污水的物理处理法
第一章 概述
生物处理的目的和重要性
1.1.1 生物处理的目的和重要性
废水生物处理的目的：
1) 絮凝和去除废水中不可自然沉淀的胶体状固体物；
2) 稳定和去除废水中的有机物；
3) 去除营养元素氮和磷。
废水生物处理的重要性：
1)城市污水中约有60%以上的有机物只有用生物法去除才最经济；
2)废水中氮的去除一般来说只有依靠生物法；
3)目前世界上已建成的城市污水处理厂有90%以上是生物处理法；
4)大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。
微生物在废水生物处理中的作用
微生物在废水生物处理中主要有三个作用：
1)去除有机物（以COD或BOD5表示），去除其它无机营养元素如N、P等；
2)絮凝沉淀和降解胶体状固体物；
3)稳定有机物。
微生物代谢过程简介
微生物代谢所需要的几个基本要素：
能源；
碳源；
无机营养元素——N、P、S、K、Ca、Mg等
有时还需要一些特殊的有机营养物（也称生长因子，如维生素、生物素等）
废水生物处理涉及的微生物代谢过程：
化能异养型代谢；
化能自养型代谢；
光合自养型代谢；
1.1.4 生物处理中的重要微生物
细菌：
细菌——包括了真细菌(eubacteria)和古细菌(archaebacteria)
——是废水生物处理工程中最主要的微生物；
根据需氧情况不同：
好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌；
根据能源碳源利用情况的不同：
光合细菌——光能自养菌、光能异养菌；
非光合细菌——化能自养菌、化能异养菌
根据生长温度的不同：
低温菌(-10oC~15 oC)、中温菌(15 oC ~45 oC)和高温菌(>45 oC)
真菌：
真菌的三个主要特点：
1)能在低温和低pH值的条件生长；
2)在生长过程中对氮的要求较低（是一般细菌的1/2）；
3)能降解纤维素。
真菌在废水处理中的应用：
1)处理某些特殊工业废水；
2)固体废弃物的堆肥处理
原生动物、后生动物：
原生动物主要以细菌为食；
其种属和数量随处理出水的水质而变化，可作为指示生物。
后生动物以原生动物为食；
也可作为指示生物。
生物处理法在废水处理中的地位
1.2.1 有机物在废水中的存在形式及其主要去除方法
颗粒状有机物(>1(m)：可以采用机械沉淀法进行去除的颗粒物
胶体状有机物(1nm~100nm)：不能采用机械沉淀法进行去除的较小的有机颗粒物
溶解性有机物(<1nm)：以分散的分子状态存在于水中的有机物
生物法处理的主要对象：
废水中呈胶体状和溶解状态的有机物；
废水中溶解状态的营养元素N和P。
1.2.2 废水处理程度的分级
一级处理——预处理或前处理；
二级处理——生物处理；
三级处理——深度处理
一级处理：
去除效果：EBOD ( 30%, ESS ( 50%
功能：
去除大颗粒状有机物，以减轻后续生物处理的负担；
2）调节水量、水质、水温等，有利于后续的生物处理。
主要方法：
一般为物化法，如：沉砂、沉淀、气浮、除油、中和、调节、加热或冷却等
二级处理：
去除效果：EBOD ( 85~90%，ESS ( 90%
功能：大量去除胶体状和溶解状有机物，保证出水达标排放
方法：各种形式的生物处理工艺
三级处理：
目的：
进一步去除二级处理出水中残存的SS、有机物，或脱色、杀菌，或脱氮、除磷——防止水体富营养化
方法：
物化法——超滤、混凝、活性炭吸附、臭氧氧化、加氯消毒等；
生物法——生物法脱氮除磷，等
1.2.3 我国水环境中有机物污染的严重状况
废水排放量
1998年的统计，全国总废水量近400亿m3，
其中工业废水为70%，城市生活污水为30%。
但处理率很低：
城市生活污水的处理率 12.5%；
工业废水的处理率 70%，但能达标排放的仅为1/3。
到1996年年底，全国640多个城市，生活污水排放量约为150亿m3，
城市污水处理厂仅有160多个，日处理能力为812万m3，处理率仅为6.7%。
我国水环境中量大面广的污染物是有机物
有机物污染的危害
无毒有害的有机物：消耗水中的DO ((水生生物受害 ((水质变差；
有毒有害的有机物：
有毒 ((直接危害水生生物及人类；
慢性中毒 ((直接危害水生生物及人类；
三致 ((致癌、致畸、致突变等，严重危害人类的健康。
有机污染的三个层次
影响观感、灌溉、农渔业生产；
污染水源地, 造成生活用水危机；
地下水水质也会受到影响。
污染的现状：
A. 地表水： 大江大河： 全国532条河流中80%以上已受严重污染；
“三河”： 即海河、 淮河、辽河；“三湖”：即太湖、巢湖、滇池
B. 近海海域： 赤潮逐年增多
C. 地下水： 如齐鲁石化
有机污染的主要来源：
生活污水：COD = 400~500mg/l, BOD5 = 200~300mg/l
工业废水：主要有 石油化工、轻工、食品等行业
啤酒废水：8~20m3废水/m3酒, COD = 2000~3500mg/l
酒精废水：12~15 m3废水/m3酒, COD = 3~6 万mg/l
味精废水：25~35 m3废水/吨味精, COD = 6~10 万mg/l
造纸黑液：120~600 m3废水/吨纸浆, COD = 10~15万mg/l
我国城市污水处理概况
城市污水的定义：城市污水一般是指通过城市下水道收集到的所有污水，它包括：
生活污水： 1)家庭生活污水；
2)医院污水(经过消毒处理后)；
3)公共设施污水(如电影院、办公楼、餐厅等)。
工业废水——经过一定预处理之后
初雨径流——当排水系统为合流制时
其它：如渗漏等
城市污水的水质：
Contaminants
Unit
Concentration
Weak
Medium
Strong
Solids, total (TS)
mg/l
350
720
1200
Dissolved, total (TDS)
mg/l
250
500
850
Fixed
mg/l
145
300
525
Volatile
mg/l
105
200
325
Suspended solids (SS)
mg/l
100
220
350
Fixed
mg/l
20
55
75
Volatile
mg/l
80
165
275
Settleable solids
ml/l
5
10
20
BOD5
mg/l
110
220
400
Total organic carbon (TOC)
mg/l
80
160
290
COD
mg/l
250
500
1000
Nitrogen (total as N)
mg/l
20
40
85
Organic
mg/l
8
15
35
Free ammonia
mg/l
12
25
50
Nitrites
mg/l
0
0
0
Nitrates
mg/l
0
0
0
Phosphorus (total as P)
mg/l
4
8
15
Organic
mg/l
1
3
5
Inorganic
mg/l
3
5
10
Chlorides
mg/l
30
50
100
Sulfates
mg/l
20
30
50
Alkalinity (as CaCO3)
mg/l
50
100
200
Grease
mg/l
50
100
150
Total coliform
no/100ml
106~107
107~108
107~109
Volatile organic compounds (VOCs)
(g/l
(100
100~400
(400
我国城市污水处理概况
年份
污水厂
处理能力
处理率
上海北区污水厂
4万m3/d
1926
上海东、西区污水厂
到1980
全国238个城市, 仅有16个建有39个污水厂
85万m3/d
1.7%
其中二级处理厂
19.3万m3/d
0.39%
到1985年底
33个城市建有63个污水厂
220万m3/d
2.2%
其中一级处理厂20个
73万m3/d
0.66%
二级处理厂43个
147万m3/d
1.54%
到1996年底
全国640多个城市,共建有160多个污水厂
812万m3/d
6.7%
我国现有的大型污水处理厂
年份
污水厂
处理能力
1985
天津纪庄子污水厂
26万m3/d
1990
北京高碑店污水厂
50万m3/d(一期)
100万m3/d(二期)
1994
天津东郊污水厂
34万m3/d
其它
西安大白杨污水厂
32万m3/d
南京污水厂
26万m3/d
上海天山污水厂
10.5万m3/d
杭州四堡污水厂
20万m3/d
郑州污水厂
12万m3/d
1.3生物处理法的分类
废水处理工艺的选择
A.人工处理法与自然处理法的选择
自然生物处理法：投资省、运行费用低，但占地多；
人工生物处理法：占地少、效率高、环境条件好，但投资大、运行费用高
B. 好氧法与厌氧法的选择
好氧生物处理（原理与工艺）
基本概念
好氧生物处理的基本生物过程
所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类；
所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。
好氧生物处理过程的生化反应方程式：
分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +(+能量
（有机物的组成元素）
合成反应（也称合成代谢、同化作用）
C、H、O、N、S + 能量 C5H7NO2
内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化）
C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +(+能量
在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对稳定的，一般可用下列实验式来表示：
细菌： C5H7NO2； 真菌： C16H17NO6； 藻类： C5H8NO2；原生动物： C7H14NO3
分解与合成的相互关系：
二者不可分，而是相互依赖的；
分解过程为合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基础；
b．分解过程是一个产能过程，合成过程则是一个耗能过程。
2) 对有机物的去除，二者都有重要贡献；
3）合成量的大小， 对于后续污泥的处理有直接影响（污泥的处理费用一般可以占整个城市污水处理厂的40(50%）。
不同形式的有机物被生物降解的历程也不同：
一方面：
结构简单、小分子、可溶性物质，直接进入细胞壁；
结构复杂、大分子、胶体状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附，随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有机物，再进入细胞内。
另一方面：有机物的化学结构不同，其降解过程也会不同：
如： 糖类
脂类
蛋白质
影响好氧生物处理的主要因素
1）溶解氧（DO）： 约1~2mg/l
2）水温：是重要因素之一，
在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；
细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；
最适宜温度 15(30(C； (40(C 或( 10(C后，会有不利影响。
3)营养物质：
细胞组成中，C、H、O、N约占90(97%
其余3(10%为无机元素，主要的是P。
生活污水一般不需再投加营养物质；
而某些工业废水则需要， 一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD ( N ( P = 100 ( 5 ( 1 投加N和P。
其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；
微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；
