什么特点？
15、曝气池和二沉池的作用和相互联系是什么？
习 题
1、二沉池的功能和构造与一沉池相比有什么不同？在二沉池中设置斜板或斜管为什么不能取得理想的效果？
2、写出好氧微生物的分子式。氧化 1kgBOD5的理论需氧量要多少 kg？产生的活性污泥氧化 1kg活性污泥的理论需氧量要多少 kg？
3、国内目前主要采用哪几种曝气设备，曝气设备的改进对活性污泥法将带来什么好处？
4、污水充氧性能修正系数 α,β 的意义和测定原理如何？影响 α,β 值的因素有哪些？
5、鼓风曝气与机械曝气设备选用计算式有何不同？
6、合建式完全混合曝气沉淀池的构造与各区的作用是什么？
7,BOD5污泥负荷 Ns与 Nrs的概念与区别？
8、污泥回流的方式有哪几种？它们各自的优缺点是什么？
9、试论述鼓风曝气系统的设计、计算步骤和注意事项。
10、曝气池内容解氧浓度应保持多少？在供气正常时它的突然变化说明了什么？
11、试分别阐述曝气池每日活性污泥的净增殖量与曝气池混合液每日需氧量的计算公式的物理意义？并写出每日排出剩余污泥体积量的计算式。
12、从 θ c=YNrs-Kd公式中，论述为什么 Nrs增大,θ 就减小?
13、从 Qsr=a＇ +b＇ Nrs公式中，论述为什么 Nrs增大,Qsr就减小？
14、活性污泥的合成产率 Y与表观产率 Yobs有何区别？它们与 θ c的关系式？
15、从生化降解有机物的原理，论述曝气池内水中的有机物、泥、气三者之间的传质与转化关系。
16、城市污水二级处理出水中总 BOD值与其中非溶解性 BOD值的计算中应注意什么问题？
17、产生活性污泥膨胀的主要原因是什么？
18、如果某污水厂经常会发生严重的活性污泥膨胀问题，大致可以从哪些方面着手进行研究、分析，可以采取哪些措施加以控制？
19、试从双膜理论推导氧转移速率公式，并说明 KLa值如何测定？
20、普通曝气池混合液污泥浓度不能过高的原因何在？
21、经过实验得到如下一组数据，试求该反应的级数及反应速度常数 k
（数值及单位）：
t/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
S(mg·L-1) 100 77.8 60.6 47.2 36.8 28.7 22.3 17.4 13.5 10.5 8.2
22、已知某一级反应起始基质浓度为 220mg/L,2h后的基质浓度为
20mg/L，求其反应速度常数 k与反应后 1h的基质浓度 S。
23、在河流某断面处取水样测得二日 20℃ 的生化需氧量 BOD5为 15mg/L
，若河水流速为 0.1m/s，只考虑水体的生化自净作用，河水水温为 20℃,耗氧速度常数 k1=0.1d-1，求水流经过 86.4km之后的五日生化需氧量 BOD5为多少？
24、某普通曝气池混合液的污泥浓度 MLSS为 4000mg/L，曝气池有效容积 V=3000m3，若污泥龄 θ c=10天，求每日的干污泥增长量。
25,曝气池有效容积为 4000m3,混合液浓度 2000mg/L（ 其中挥发性污泥浓度为 1500mg/L）,半小时沉降比为 30%,当进水 BOD5为 220mg/L，
每日处理 1000m3/d生活污水时,处理后水的溶解性 BOD5为 20mg/L，
试验测得污泥产率系数为 0.65g/g,自身氧化率为 0.05/d。 计算污泥负荷率,污泥指数,剩余污泥量,污泥龄,回流污泥浓度及污泥回流比 。
26,某市平均日污水流量为 48000m3/d,Kz=Kd2Kh= 1.13 1.2。 污水
BOD5=180mg/L,一级处理 BOD5去除率为 20%。 二级处理拟用推流式鼓风曝气工艺,其设计参数为：曝气池混合液污泥浓度
X=3000mg/L,DO=1.5mg/L,f=0.75,设计水温 30℃,污泥负荷率
Ns=0.35kgBOD5/（ kgMISS2d ） 。 生化反应系数为,Y=0.55，
Kd=0.05,a‘= 0.5,b’= 0.15。 采用微孔曝气器,EA=18%，
α =0.95,β =0.9,ρ =1,Cs（ 30） =7.6mg/L,Cs（ 20）
=9.2mg/L。 曝气器距水面 3.6m,二沉池中清液上升流速
U=0.4mm/s,要求处理水 BOD5≤ 20mg/L。 请计算：
⑴曝气池的容积 (m3)。 ⑵每日需排除的剩余污泥量（ kg/d）。
⑶平均时，最大时需氧量。⑷平均时，最大时供气量。
⑸二沉池沉淀表面积。