4)pH值：
一般好氧微生物的最适宜pH在6.5(8.5之间；
pH ( 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；
另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。
5)有毒物质（抑制物质）
主要有： 重金属 蛋白质的沉淀剂（变性；与-SH结合而失活）
氰化物
H2S
卤族元素及其化合物
酚、醇、醛 使蛋白质变性或脱水
染料等；
活性污泥系统中有毒物质的最高允许浓度：
有毒物质
允许浓度
有毒物质
允许浓度
铜化合物(以Cu计)
0.5(1.0
苯
10
锌化合物(以Zn计)
5(13
氯苯
10
镍化合物(以Ni计)
2
对苯二酚
15
铅化合物(以Pb计)
1.0
间苯二酚
450
锑化合物(以Sb计)
0.2
邻苯二酚
100
镉化合物(以Cd计)
1(5
间苯三酚
100
钒化合物(以V计)
5
邻苯三酚
100
银化合物(以Ag计)
0.25
苯胺
100
铬化合物(以Cr计)
2(5
二硝基甲苯
12
(以Cr3+计)
2.7
甲醛
160
(以Cr6+计)
0.5
乙醛
1000
硫化物(以S2-计)
5(25
二甲苯
7
(以H2S计)
20
甲苯
7
氢氰酸氰化钾
1(8
氯苯
10
硫氰化物
36
吡啶
400
砷化合物(以As3+计)
0.7(2.0
烷基苯磺酸盐
15
汞化合物(以Hg计)
0.5
甘油
5
6）有机负荷率：
污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物。
7）氧化还原电位：
好氧细菌： +300 ( 400 mV， 至少要求大于+100 mV。
厌氧细菌： 要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌，则(-100 mV，甚至(-300 mV。
废水可生化性和可生化程度的判别
生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物质改变原来的化学和物理性质，在结构上引起的变化程度。
可分为三类：
初级生物降解——指有机物原来的化学结构发生了部分变化，改变了分子的完整性；
环境可接受的生物降解——指有机物失去了对环境有害的特性；
完全降解——在好氧条件下，有机物被完全无机化；在厌氧条件下，有机物被完全转化为CH4、CO2等。
有机物生物降解性能的分类：
易生物降解——易于被微生物作为碳源和能源物质而被利用；
可生物降解——能够逐步被微生物所利用；
难生物降解——降解速率很慢或根本不降解。
注意：1）“难、易”是相对的；
2）同一种化合物在不同种属微生物的作用下，其降解情况也会有不同。
鉴定和评价废水中有机污染物的好氧生物降解性的方法：
分类
方法
方法要点
方法评价
根据氧化所耗氧量
水质指标法
采用BOD5/COD作为有机物评价指标。方法改进：日本通产省测试法，以ThOD代替COD，采用BOD自动测定仪测定有机物28天的生化需氧量，并以BOD28/ThOD来评价有机物的生物降解性能；
比较简单，但精度不高，可粗略反映有机物的降解性能；
瓦呼仪法
根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断有机物的生物降解性能。测试时，接种物可采用活性污泥，接种量为1(3 gSS/l；
较好地反应微生物氧化分解特性，但试验水量少，对结果有影响；
根据有机物的去除效果
静置烧瓶筛选试验
以10ml沉淀后的生活污水上清液作为接种物，90ml含有5mg酵母膏和5mg受试物的BOD标准稀释水作为反应液，两者混合，室温下培养，1周后测受试物浓度，并以该培养液作为下周培养的接种物，如此连续4周，同时进行已知降解化合物的对照试验；
操作简单，但在静态条件下混合及充氧不好；
振荡培养试验法
在烧瓶中加入接种物、营养液及受试物等，在一定温度下振荡培养，在不同的反应时间内测定反应液中受试物含量，以评价受试物的生物降解性；
生物作用条件好，但吸附对测定有影响；
半连续活性污泥法
测试时，采用试验组及对照组二套反应器间歇运行，测定反应器内COD、TOD或DOC的变化，通过二套反应器结果的比较来评价；
试验结果可靠，但仍不能模拟处理厂实际运行条件；
活性污泥模型试验
模拟连续流活性污泥法生物处理工艺，采用试验组与对照组，通过两套系统对比和分析来评价；
结果最为可靠，但方法较复杂；
根据CO2量
斯特姆测试法
采用活性污泥上清液作为接种液，反应时间28天，温度25(C，有机物降解以CO2产量占理论CO2产量的百分率来判断；
系统复杂，可反映有机物的无机化程度；
根据微生物生理生化指标
主要有：ATP测试法、脱氢酶测试法、细菌标准平板计数测试法等
试验结果可靠，但测试程序较为复杂。
影响有机物生物降解性能的因素：
与化学物质的种类性质有关的因素（化学组成、理化性质、浓度、与它种基质的共存）；
与微生物的种类、性质有关的因素（微生物的来源、数量、种属间的关系）；
与有机物、微生物所处的环境有关的因素（pH值、DO、温度、营养物等）。
悬浮生长的好氧生物处理工艺
活性污泥法 （Activated Sludge Process）
活性污泥法的基本原理
曝气池：反应主体
二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质；
2）保证回流污泥，维持曝气池内一定的污泥浓度。
回流系统： 1）保证曝气池内维持足够的污泥浓度；
2）通过改变回流比，改变曝气池的运行工况。
剩余污泥： 1）是去除有机物的途径之一；
2）维持系统的稳定运行。
供氧系统： 提供足够的溶解氧
活性污泥系统有效运行的基本条件是：
废水中含有足够的可容性易降解有机物；
混合液含有足够的溶解氧；
活性污泥在池内呈悬浮状态；
活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；
没有对微生物有毒有害的物质流入。
二．活性污泥的性质及性能指标
物理性能：——“菌胶团”——“生物絮凝体”
颜色：褐色、（土）黄色、铁红色
气味：泥土味（城市污水）
比重：略大于1 （1.002(1.006）
粒径：0.02(0.2 mm
比表面积：20(100cm2/ml
生化性能：
活性污泥的含水率： 99.2(99.8%
固体物质的组成：
活细胞（Ma）：
微生物内源代谢的残留物（Me）：
吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）：
无机物质（Mii）：
3．活性污泥中的微生物：
A．细菌： 是活性污泥净化功能最活跃的成分
主要菌种有： 动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等
特征： 1）多属好氧和兼性异养型的原核细菌；
2）在有氧条件下，具有较强的分解有机物的功能；
3）具有较高的增殖速率，其世代时间为20(30分钟；
4）其中的动胶杆菌具有将大量细菌结成为“菌胶团”的功能。
B.其它微生物------原生动物----在活性污泥中大约为103个/ml
4.活性污泥的性能指标：
混合液悬浮固体浓度（MLSS）（Mixed Liquor Suspended Solids）
MLSS = Ma + Me + Mi + Mii 单位： mg/l g/m3
（2）混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（Mixed Volatile Liquor Suspended Solids）
MLVSS = Ma + Me + Mi
在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是0.75—0.85
(3)污泥沉降比（SV） （Sludge Volume）
——是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；
——能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；
——正常数值 20(30%
（4）污泥体积指数（SVI） （Sludge Volume Index）
——曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积， 单位是 ml/g。
——能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，
其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；
其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；
——城市污水的SVI一般为 50(150 ml/g；
——注意：1）对于工业废水，SVI不在上述范围内，有时也属正常；
对于高浓度活性污泥系统，即使污泥沉降性能较差，由于MLSS较高，其SVI也不会很高。
5.关于活性污泥法运行控制中常用的一些参数：
流量 COD BOD 微生物浓度
A Q Ci Bi Xi
B、C Q + Qr Ce Be X
D Q – Qw Ce Be Xe
E Qw Ce Be Xr
F Qr Ce Be Xr
曝气池的有机容积负荷：
;
2) 曝气池的有机污泥负荷：
;
3）曝气池的水力停留时间（Hydraulic Retention Time）
（h）
4）曝气池的污泥停留时间（Sludge Retention Time）
SRT =V ( X /Qw (Xr（h 或 d）
三．活性污泥的增长规律
活性污泥中微生物的增殖是活性污泥在曝气池内发生反应、有机物被降解的必然结果，而微生物增殖的结果则是活性污泥的增长。
一般可用活性污泥的增长曲线来描述:（见附图1）
注意：1)间歇静态培养；
2)底物是一次投加；
3)图中同时还表示了有机底物降解和氧的消耗曲线。
F/M值:
在温度适宜、DO充足、且不存在抑制物质的条件下，活性污泥微生物的增殖速率主要取决于微生物与有机基质的相对数量，即有机基质(Food)与微生物(Microorganism)的比值，即F/M值。
F/M值也是影响有机物去除速率、氧利用速率的重要因素。
实际上，F/M值就是以BOD5表示的进水污泥负荷()，即：
3、一般来说，可将增长曲线分为以下四个时期：
适应期；(2)对数增长期；(3)减速增长期；(4)内源呼吸期。
适应期:
是活性污泥微生物对于新的环境条件、污水中有机物污染物的种类等的一个短暂的适应过程；
经过适应期后，微生物从数量上可能没有增殖，但发生了一些质的变化：a.菌体体积有所增大；b.酶系统也已做了相应调整；c.产生了一些适应新环境的变异；等等。
BOD5、COD等各项污染指标可能并无较大变化。
对数增长期：
F/M值高((2.2)，所以有机底物异常丰富，营养物质不是微生物增殖的控制因素；
微生物的增长速率与基质浓度无关，呈零级反应，它仅由微生物本身所特有的最小世代时间所控制，即只受微生物自身的生理机能的限制；
微生物以最高速率对有机物进行摄取，也以最高速率增殖，而合成新细胞；
此时的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活动能力很强，导致污泥质地松散，不能形成较好的絮凝体，污泥的沉淀性能不佳；
活性污泥的代谢速率极高，需氧量大；
一般不采用此阶段作为运行工况，但也有采用的，如高负荷活性污泥法。
减速增长期:
F/M值下降到一定水平后，有机底物的浓度成为微生物增殖的控制因素；
微生物的增殖速率与残存的有机底物呈正比，为一级反应；
有机底物的降解速率也开始下降；
微生物的增殖速率在逐渐下降，直至在本期的最后阶段下降为零，但微生物的量还在增长；
活性污泥的能量水平已下降，絮凝体开始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均较好；
由于残存的有机物浓度较低，出水水质有较大改善，并且整个系统运行稳定；
一般来说，大多数活性污泥处理厂是将曝气池的运行工况控制在这一范围内的。
内源呼吸期:
(1)内源呼吸的速率在本期之初首次超过了合成速率，因此从整体上来说，活性污泥的量在减少，最终所有的活细胞将消亡，而仅残留下内源呼吸的残留物，而这些物质多是难于降解的细胞壁等；
污泥的无机化程度较高，沉降性能良好，但凝聚性较差；有机物基本消耗殆尽，处理水质良好；
一般不采用这一阶段作为运行工况，但也有采用，如延时曝气法。
4、活性污泥增殖规律的应用：
活性污泥的增殖状况，主要是由F/M值所控制；
处于不同增长期的活性污泥，其性能不同，处理出水的水质也不同；
可以通过调整F/M值，来调控曝气池的运行工况，以达到所要求的出水水质和活性污泥的良好性能；
推流式： 一段线段；
完全混合式： 一个点
5、有机物降解与微生物增殖：
活性污泥微生物增殖是微生物增殖和自身氧化（内源呼吸）两项作用的综合结果，所以，微生物的净增殖速率为：
式中：——活性污泥微生物的净增殖速率（）；
——活性污泥微生物的合成速率；
——降解每所产生的值，即产率系数（）；
——活性污泥微生物自身氧化速率；
——每每日自身氧化的数，即自身氧化系数（）；
——。
因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式:
积分后，得出活性污泥微生物在曝气池内每日得净增长量为:
式中: 每日污泥增长量(),； ；
——每日处理废水量()；
——进水浓度(或)；
——出水浓度(或)。
的经验值：
对于生活污水活与之性质相近的工业废水，，；
几种工业废水的值:
废水
合成纤维废水
0.38
0.10
含酚废水
0.55
0.13
制浆与造纸废水
0.76
0.016
制药废水
0.77
酿造废水
0.93
亚硫酸浆粕废水
0.55
0.13
通过小试求得：
将上式改写为:
6、有机物降解与需氧:
微生物的代谢需要氧：(1)需要将一部分有机物氧化分解；
(2)也需要对自身细胞的一部分物质进行自身氧化。
需氧量:
式中——曝气池混合液的需氧量，；
——代谢每所需的氧量，；
——每每天进行自身氧化所需的氧量，。
上式可改写成:
或
其中: ——单位重量污泥的需氧量，；
——去除每的需氧量，。
值的确定:
活性污泥法处理城市污水时的和值:
运行方式
完全混合式
0.71.1
0.42
0.11
生物吸附法
0.7-1.1
传统曝气法
0.8-1.1
延时曝气法
1.4-1.8
0.53
0.188
(2)几种工业废水的值:
废水
石油化工废水
0.75
0.16
合成纤维废水
0.55
0.142
含酚废水
0.56
制浆与造纸废水
0.38
0.092
制药废水
0.35
0.354
酿造废水
0.93
漂染废水
0.5-0.6
0.065
炼油废水
0.55
0.12
亚硫酸浆粕废水
0.40
0.185
(3)试验法:
将上述方程式改写成:
四．活性污泥法反应动力学及其应用
活性污泥法反应动力学:
——可以定量或半定量地揭示系统内有机物降解、污泥增长、耗氧等作用与各项设计参数、运行参数以及环境因素之间的关系；
——它主要包括:
基质降解的动力学，涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素的关系；
微生物增长动力学，涉及微生物增长与基质浓度、生物量、增长常数等因素的关系；
还研究底物降解与生物量增长、底物降解与需氧、营养要求等的关系。
在建立活性污泥法反应动力学模型时,有以下假设:
除特别说明外，都认为反应器内物料是完全混合的，对于推流式曝气池系统，则是在此基础上加以修正；
活性污泥系统的运行条件绝对稳定；
二次沉淀池内无微生物活动，也无污泥累积并且水与固体分离良好；
进水基质均为溶解性的，并且浓度不变，也不含微生物；
系统中不含有毒物质和抑制物质。
主要介绍：
劳伦斯——麦卡蒂（Lawrence—McCarty）模式
莫诺德（Monod）模式
酶促反应动力学公式（米—门公式）（Michaelis—Menton）
活性污泥反应动力学的基础——米—门公式与莫诺德模式
米—门公式
Michaelis—Menton提出酶的“中间产物”学说，通过理论推导和实验验证，提出了含单一基质单一反应的酶促反应动力学公式，即米—门公式：
式中：——酶促反应中产物生成的反应速率；
——产物生成的最高速率；
——米氏常数（又称饱和常数，半速常数）；
——基质浓度。
中间产物学说：
米门公式的图示：
B.莫诺德模式：
Monod于1942年和1950年曾两次进行了单一基质的纯菌种培养实验，也发现了与上述酶促反应类似的规律，进而提出了与米门公式想类似的表达微生物比增殖速率与基质浓度之间的动力学公式，即莫诺德模式：
式中： ——微生物的比增殖速率，；
——基质达到饱和浓度时，微生物的最大比增殖速率，
——反应器内的基质浓度，mg/l；
——饱和常数，也是半速常数。
随后发现，用由混合微生物群体组成的活性污泥对多种基质进行微生物增殖实验，也取得了符合这种关系的结果。
3）可以假定：在微生物比增殖速率与底物的比降解速率之间存在下列比例关系：
则与比增殖速率相对应的比底物降解速率也可以用类似公式表示，即：
式中： ——比底物降解速率（）；
——底物的最大比降解速率；
——限制增殖的底物浓度；
——饱和常数。
对于废水处理来说，有机物的降解是其基本目的，因此上式的实际意义更大。
莫诺德模式的图示：
莫诺德方程式的推论：
在高底物浓度的条件下，即>>，呈零级反应，则有：
，
在低底物浓度的条件下，即<<，则：
Lawrence—McCarty模式：
Lawrence—McCarty建议的排泥方式：
两种排泥方式：I.剩余污泥从污泥回流系统排出；
II.剩余污泥从曝气池直接排出。
第二种排泥方式的优点：1）减轻了二沉池的负担；2）可将剩余污泥单独浓缩处理；3）便于控制曝气池的运行。
有关基本概念：
a、微生物比增殖速率：
b、单位基质利用率：
c、生物固体平均停留时间（又称细胞平均停留时间，在工程上习称污泥龄）：
——在反应系统内，微生物从其生成开始到排出系统的平均停留时间；
——也可以说是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的平均时间；
——从工程上来说，就是反应系统内微生物总量与每日排放的剩余污泥量的比值，以表示，单位为d， 即：
式中:——每日增殖的微生物量，稳态运行时，就是每日排放的剩余污泥量。
因此：
1）按传统排泥方式：
简化后，则：
2)按第二种排泥方式，则：
简化后，
由此可看出这种排泥方式更有利于控制和运行管理。
3)与的关系： ，而 ，
所以有： 或
(三) L—M模式的基本方程式：
第一基本方程式：
前面已有：
式中 ——微生物的产率系数，；
——自身氧化系数，又称衰减常数，，（）；
经整理后：
表示的是污泥龄（）与产率系数Y、基质比利用速率（q）及自身氧化系数之间的关系。
第二基本方程式：
认同莫诺德模式：
认为有机基质的降解速率等于其被微生物的利用速率，即
式中： ——反应器内的基质浓度；
——单位生物量的最大基质利用速率；
——半速常数。
表示的是基质利用速率与反应器内微生物浓度和基质浓度之间的关系。
(四) L-M模式的应用（基本方程的推论）
第一导出方程——出水水质与污泥龄之间的关系：（对于完全混合式）
将 代入：
则有：
B.第二导出方程——曝气池内微生物浓度与污泥龄的关系
对曝气池做有机底物的物料衡算：
底物的净变化率 = 底物进入曝气池的速率 - 底物从曝气池中消失的速率
代入第一基本方程有：
由于，则有：
上式说明：曝气池中微生物量浓度是与有机物的浓度、和曝气时间等有关的。
式中，可以称为污泥循环因子，其物理意义为：活性污泥从生长到被排出系统期间与废水的平均接触次数。
C.第三导出方程——回流比与之间的关系
对曝气池的生物量进行物料衡算：
（曝气池内生物量的净变化率）=（生物量进入曝气池的速率）-（生物量离开曝气池的速率）
其中 ， 所以：
所以：
式中：——回流污泥的浓度，可由下式估算：
是近似值；
由算出的是值，应再换算成。
D．产率系数（）与表观产率系数（）之间的关系：
产率系数（）是指单位时间内，微生物的合成量与基质降解量的比值，即：
表观产率系数（）是指单位时间内，实际测定的污泥产量与基质降解量的比值，
即：
将，以及 代入，则有：
该式还提供了通过试验求及的方法，将其取倒数后得：
以1/Yobs对作图，即可求得及值。
其中
E. 与Se及E的关系：(见附图3)
升高 Se 下降 E 升高；
下降 Se 升高 E 下降
因此，对于一个活性污泥系统有一个()min
可以通过假定Se = SI并代入
则有：
一般，Ks<<Si，所以，
F．对方程式的推论
已有：
因 v = q，所以，
活性污泥处理系统一般为低基质浓度，即Ks>>Se,所以， ， 其中K=vmax/Ks
又： ，
所以：
在稳态下，
所以：
(五) 动力学参数的测定
动力学参数、、、是模式的重要组成部分，一般是通过实验来确定的。
、的确定：
将下式： 取倒数，得：
式中 所以
取不同的t值，即可计算出值，绘制关系图，
图中直线的斜率为值，截距为值。
、值的确定
已知 以及
取不同的值，并由此可以得出不同的Se值，代入上式，可得出一系列q值。
绘制的关系图，图中直线的斜率为值，截距为值。
活性污泥法动力学的主要公式:
莫诺德模式: (1)
(2)
L—M模式:
1）基本概念: (3)
(4)
或 （5）
或 （6）
2）第一基本方程式: （7）
第二基本方程式: （8）
第一导出方程式: （9）
第二导出方程式: （10）
第三导出方程式: （11）
（12）
第四导出方程式: （13）
第五导出方程式: （14）
（15）
（16）
活性污泥净化反应过程:
在活性污泥处理系统中，有机底物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增长。
一般将这整个净化反应过程分为三个阶段：
初期吸附；
微生物代谢；
活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩
初期吸附:
在活性污泥系统内，在污水开始与活性污泥接触后的较短时间(10(30min)内，由于活性污泥具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力，因此在这很短的时间内，就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物，使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。
但这并不是真正的降解，随着时间的推移，混合液的BOD5值会回升，再之后，BOD5值才会逐渐下降。
活性污泥吸附作用的大小与很多因素有关:
废水的性质、特性：
对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状态的有机污染物的废水，具有较好的效果。
活性污泥的状态：
在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。
2.2.1.4 活性污泥系统的主要运行方式
迄今为止，在活性污泥法工程领域，应用着多种各具特色的运行方式。主要有以下几种：
1)传统活性污泥法；2)完全混合活性污泥法；3)阶段曝气活性污泥法；4)吸附—再生活性污泥法；5)延时曝气活性污泥法；6)高负荷活性污泥法；7)纯氧曝气活性污泥法；8)浅层低压曝气活性污泥法；9)深水曝气活性污泥法；10)深井曝气活性污泥法。
传统活性污泥法：
1)工艺流程:
2)供需氧曲线
3)主要优点：
a.处理效果好：BOD5的去除率可达90-95%；
b.对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。
4)主要问题：
a.为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；
b.在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；
c.对冲击负荷的适应性较弱。
5)一般所采用的设计参数(处理城市污水):
二、完全混合活性污泥法
主要特点：
a.可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；
b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；
c.适合于处理较高浓度的有机工业废水。
主要结构形式：
a.合建式（曝气沉淀池）：
b.分建式
三、阶段曝气活性污泥法——又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法
工艺流程为：
1)主要特点：
a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供养速率与需氧速率之间的矛盾，有利于降低能耗；
b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；
2)主要设计参数：
四、吸附再生活性污泥法——又称生物吸附法或接触稳定法。
主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。
1)主要优点：
a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积只和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；
b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。
2)主要缺点：
对废水的处理效果低于传统法，此外，对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。
3)主要设计参数：
五、延时曝气活性污泥法——完全氧化活性污泥法
1)主要特点：
a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，勿需再进行处理；
b.处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；
c.在某些情况下，可以不设初次沉淀池。
2)主要缺点：
池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大；
一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在1000m3/d以下。
3)主要设计参数：
六、高负荷活性污泥法——又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法
1)主要特点：
有机负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果较低；
在系统和曝气池的构造等方面与传统法相同。
2)主要设计参数：
七、纯氧曝气活性污泥法
1)主要特点：
a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；
b.氧的转移率可提高到80-90%，而一般的鼓风曝气仅为10%左右；
c.可使曝气池内活性污泥浓度高达4000(7000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；
d.剩余污泥产量少，SVI值也低，一般无污泥膨胀之虑。
2)曝气池结构：
3)主要设计参数：
八、浅层低压曝气法——又称Inka曝气法
1)理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离。
2)其曝气装置一般安装在水下0.8(0.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.80(2.60kgO2/kw.h；
3)其氧转移率较低，一般只有2.5%；
4)池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。
九、深水曝气活性污泥法
1)主要特点：
a.曝气池水深在7(8m以上，
b.由于水压较大，洋的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；
c.占地面积较小。
2)一般有两种形式：a.深水中层曝气法：b.深水深层曝气法：
十、深井曝气活性污泥法——又称超深水曝气法
1)工艺流程：
一般平面呈圆形，直径约介于1(6m，深度一般为50(150m。
2)主要特点：
a.氧转移率高，约为常规法的10倍以上；
b.动力效率高，占地少，易于维护运行；
c.耐冲击负荷，产泥量少；
d.一般可以不建初次沉淀池
e.但受地质条件的限制。
3)主要设计参数
各种活性污泥法的设计参数(处理城市污水,仅为参考值)
设计参数
传统活性污泥法
完全混合活性污泥法
阶段曝气活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)
0.2(0.4
0.2(0.6
0.2(0.4
容积负荷(kgBOD5/m3.d)
0.3(0.6
08(2.0
0.6(1.0
污泥龄(d)
5(15
5(15
5(15
MLSS(mg/l)
1500(3000
3000(6000
2000(3500
MLVSS(mg/l)
1200(2400
2400(4800
1600(2800
回流比(%)
25(50
25(100
25(75
曝气时间HRT(h)
4(8
3(5
3(8
BOD5去除率(%)
85(95
85(90
85(90
各种活性污泥法的设计参数(处理城市污水,仅为参考值)(续表1)
设计参数
吸附再生活性污泥法
延时曝气活性污泥法
高负荷活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)
0.2(0.6
0.05(0.15
1.5(5.0
容积负荷(kgBOD5/m3.d)
1.0(1.2
0.1(0.4
1.2(2.4
污泥龄(d)
5(15
20(30
0.25(2.5
MLSS(mg/l)
吸附池1000(3000
再生池4000(10000
3000(6000
200(500
MLVSS(mg/l)
吸附池800(2400
再生池3200(8000
2400(4800
160(400
回流比(%)
25(100
75(100
5(15
曝气时间HRT(h)
吸附池0.5(1.0
再生池3(6
18(48
1.5(3.0
BOD5去除率(%)
80(90
95
60(75
各种活性污泥法的设计参数(处理城市污水,仅为参考值)(续表3)
设计参数
纯氧曝气活性污泥法
深井曝气活性污泥法
BOD5—SS负荷(kgBOD5/kgMLSS.d)
0.4(1.0
1.0(1.2
容积负荷(kgBOD5/m3.d)
2.0(3.2
3.0(3.6
污泥龄(d)
5(15
5
MLSS(mg/l)
6000(10000
3000(5000
MLVSS(mg/l)
4000(6500
2400(4000
回流比(%)
25(50
40(80
曝气时间HRT(h)
1.5(3.0
1.0(2.0
溶解氧浓度DO(mg/l)
6(10
SVI(ml/g)
30(50
BOD5去除率(%)
75(95
85(90
2．2．1．4 曝气池的型式与构造
一、曝气池的分类
根据混合液在曝气池内的流态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；
根据曝气方式，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；
根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种；
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。
二、曝气池的流态——推流式、完全混合式、循环混合式
1、推流式曝气池
((曝气池表面呈长方形；廊道的长度可达100m，但以50(70m之间为宜；长度应是宽度的5(10倍；
((从池首到池尾，混合液内影响活性污泥净化功能的各种因素，如F/M值、微生物的组成和数量、基质的组成和数量等都在连续地变化；
((有机物的降解速率、耗氧速率也都连续地变化；
((活性污泥在池内是按增长曲线的一个线段进行增长；
((一般呈廊道型，可以有单廊道、二廊道以及三廊道和四廊道，甚至更多。
2、完全混合式曝气池
((废水一进入曝气池，即与池内原有混合液充分混合；
((曝气池内混合液的组成以及F/M值、微生物的组成和数量等完全均匀一致；
((有机物的降解速率、耗氧速率等在池内各部位都是不变的；
((微生物在曝气池内的增殖速率是一定的，在增殖曲线上的位置是一个点，而不是一个线段。
优点：
①由于池内混合液对废水起到了稀释作用，因此，能够承受高浓度的废水，对冲击负荷有一定
的适应能力；
②需氧在整个池内的要求相同，能够节省动力；
③可使曝气池与沉淀池合建，无需单独设置污泥回流系统，易于运行管理。
3、循环混合式曝气池
((氧化沟
三、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。
采用鼓风曝气系统的曝气池的构造
该系统的曝气池多为廊道型的推流式曝气池
①曝气池的数目、规模与廊道组合
（废水流量、水质、处理要求；单元设计；1(多个廊道）
②廊道的长度与宽度：
（为了防止水流短路和结构上的要求，廊道长度以50(70m为宜，长与宽之比为5(10：1）
③廊道的横断面与深度：
((曝气装置多为一侧安装；池墙顶部与脚部均呈45(斜面；
((尽量共用空气管道和不水槽；
((池深应从两方面来考虑：氧的转移与鼓风机的出口风压；
((多采用3(5m，水面上超高不小于0.5m；
((在距池底1/2或1/3处设排水管，以备培养活性污泥用；
((在池底设放空管，池底应设0.2%的坡度，坡向放空管；
((进水多采用淹没孔口形式，出水多采用平顶堰形式。
2、采用机械曝气装置的曝气池的构造
①采用叶轮曝气器的曝气池的构造
a.完全混合式：
((表面为圆形或方形 (图1)
b.兼具推流和完全混合的曝气池：
((由一系列正方形单元连接而成的廊道式曝气池；
((每一单元设一台叶轮曝气器，每个单元是完全混合的。
c.曝气沉淀池：
((将曝气和沉淀过程结合在一个构筑物内完成；
((曝气区，导流区，沉淀区
②采用曝气转刷（盘）的曝气池的构造
环槽形曝气池（氧化沟）
((平面呈环形跑道状；
((沟槽的横断面可为方形、梯形；
((水深一般为1.0—1.5m；
((混合液外在沟内的流速不应小于0.3m/s。
图3：
性污泥系统的工艺计算与设计
一、设计应掌握的基础资料
进行活性污泥系统的工艺计算和设计时，首先应比较充分地掌握与废水、污泥有关的原始资料并确定设计的基础数据，主要有：
①废水的水量、水质及其变化规律；
②对处理后出水的水质要求；
③对处理中产生的污泥的处理要求； ((以上属于设计所需要的原始资料
④污泥负荷率与BOD5的去除率；
⑤混合液浓度与污泥回流比。 ((以上属于设计所需的基础数据
对生活污水和城市污水以及与其类似的工业废水，已有一套成熟和完整的设计数据和规范，一般可以直接应用；
对于一些性质与生活污水相差较大的工业废水或城市废水，一般需要通过试验来确定有关的设计参数。
二、工艺计算与设计的主要内容
活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。
其工艺计算与设计主要包括：1)工艺流程的选择；2)曝气池的计算与设计；3)曝气系统的计算与设计；4)二次沉淀池的计算与设计；5)污泥回流系统的计算与设计。
三、工艺流程的选择
主要依据：①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中所产生的污泥的处理要求；④当地的地理位置、地质条件、气候条件等；⑤当地的施工水平以及处理厂建成后运行管理人员的技术水平等；⑥工期要求以及限期达标的要求；⑦综合分析工艺在技术上的可行性和先进性以及经济上的可能性和合理性等；⑧对于工程量大、建设费用高的工程，则应进行多种工艺流程的比较后才能确定。
四、曝气池的计算与设计
1、主要内容：①曝气池容积的计算；
②需氧量和供气量的计算；
③池体设计。
2、曝气池容积的计算：
(1)计算方法与计算公式
常用的是有机负荷法，有关公式有：
；
；
((的去除率，%；
((进水的浓度，或；
((出水的浓度，或；
((去除的浓度，或；
((曝气池的容积，；
((进水设计流量，；
((，或；
((的污泥去除负荷，；
((的容积去除负荷，；
((比值，一般取值为0.7(0.8；
((，或；
((水力停留时间或曝气时间，。
(2）设计参数的选择
在进行曝气池容积计算时，应在一定范围内合理地确定或和或值，以及处理效率、、等参数。
表1 部分活性污泥法处理城市废水的设计参数
一般对于生活污水及性质与其相似的废水，采用商标中的数据时，SVI值可能介于80(150之间，污泥沉淀性能良好，出水水质也会较好。
3.需氧量与供气量的计算
(1)需氧量： （kgO2/d）
但应注意：由于一日内进入曝气池的废水量和BOD5的浓度是变化的，所以计算时，还应考虑最大时需氧量(O2)max： （kgO2/h）
(2)供气量： 供气量应按鼓风曝气型式或机械曝气型式两种情况分别求定。
但应注意： ①日平均供气量(Gs)；
②最大时供气量(Gs)max：(O2)max ( (R0)max ( (Gs)max；
③最小时供气量(Gs)min：一般(Gs)min = 0.5Gs；
4.池体尺寸设计：
单元数：不小于2组；
廊道数：不少于3个；
廊道长、宽、高：长 = (5(10) 宽，深度一般为4(5米，超高0.5米；
进出水以及污泥回流方式的设计；
曝气装置的安装方式与位置；
其它附属物的设计(消泡管等)。
五、曝气系统的计算与设计(只介绍鼓风曝气系统的计算与设计)
鼓风曝气系统包括鼓风机、空气输送管道和曝气装置。
主要内容有：①选择曝气装置，并对其进行布置；②计算空气管道；③确定鼓风机的型号及台数。
1.曝气装置的选定及布置：
a.一般要求：
①具有较高的氧利用率(EA)和动力效率(Ep)，节能效果好；
②不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；
③结构简单，工程造价低。
同时还应考虑：废水水质、地区条件以及曝气池的池型、水深等。
b.计算所需曝气装置的数目：
根据总供气量以及每个曝气装置的通气量、服务面积以及曝气池的质地总面积等，即可求得。
c.曝气装置的布置：
①沿池壁的一侧布置；
②相互垂直呈正交式布置；
③呈梅花形交错布置。
2.空气管道的计算与设计
a.一般规定：
①小型废水处理站的空气管道系统一般为枝状，而大、中型废水处理厂则宜采用环状管网，以保证安全供气；
②空气管道可敷设在地面上，接入曝气池的管道应高出池水面0.5m，以免发生回水现象；
③空气管道的设计流速，干、支管为10(15m/s，竖管、小支管为4(5m/s。
b.空气管道的计算：
空气通气管道和曝气装置的压力损失一般控制在14.7kPa以内，其中空气管道的总损失控制在4.9kPa以内，曝气装置的阻力损失为4.9(9.8kPa。
*计算步骤：
①根据流量(Q)、流速(v)选定管径(D)，如图1所示；
②计算和校核压力损失；
③再调整管径；
④重复上述步骤。
**空气管道的压力损失(h)的求定：
h = h1 +h2
式中 h1((空气管道的沿程阻力，mmH2O；
h2((空气管道的局部阻力，mmH2O。
其中 h1 = i(l((T((P
式中 i((空气管道单位长度的阻力，根据Q、v查表可得，mmH2O/m；
l((空气管道得长度，m；
(T((空气容重修正系数，20(C时，(T = 1； 30(C时，(T =0.98；
(P((压力修正系数，在标准状态下，为1.0。
其中 h2 = i(l0((T((P
式中 l0 ((空气管的当量长度，m；
l0 = 55.5 (K(D1.2
式中 K((长度换算系数，查表可得；
D((空气管道的管径，m。
C.鼓风机所需的压力(H)：
H = h1 +h2+ h3 +h4
式中 h3((曝气装置的安装深度，mm；
h4((曝气装置的阻力，mmH2O/m，一般根据产品样本或试验数据确定。
d.鼓风机的选择及鼓风机房的设计
①根据设计风量和风压来选择鼓风机：
罗茨鼓风机：噪音大，必须采取消声措施，一般用于中、小型污水厂；
离心式鼓风机：噪音较小，效率较高，适用于大、中型污水厂；变速离心风机可自控；
轴流式通风机：风压较小(<1.2m以下)，一般用于浅层曝气。
②在同一供气系统中，应尽可能地选用同一型号的鼓风机，并注意备用；
一般：当工作鼓风机 ( 3台时，备用1台；
当工作鼓风机 ( 4台时，备用2台。
③噪音防护：在鼓风机的进风和送风的管道上，安装消声器；
④鼓风机房的设计：
平面布置； 基础设计； 供电； 防噪声措施；
其它附属设施((机器间、值班室、配电室等。
六、二次沉淀池的计算与设计
二沉池的作用是：分离泥水、澄清混合液、浓缩和回流活性污泥。其工作性能的好坏，对活性污泥处理系统的出水水质和回流污泥的浓度有直接影响。
1、与初沉池相比，二沉池的特点：
①活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；
②活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，其最大允许的水平流速(对平流式、辐流式而言)或上升流速（竖流式）都应低于初沉池；
③由于二沉池还起着污泥浓缩的作用，所以需要适当增大污泥区的容积。
2、设计计算的主要内容：
①池型的选择；②沉淀池（澄清区）面积；③有效水深的计算；④污泥区容积的计算；⑤污泥排放量的计算等。
3、二沉池池型的选择：
((平流式、竖流式、辐流式；
((斜板（管）沉淀池——原则上不建议采用；
((带有机械吸泥及排泥设施的辐流式沉淀池，比较适合于大型污水厂；
((方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；
((竖流式或多斗式平流式沉淀池，则多用于小型污水厂。
4、二沉池的沉淀面积和有效水深的计算：
主要有：a、表面负荷法；b、固体通量法
a.表面负荷法
((二沉池的表面负荷是指单位面积所承受的水量；
((表面负荷法计算二沉池面积和有效水深的公式：
A((二沉池的面积，m2；
Qmax((废水最大时流量，m3/h；
q((水力表面负荷，m3/m2.h；
H((澄清区水深，m；
t((二沉池的水力停留时间，h。
*关于q值：
q一般为0.7(1.8 m3/m2.h；
q与污水性质有关：当污水中无机物含量较高时，可采用较高的q值；当污水中含有的溶解性有机物较多时，则q值宜低；
混合液污泥浓度对q值的影响较大，当污泥浓度较高时，应采用较小的q值；反之。则可采用较高的q值。可以参见下表：
MLSS（mg/L）
q（m3/m2.h）
2000
1.8
3000
1.26
4000
1.01
5000
0.79
6000
0.65
7000
0.50
**关于Qmax：
二沉池的沉淀面积以最大时流量作为设计流量，二不考虑回流污泥量；
但二沉池的某些部位则需要包括回流污泥的流量在内，如进水管（渠）道、中心管等。
***关于澄清区水深：
通常按沉淀时间来确定，沉淀时间一般取值为1.5(2.5h。
b.固体通量法
((固体通量也称固体面积负荷，是指单位时间内通过单位面积的固体质量，kgSS/m2.d；
((，((固体通量，kgSS/m2.d；
((对于连续流的二沉池，悬浮固体的下沉速度为由于沉淀池底部排泥导致的液体下沉速度，以及在重力作用下悬浮固体的自沉速度之和；
((一般二沉池的Gt值为140(160 kgSS/m2.d；如果是斜板二沉池，则Gt值可大到180(195 kgSS/m2.d；
((有效水深同样按水力停留时间来定。
5、池边水深：
为了保证二沉池的水力效率和有效容积，池的水深和直径应保持一定的比例关系，一般要求：
二沉池直径（m）
池边水深（m）
10(20
3.0
20(30
3.5
>30
4.0
6、出水堰负荷
二沉池的出水堰负荷，一般可以在1.5(2.9L/m.s之间选取。
7、污泥斗的计算
((污泥斗的作用是贮存和浓缩沉淀后的污泥；
（由于活性污泥易因缺氧而失去活性而腐败，因此污泥斗容积不能过大）
((污泥斗内的平均污泥浓度（Xs）为：
Xs = 0.5（X+Xr）
((污泥斗容积（Vs）为：Vs = T（1+R）QX/[0.5（X+Xr）]；
((对于分建式沉淀池，一般规定污泥斗的贮泥时间为2h，所以污泥斗容积为：
Vs = 4（1+R）QX/（X+Xr）
式中 Q((日平均废水流量，m3/h；
X((混合液污泥浓度，mgSS/L；
Xr((回流污泥浓度，mgSS/L；
R((回流比；
Vs((污泥斗容积，m3。
*关于Xr：
1) (Xr)max = 106/SVI (mgSS/L);
2) Xr = X(1+R)/R
RQXr + (x = (1+R)QX
由于(x相对于(1+R)QX来说很小，如果认为可以忽略不计时，
则有：Xr = X(1+R)/R
3)注意：动力学第三导出方程：
若将 代入，则：1/(c = 0，即(c((
8、污泥排放量的计算：
即：
应注意：(xv 是以VSS计的，应换算成SS。
9、污泥含水率与污泥浓度：
若可以假定在一定范围内，混合液的比重为1.0g/ml，则：
含水率为99%，则污泥浓度为10 gSS/L， ( 10,000mg/L
99.5% 5 gSS/L， ( 5,000mg/L
98% 20 gSS/L， ( 20,000mg/L
99.8% 2 gSS/L， ( 2,000mg/L
[例]：(x = 1000kgSS/d， 若含水率为99%， 则V1 = 100m3/d；
99.5%， 则V2 = 200m3/d；
99%， 则V3 = 50m3/d；
若经机械压滤（如带式压滤机等）之后，一般泥饼的含水率为80%，则每天泥饼的产量为5000kg。
七、污泥回流系统的技术与设计
污泥回流量的计算；
污泥回流设备的选择与设计
污泥回流量的计算：
((污泥回流是关系到处理效果的重要设计参数，应根据不同的水质、水量以及运行方式，确定适宜的回流比；
((也可利用公式 来计算；
((在设计时，应按最大回流比设计，并保证其具有在较小回流比时工作的可能性，以便使回流比在一定范围内可以调节。
污泥回流设备的选择与设计
((常用的污泥提升设备是污泥泵；
((大、中型污水处理厂，一般采用螺旋泵或轴流式污泥泵；
((小型污水处理厂，一般采用小型潜污泵或空气提升器。
八．曝气沉淀池的计算与设计
2.2.1.6活性污泥法的运行管理及常见问题
活性污泥系统的启动与试运行
活性污泥的培养与驯化
((接种污泥：①同类污水厂的剩余污泥；②粪便污水等。
((方法：①全流量连续直接培养法；②流量分阶段直接培养法；③间歇培养法；
——活性污泥的驯化： a.异步驯化法； b.同步驯化法
活性污泥系统的试运行
((试运行的目的是确定最佳的运行条件；
((作为变数考虑的因素：①MLSS、空气量、污水注入方式；②如是吸附再生法，则吸附与再生的时间比；③N、P的投加。
((根据上述各种参数的组合运行结果，找出最佳运行条件。
对活性污泥系统中重要运行参数的调节与观测
1、对活性污泥状况的镜检观察
2、对曝气时间（HRT）的调节
3、对供气量的调节
供气电耗占整个废水处理厂的电耗的一半以上（50(60%）；
保证充氧——出口处的DO ( 2mg/L；其次要保证混合搅拌的要求；
气水比一般为3(7：1（处理城市废水的传统活性污泥法）；
对于水质、水量相对稳定的大型废水处理厂，每年春秋各调节一次。
4、SV的测定与调节
使MLSS值经常处于最佳范围内是运行管理的重要内容之一；
MLSS的测定需时较长，一般以SV值作为评定MLSS值的指标；
每座污水处理厂可以有自己的最佳SV值；
SV值可以通过调节剩余污泥的排放量来控制；
SV值的测定，一般要求每班测一次，每天3(4次；
结合MLSS 则可以得出SVI值。
5、剩余污泥排放量的调节
6、回流污泥量的调节
三、活性污泥系统的水质管理
A、曝气池的水质管理
（1）水质管理监测项目
①水温：15(30(C， 一般要求不高于35(C或低于10(C；
②pH值：6.5(8.5，最佳7.2(7.4，一般不>9.5和<4.0；
③DO：DO>0.3mg/L时，即可正常进行反应；但一般要求入口处不低于0.5 mg/L，出口处应高于2.0 mg/L；
④SV：
⑤MLSS、MLVSS：
⑥Xr：用于确定回流污泥量和属于污泥量，一般在7000(12000mg/L；
⑦SVI：沉降性能，60(150；
⑧LsrBOD和LvrBOD：
⑨污泥龄（(c）：
⑩HRT：
（2）生物相镜检观察：
一般来说，主要镜检活性污泥中的原生动物，其是指示性生物，根据在混合液中出现的原生动物的种属及其数量，可以大体地判断出废水净化的程度和活性污泥的状态。
①活性污泥生长正常、净化功能强，出水水质良好时，主要是有柄着生型的纤毛虫，如钟虫等；
②活性污泥生长不好、有机负荷高，DO含量低，细菌多以游离状态存在时，出现的原生动物则主要是游泳型的纤毛虫，如草履虫、肾形虫等；
③DO不足时，可能出现的原生动物数量较少，主要有扭头虫等，它们的出现说明已出现厌氧反应，产生了H2S气体；
④曝气过度时，活性污泥絮体呈细小分散状，出现的原生动物主要是一些小型变形虫。
c.二沉池的水质管理
*水质管理监测项目：
①pH值：略低于曝气池出水，一般6.8(7.2；
②透明度：一般在30度以上，水质较好时可高于50度；
③SS：低于30mg/L；
④BOD5（COD）：BOD5<30mg/L,，COD<100mg/L；
⑤DO：
⑥q表面水力负荷：1.0(1.5m3/m2.h
⑦出水堰的水力负荷：不大于1.7L/m.s；
⑧HRT：1.5(2.5h；
⑨大肠菌值：应小于1000个/ml。
活性污泥系统的常见异常现象及其对策
A. 曝气池的异常现象及对策
1)混合液DO不足
((现象：活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化；
((原因：1)负荷量增高；2)曝气不足；3)工业废水的流入等；
((对策：1)控制负荷量；2)增大曝气量；3)切断或控制工业废水的流入。
2)SV值异常:
a.污泥沉淀30(60分钟后呈层状上浮（污泥上浮）
((多发生在夏季；
((硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮；
((对策：1)减少污泥在二沉池的HRT；2)减少曝气量。
b.在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降。
((原因：污泥解体
((曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；
((对策：减少曝气；增大负荷量
c.泥水界面不明显
((原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；
((污泥形成的絮体性能较差；
((对策：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值。
3)SVI值异常
((原废水水质的变化和运行管理不善都会使SVI异常。
4)污泥膨胀
((是指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，SVI异常增高，可达400以上。
((①因丝状菌异常增殖而导致的丝状菌性膨胀；
②因粘性物质大量积累而导致的非丝状菌性膨胀。
((丝状菌性膨胀：
主要是由于丝状菌异常增殖而引起的，主要的丝状菌有：球衣菌属、贝氏硫细菌、以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等、某些霉菌；
((高粘性污泥膨胀：
①多在低温季节发生，主要现象是：废水净化效果良好，但污泥难于沉淀，污泥颗粒大量随出水流失；
②微生物表面为凝胶状的多糖类物质所覆盖；
③主要原因：低的MLSS，高的BOD 负荷。
((污泥膨胀的主要对策：
A杀灭丝状菌，如投加氯、臭氧、过氧化氢等的药剂；——加杀菌药剂
B.改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝剂如：硫酸铝等；——加化学药剂
C.改善、提高活性污泥的沉降性、密实性，投加粘土、消石灰等；——加化学药剂
D.加大回流污泥量并在其回流前进行再生性曝气；——加强曝气
E.使废水经常处于好氧状态，防止厌氧反应的形成，如预曝气；——加强曝气
F.加强曝气，提高混合液的DO值；——加强曝气
G.考虑调节水温；水温<15(C时易于发生高粘性膨胀；而丝状菌膨胀多发生在20(C以上；——加强曝气
H.降低污泥在二沉池中的停留时间；
I.调整污泥负荷，当超过0.35kgBOD/kgMLSS.d时，易于发生丝状菌膨胀；
J.调整混合液中的营养物质，可以控制高粘性膨胀；
K.投加硫酸铜，可以控制有球衣菌引起的膨胀。——加杀菌药剂
关于“污泥膨胀的选择性理论”以及“选择器”
统一的污泥膨胀理论：
低F/M比（即低基质浓度）引起的营养缺乏型膨胀；
低溶解氧浓度引起的溶解氧缺乏型膨胀；
高H2S浓度引起的硫细菌型膨胀。
低基质浓度下的营养缺乏型膨胀的选择性理论：
选择器：
选择器的出发点就是造成曝气池中的生态环境有利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度增殖，从而控制污泥膨胀。
(1)好氧选择器：具有推流特点的预曝气池，其停留时间的选择非常重要；
(2)缺氧选择器：高的基质浓度；菌胶团细菌在缺氧条件下（但有NO3-）有比丝状菌高得多的基质利用率和硝酸盐还原率；
(3)厌氧选择器：其作用机制与缺氧选择器相似，即在厌氧条件下，丝状菌具有较低的多聚磷酸盐的释放速度而受到抑制。
B.二沉池的常见异常现象及对策
((二沉池出水水质异常主要表现在透明度下降、SS、BOD(COD)值增高、大肠菌数增加等；
((主要原因是由于曝气池的净化功能没有充分发挥；
((另一方面，就二沉池本身来说可能是因为：
1)活性污泥在二沉池中停留时间过长；
2)剩余污泥的排除不够及时、充分；
3)由于沉淀池结构上存在的问题，产生短流和异重流等现象。
活性污泥系统的进展
氧化沟
((也称氧化渠，又称循环曝气池，是活性污泥法的一种变形；是50年代荷兰的Pasveer首先设计的；最初一般用于日处理水量在5000m3以下的城市污水。
一、氧化沟的工作原理与特征
氧化沟的工艺流程
图1 以氧化沟为主的废水处理流程
图2 氧化沟及氧化沟系统平面图
2、氧化沟的特征
①池体狭长，（可达数十米甚至上百米）；池深度较浅，一般在2米左右；
②曝气装置多采用表面机械曝气器，竖轴、横轴曝气器都可以；
③进、出水装置简单； ((构造上的特征
④氧化沟呈完全混合(推流式；沟内的混合液呈推流式快速流动（0.4(0.5m/s），由于流速高，原废水很快就与沟内混合液相混合，因此氧化沟又是完全混合的；
⑤BOD负荷低，类似于活性污泥法的延时曝气法，处理出水水质良好；
⑥对水温、水质和水量的变动有较强的适应性；
⑦污泥产率低，剩余污泥产量少；
⑧污泥龄长，可达15(30d，为传统活性污泥法的3(6倍；
⑨世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存，从而使氧化沟具有脱氮的功能。
二、氧化沟的几种典型的构造型式
主要有 Carrousel 式、Orbal式、交替工作式、曝气—沉淀一体化氧化沟。
Carrousel 式氧化沟 （图3）
((又称平行多渠形氧化沟；是60年代末荷兰DHV公司开创的。
((采用竖轴低速表面曝气器；
((水深可达4(4.5m，沟内流速达0.3(0.4m/s；
((混合液在沟内每5(20min循环一次；
((沟内混合液总量是入流废水量的30(50倍；
((BOD5去除率可达95%以上，脱氮率可达90%，除磷效率可达50%；
((应用广泛，最大规模为650000m3/d；
((昆明兰花沟污水处理厂、上海龙华肉联厂、桂林市东区废水厂等。
2、Orbal式氧化沟 （图4）
((又称同心圆型氧化沟
((主要特点：
圆形或椭圆形的沟渠，能更好地利用水流惯性，可节省能耗；
多沟串联可减少水流短路现象；
最外层第一沟的容积为总容积的60(70%，其中的DO 接近于零，为反硝化和磷的释放创造了条件；
第二、三沟的容积分别为总容积的20(30%和10%，而DO则分别为1和2mg/l；
这种沟渠间的DO浓度差，有利于提高充氧效率；
((主要实例：1)抚顺石油二厂废水处理站(28,800m3/d)；
2)北京燕山石化公司新建废水处理厂(60000m3/d)；
3)成都市天彭镇污水处理厂。
3、交替工作式氧化沟
((由丹麦Kruger公司所开发的，有二沟和三沟式两种形式；
((交替用做曝气池和沉淀池，无需二沉池和污泥回流装置；
((曝气转刷的利用率较低，D型二沟只有40%，三沟式则提高到了58%；
图5：VR型氧化沟 图6：D型氧化沟
图7：三沟交替工作的氧化沟
关于三沟式：
((两侧的A、C二沟交替地作为曝气池和沉淀池，而B沟则一直充作曝气池；
((原废水交替地从A沟和C沟进入，而出水则相应地从C沟及A沟流出；
((曝气器的利用率较高(58%)；
((交替运行的方式，为脱氮创造了条件，有良好的BOD去除效果和脱氮效果。
((主要实例：1)邯郸市东污水处理厂(100000m3/d)，三沟；
2)苏州市河西污水处理厂(80000m3/d)，三沟；
3)南通市污水处理厂(25000m3/d)，五沟。
4、曝气沉淀一体化氧化沟
((80年代有美国开发的，主要有：侧沟型(图8)、BMTS型(图9)、船型(图10)
三、氧化沟的设计参数
当处理对象为城市废水时，各项设计参数可参考如下：
MLSS(X)((5000mg/l；
MLVSS(Xv)((2000(4000mg/l；
污泥龄((c)((1)当仅要求BOD5去除，(c=5(8d；
2)当要求硝化反应时，(c=10(30d；
HRT(t)((20、24、36、48h，根据对处理出水水质的要求而定；
LsBOD((0.03(0.07kgBOD/kgMLSS.d；
LvBOD((0.1(0.2kgBOD/m3.d；
回流比R((50(150%
v(混合也在沟渠内的流速)((0.4(0.5m/s；
v’(沟底流速)((0.3m/s。
*当对氧化沟要求硝化与反硝化功能时，应考虑反硝化所需的容积。
四、氧化沟实例 ((昆明兰花沟废水处理厂 (图11)
图12：兰花沟废水处理厂平面布置图
1、基本情况：
1)原废水的组成：生活污水 50%
以食品、化工为主的工业废水 50%
2)原废水流量： 旱季为55000m3/d， 雨季为165000m3/d；
3)原废水与处理出水水质：
项目
pH
BOD5
COD
TN
TP
SS
NH3-N
TKN
单位
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
(mg/l)
原废水
旱季
6.5-9.0
180
350-400
30
2-4
200
--
--
雨季
--
120
250-300
20
--
150
--
--
处理出水
7.0-8.0
<15
<50
<10
<1.0
<15
<1.0
<6.0
4)主要设计参数：
BOD5污泥负荷 (( 0.05kgBOD/kgMLSS.d；
BOD5容积负荷 (( 0.2kgBOD/m3.d；
MLSS (( 4000mg/l；
污泥龄 (( >30d；
污泥回流比 (( 100%。
DO值： 厌氧池 (( 0mg/l (( 释放回流污泥中的P；
氧化沟I (( 0.5~1.0mg/l (( 降解BOD、硝化反应；
氧化沟II ((0~0.5mg/l (( 硝化、反硝化反应；
富氧池 (( >2.0mg/l (( 吸收磷(过量)。
2.2.2.2 AB法废水处理工艺
((即吸附——生物降解（Adsorption--Biodegradation）工艺，是德国亚琛大学Bohnke教授于70年代中期开创的。
一、AB法的工艺流程及其特征
工艺流程
2、主要特点：
①未设初沉池，又吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；
②B段又曝气池和二沉池组成；
③A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自有独特的微生物群体，有利于功能稳定。
二、A段的特征
((本工艺不设初沉池，使远废水中的微生物全部进入吸附池，使A段成为一个开放性的生物反应器；
((负荷高，有利于增殖速度快、适应能力强的微生物生长；
((BOD去除率为40(70%，出水可生化性有所提高，有利于B段的继续降解；
((污泥产率较高，吸附能力强；
((对有机物的去除，主要靠污泥絮体的吸附作用，生物降解只占1/3左右。
三、B段的特征
((其来水为A段出水，水质、水量较稳定；
((其负荷率为总负荷率的30(60%；
((其污泥龄较长，有利于硝化反应。
主要设计参数
A段： ①污泥负荷率 (( 2.0(6.0kgBOD/kgMLSS.d；
②水力停留时间（HRT）(( 30min；
③污泥龄（(c）(( 0.3(0.5d；
④溶解氧（DO）(( 0.2(0.7mg/l。
2）B段： ①污泥负荷率 (( 0.15(0.3kgBOD/kgMLSS.d；
②水力停留时间（HRT）((2.0(3.0h；
③污泥龄（(c）((15(20d；
④溶解氧（DO）((1.0(2.0mg/l。
五、处理工程实例 ((青岛海泊河废水处理厂
原废水状况：
流量为80000m3/d，有机物浓度高，是一般城市废水的3(4倍，且其BOD中约50(55%为悬浮固体，适于采用AB法。
工艺流程
图14
原废水与处理出水水质（mg/l）
BOD5
COD
NH3-N
TP
SS
原废水
800
1500
100
8
1100
处理水
40
150
3
40
主要设计参数
①A段曝气池：水力停留时间（t） 0.8h
污泥负荷 4.0kgBOD5/kgMLSS.d
DO 0.5mg/l
平均耗氧率 0.38kgO2/kgBOD5
②中间沉淀池：表面水力负荷 2.0m3/m2.d
停留时间 1.3h
③ A段曝气池：水力停留时间（t） 4.2h
污泥负荷 0.37kgBOD5/kgMLSS.d
DO 1.5mg/l
平均耗氧率 0.93kgO2/kgBOD5
④中间沉淀池：表面水力负荷 1.1m3/m2.d
停留时间 3.9h
2.2.2.3 间歇式活性污泥法
((又称序批式间歇反应器（Sequence Batch Reactor——SBR）
一、SBR的工作原理
SBR的主要反应器只有一个曝气池，同时完成曝气沉淀等的功能，其运行可以分为五个工序：
①流入；②反应工序；③沉淀工序：静止沉淀，效果良好；④排放工序；⑤待机工序
图15
二．SBR的工艺流程与特征
工艺流程
图16
主要特征：
不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能；
不设污泥回流设备；
在多数情况下，无需设置调节池；
SVI值较低，污泥易于沉淀，一般不产生污泥膨胀现象；
易于维护管理，如运行管理得当，处理出水水质将优于连续式；
通过对运行方式的适当调节，在单一的曝气池内可完成脱氮和除磷的效果；
易于实现自动化控制。
3、SBR的设计
((尚未建立完全适合于自身特点的计算与设计方法；
((SBR实际上是传统活性污泥法的一个变形，可沿用传统活性污泥法的计算公式、设计参数；
((有机负荷法确定SBR曝气池容积：
式中：V((反应器的有效容积，m3；
n((在一日内运行的周期数；
Q((在每一周期内进入反应器的废水量，m3；
Si((原废水的平均BOD5值，kgBOD5/m3；
LvBOD((BOD 容积负荷，kgBOD5/m3.d。
一般LvBOD为0.1~0.3 kgBOD5/m3.d。
运行实例
美国Indiana州的Culver市城市废水处理厂
((1980年开始改为间歇式运行，有两座反应器，容积均为440 m3；
((运行数据：
流量/周期
(m3)
MLSS
(mg/l)
LsBOD
(kgBOD/kgSS.d)
污泥龄
(d)
污泥产率
(kgSS/kgBOD)
能耗
(kWh/kgBOD)
1(
95
3450
0.1
3.8
0.56
3.3
2(
160
1950
0.25
9.5
0.82
2.1
((运行时间安排：
进水
反应
沉淀
排放
待机
一个周期
1(
2.9
0.7
0.7
0.7
1.0
6.0
2(
3.1
0.4
0.7
0.7
1.1
6.0
((运行效果：
原废水
处理水
BOD5
SS
TP
NH3-N
BOD5
SS
TP
1(
130~
170
100~
120
6.2~
8.5
23~
28
3
4
0.6
2(
6
9
1.1
2.2.2.4 膜生物反应器 ((Membrane Biological Reactor
一．膜生物反应器的工作原理
((膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的生化反应系统。
图17 工艺流程图
((膜生物反应器最早出现在酶制剂工业中（60年代）；
((在水处理中应用膜生物反应器技术开始于70年代初期；
((80年代中后期膜生物反应器应用于水处理有了很大的进展。
膜生物反应器的主要类型
((生物反应器有不同的类型：好氧、厌氧；
((膜有不同的类型：超滤膜（UF，0.01(0.04(m）、微滤膜（MF，0.1(0.2(m）、萃取膜（具有选择性）；
((膜材料各不相同：陶瓷、醋酸纤维（CA）、聚砜（PS）、聚丙烯晴等；
((膜结构也各不相同：中空纤维、管式、平板式等；
((按生物反应器与膜单元结合方式来划分，可分为：一体式、分离式、隔离式等。
①一体式系统
图18
((膜组件浸没在生物反应器中；
((出水通过负压抽吸经过膜单元后排出；
((优点：体积小、整体性强、工作压力小、节能、不易堵塞等；
((缺点：膜表面流速小、易污染、出水不连续等。
②分离式系统
((生物反应器与膜单元相对独立；
((生物反应器与膜分离装置相互干扰小。
图19
③隔离式系统
图20
((选择性萃取膜将污水与生物反应器隔开；
((膜只容许目标污染物透过，进入生物反应器而被降解；
((有毒有害物质则不能进入生物反应器。
3、膜生物反应器的主要特点
①可以使SRT 与HRT完全分开，在维持较短的HRT 的同时，又可保持极长的SRT；
②膜截流的高效性可以使世代时间长的如硝化菌等在生物反应器内生长，因此脱氮效果较好；
③可以维持很高的MLSS；
④膜分离可使废水中的大分子颗粒状难降解物质在反应器内停留较长的时间，最终得以去除；
⑤可溶性大分子化合物也可以被截留下来，不会随出水流出而影响出水水质，最终也可以被降解；
⑥膜的高效截留作用可使出水悬浮物浓度极低。
四．运行实例
系统类型
好氧
分离式
好氧有压分离式
好氧负压分离式
好氧
一体式
好氧
一体式
厌氧
分离式
好氧
分离式
好氧
隔离式
系统功能
饮用水除氯
污水处理
污水处理
污水处理
污水处理
淀粉厂污水处理
含油污水处理
去除
有毒物
温度（(C）
45
31.5
20.0
37
23(40
30
pH值
4.5(8.5
(6.5
7.0
5.3
6.5
HRT(h)
0.5(1.0
5.8
1(6
24
19
21.6
0.5
SRT或SSRT(h)
139.2
54(4200
10080
744
MLSS或SS(g/l)
1.8(2.1
10.9
10(12
15
28.7
污泥负荷(kg/m3.d)
2.8
(NO3-N)
5.4
(BOD5)
0.44
(BOD5)
1.0
(COD)
22
(BOD5)
3.0(6.3
膜类型
UF
UF
MF
MF
UF
MF
UF
萃取膜
膜孔径((m)
0.01
0.04
0.1
0.1
0.03
0.2
膜结构
中空纤维
管式
中空纤维
中空纤维
中空纤维
平板
膜材料
CA
PSF
PS
PE
硅橡胶
膜面流速(m/s)
(2.0
5.0(7.0
透水率
(l/h.m2.bar)
100(160
56(262
10
16(100
110
4.2
63.6
工作压力(bar)
(2.5
1(5
(1.0
0.1
0.1(0.5
2.0
2.3固着生长的好氧生物处理工艺
2.3.1生物膜法的基本原理
((又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；
((是土壤自净过程的人工化和强化；
((主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物；
((主要类别有：
生物滤池((普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池等；
生物转盘；
生物接触氧化法；
好氧生物流化床等。
2.3.1.1生物膜的结构
一．生物膜的形成
((前提条件：起支撑作用的载体物——填料或称滤料；
营养物质——有机物、N、P以及其它；
接种微生物
((生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在填料的表面流动，一定时间后，微生物会附着在填料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。
((生物膜的成熟：在生物膜上由细菌及其它各种微生物组成的生态系统以及生物膜对有机物的降解功能都达到了平衡和稳定。
生物膜从开始形成到成熟，一般需要30天左右(城市污水，20(C)
生物膜的结构
图1 生物膜结构示意图
((生物膜的性质：
①高度亲水，存在着附着水层；
②微生物高度密集：各种细菌以及微型动物，这些微生物起着主要去除废水中的有机污染物的作用，形成了有机污染物——细菌——原生动物(后生动物)的食物链。
((生物膜降解有机物的过程：
三．生物膜的更新与脱落
((厌氧膜的出现：
生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转变为厌氧状态；
成熟的生物膜一般都由厌氧膜和好氧膜组成；
好氧膜是有机物降解的主要场所，一般厚度为2mm。
((厌氧膜的加厚：
厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜之间的平衡被破坏；
气态产物的不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力；
成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。
((生物膜的更新：
老化膜脱落，新生生物膜又会生长起来；
新生生物膜的净化功能较强。
((生物膜法的运行原则：
①减缓生物膜的老化进程；
②控制厌氧膜的厚度；
③加快好氧膜的更新；
④尽量控制使生物膜不集中脱落。
2.3.1.2生物膜处理工艺的主要特点
微生物方面的特征
1、微生物种类多样化：
相对安静稳定环境；
SRT相对较长；
丝状菌也可以大量生长，无污泥膨胀之虞；
线虫类、轮虫类等微型动物出现的频率较高；
藻类、甚至昆虫类也会出现。
生物膜上的生物：类型广泛、种属繁多、食物链长且复杂。
表1 生物膜和活性污泥上出现的微生物在类型、种属和数量的比较
微生物种类
活性污泥
生物膜法
微生物种类
活性污泥法
生物膜法
细菌
++++
++++
轮虫
+
+++
真菌
++
+++
线虫
+
++
藻类
-
++
寡毛虫
-
++
鞭毛虫
++
+++
其它后生动物
-
+
肉足虫
++
+++
昆虫类
-
++
纤毛虫
++++
++++
2、生物的食物链长：
动物性营养者所占比例较大，微型动物的存活率较高；
食物链长；
污泥产量少于活性污泥处理系统(仅为1/4左右)。
3.能够存活世代时间较长的微生物((有利于硝化作用。
二、在处理工艺方面的特征
1、对水质、水量变动又较强的适应性；
2、污泥沉降性能良好，易于固液分离；
3、能够处理低浓度污水；
4、易于维护运行，运行费用少。
2.3.2生物滤池
一、生物滤池的基本原理
((是在污水灌溉的实践基础上发展起来的人工生物处理法；
((1893年在英国试验成功，1900年开始应用于废水处理中；
((普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、活性生物滤池等。
基本结构
图2 生物滤池示意图
工艺流程
图3生物滤池的基本流程
注意：此处是出水回流，而不是污泥回流。
工作原理：
((废水从上向下从滤料空隙间流过，与生物膜充分接触，有机污染物被吸附降解；
((主要依靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。
二、生物滤池的构造
((生物滤池由滤床(池体与滤料)、布水装置和排水系统等部分组成。
池体
((30、40年代以前多是方形或矩形；
((出现旋转布水器后，大多采用圆形；高负荷生物滤池通常是圆形；
((池壁可有孔洞或不带孔洞的两种：有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风，但在冬季易受低气温的影响；
((一般要求池壁高于滤料0.5m。
((必要时池体应考虑防冻、采暖、以及防蝇等措施。
图4 普通生物滤池；图5 高负荷生物滤池；图6 塔式生物滤池
表2 普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池的比较
普通生物滤池
高负荷生物滤池
塔式生物滤池
表面负荷(m3/m2.d)
0.9(3.7
9(36(包括回流)
16(97(不包括回流)
BOD负荷(kg/m3.d)
0.11(0.37
0.37(1084
高达4.8
深度(m)
1.8(3.0
0.9(2.4
8(12或更高
回流比
无
1(4
回流比较大
滤料
多用碎石等
多用塑料滤料
塑料滤料
比表面积(m2/m3)
43(65
43(65
82(115
孔隙率(%)
45(60
45(60
93(95
蝇
多
很少
很少
生物膜脱落情况
间歇
连续
连续
运行要求
简单
需要一定技术
需要一定技术
投配时间的间歇
不超过5min
一般连续投配
连续投配
剩余污泥
黑色、高度氧化
棕色、未充分氧化
棕色、未充分氧化
处理出水
高度硝化,
BOD5(20mg/l
未充分硝化,
BOD5(30mg/l
未充分硝化,
BOD5(30mg/l
BOD去除率(%)
85(95
75(85
65(85
滤料
((滤料是生物膜赖以生长的载体，其主要特性有：
大的表面积，有利于微生物的附着；
能使废水以液膜状均匀分布于其表面；
有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风；
适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长；
有较好的机械强度，不易变形和破碎。
((普通生物滤池的滤料：
一般为实心拳状滤料，如碎石、卵石、炉渣等；
工作层的滤料的粒径为25(40mm，承托层滤料的粒径为70(100mm；
同一层滤料要尽量均匀，以提高孔隙率；
滤料的粒径愈小，比表面积 就愈大，处理能力可以提高；但粒径过小，孔隙率降低，则滤料层易被生物膜堵塞；
一般当滤料的孔隙率在45%左右时，滤料的比表面积约为65(100m2/m3。
((高负荷生物滤池的滤料：
滤料粒径较大，一般为40(100mm，其中工作层滤料的粒径为40(70mm，承托层则为70(100mm，孔隙率较高，可以防止堵塞和提高通风能力；
滤料常采用卵石、石英砂、花岗岩等，一般以表面光滑的卵石为好；
塑料滤料：多用聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等制成；
形状有波纹板式、斜管式和蜂窝式等。
特点：质轻、强度高、耐腐蚀、比表面积和孔隙率都较大。
表3 两种塑料滤料
型式
孔径
(mm)
比表面积
(m2/m3)
孔隙率
(%)
重量
(kg/m3)
立体波纹板
30(65
198
(90
70
40(85
150
(93
60
50(100
113
(96
50
蜂窝式
19
201
(98
36~38
25
153
(99
26~28
32
122
(99
21~23
36
98
(99
20~22
主要缺点：造价较高，初期投资较大。
((塔式生物滤池的滤料：
多采用质轻、比表面积大和孔隙率高的人工合成滤料；
比表面积为100(220 m2/m3，孔隙率一般大于94%。
3、布水装置
((布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上；
((主要有两种：固定式布水装置、旋转式布水装置；
((普通生物滤池多采用固定式布水装置：
图7 固定式布水装置
((高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置：
图8 旋转布水器
4、排水系统
((处于滤床的底部，其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风；
((由渗水顶板、集水沟和排水渠所组成；
((渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%；
((渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。
三、影响生物滤池功能的主要因素
1、滤床的比表面积和孔隙率
((生物膜是生物膜法的主体；
((滤料表面积愈大，生物膜的表面积也愈大，生物膜的量就愈多，净化功能就愈强；
((孔隙率大，则滤床不易堵塞，通风效果好，可为生物膜的好氧代谢提供足够的氧；
((滤床的比表面积和孔隙率愈大，扩大了传质的界面，促进了水流的紊动，有利于提高净化功能。
2、滤床的高度
((滤床的不同高度，生物膜量、微生物种类、去除有机物的速度等方面都是不同的；
((滤床的上层，废水中的有机物浓度高，营养物质丰富，微生物繁殖速度快，生物膜量多且主要以细菌为主，有机污染物的去除速度高；
((随着滤床深度的增加，废水中的有机物量减少，生物膜量也减少，微生物从低级趋向高级，有机物去除速度降低；
((有机物的去除效果随滤床深度的增加而提高，但去除速率却随深度的增加而降低。
表4 滤床高度与处理效率之间的关系和滤床不同深度处的生物膜量
离滤床表面的深度
(m)
污染物去除率（%）
生物
膜量
(kg/m3)
丙烯晴
异丙醇
SCN-
COD
(156mg/l)
(35.4mg/l)
(18.0mg/l)
(955mg/l)
2
82.6
31
6
60
3.0
5
99.2
60
10
66
1.1
8.5
99.3
70
24
73
0.8
12
99.4
91
46
79
0.7
有机负荷与水力负荷
((有机负荷-----kgBOD5/m3.d；
((水力负荷：1）水力表面负荷----m3/m2.d，或m/d；----滤速；
2）水力容积负荷---- m3/m3.d
((有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。
回流
((对于高负荷生物滤池与塔式生物滤池，常采用回流。其优点：
不论原废水的流量如何波动，滤池可得到连续投配的废水，因而其工作较稳定；
可以冲刷去除老化生物膜，降低膜的厚度，并抑制滤池蝇的孳生；
均衡滤池负荷，提高滤池的效率；
可以稀释和降低有毒有害物质的浓度以及进水有机物浓度。
5、供氧
((一般是自然通风；
((影响滤池自然通风的主要因素：
①池内温度与气温之差；②滤池高度；③滤料孔隙率及风力等；④滤池堵塞也会影响通风。
四、生物滤池与活性污泥法的比较
((生物滤池早于活性污泥法；
((活性污泥法的发明之初是以生物滤池的替代工艺出现的；
((但生物滤池至今仍有大量应用。
表5
项目
生物膜法
活性污泥法
基建费
低
较低
运行费
低
较高
气候的影响
较大
较小
技术控制
较易控制
要求较高
灰蝇和臭味
蝇多、味大
无
最后出水
负荷低时,硝化程度较高,但悬浮物较高
悬浮物较少,但硝化程度不高
剩余污泥量
少
大
泡沫问题
很少
较多
五、生物滤池的设计计算
((生物滤池的设计内容主要包括滤床容积、布水系统、排水系统等三个部分。
普通生物滤池
主要设计参数
①工作层填料的粒径为25(40mm，厚度为1.3(1.8m；
承托层填料的粒径为70(100mm，厚度为0.2m。
②在正常气温条件下，处理城市废水时，表面水力负荷为1(3 m3/m2.d，BOD5容积负荷为0.15(0.30kgBOD5/m3.d，BOD5的去除率一般为85(95%；
③池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的1%；
④滤池数不应小于2座。
计算公式
表6
设计内容
计算公式
参数意义及取值
滤料总体积
(V)
V = QS/LvBOD
V((滤料总体积,m3
Q((进水平均流量,m3/d
S((进水BOD5浓度,mg/l
LvBOD((容积负荷,一般取
0.15(0.3kgBOD/m3.d
滤床有效面积(F)
F = V/H
F((滤床的有效面积,m2
H((滤料高度,1.5(2.0m
表面水力负荷校核(q)
q = Q/F
q((表面水力负荷,应为1(3m3/m2.d。
高负荷生物滤池
（1）主要设计参数
①以碎石为滤料时，工作层滤料的粒径应为40(70mm，厚度不大于1.8m，承托层的粒径为70(100mm，厚度为0.2m；
当以塑料为滤料时，滤床高度可达4m；
②正常气温下，处理城市废水时，表面水力负荷为10(30 m3/m2.d，BOD5容积负荷不大于1.2kgBOD5/m3.d，单级滤池的BOD5的去除率一般为75(85%；两级串联时，BOD5的去除率一般为90(95%；
③进水BOD5大于200mg/l时，应采取回流措施；
④池壁四周通风口的面积不应小于滤池表面积的2%；
⑤滤池数不应小于2座。
（2）计算公式：
表7
设计内容
计算公式
参数意义及取值
滤池高度(H)
以碎石为滤料时,H = 0.9(2.0m
用塑料滤料时,H = 2(4m
滤料总体积(V)
V = QS/LvBOD
V((滤料总体积,m3
Q((废水量,m3/d
S((未经回流稀释时的BOD5浓度,mg/l
LvBOD((容积负荷,一般不大于1.2kgBOD/m3.d
滤池面积(F)
与直径(D)
F = V/H
n((滤池个数
F((滤池面积,m2
D((滤池直径,m
回流比(R)
R = Fq/Q - 1
R((回流比
q((表面水力负荷,通常在10(30m3/m2.d之间
（3）高负荷生物滤池的流程
(4)出水水与滤池高度和水力负荷之间的关系
大量的实践经验表明：高负荷单级生物滤池的出水水质与滤池高度以及水力负荷之间存在如下的关系：
式中：——出水BOD5浓度，mg/l；
——进水浓度；mg/l；
H——滤池高度，m；
q——水力负荷，m3/m2.d;
K——常数，min-1；
n——常数。
塔式生物滤池
（1）主要设计参数：
①一般常用塑料滤料，滤池总高度为8(12m，也可更高；
每层滤料的厚度不应大于2.5m径高比为1：6(8；
②容积负荷为1.0(3.0kgBOD5/m3.d，表面水力负荷为80(200 m3/m2.d，BOD5的去除率一般为65(85%；
③自然通风时，塔滤四周通风口的面积不应小于滤池横截面积的7.5(10%；
机械通风时，风机容量一般按气水比为100(150：1来设计；
④塔滤数不应小于2座。
（2）主要计算公式：
表8
设计内容
计算公式
参数意义及取值
滤池高度(H)
H((滤料高度，常取8(12m
滤料总体积(V)
V = QS/LvBOD
V((滤料总体积,m3
Q((废水量,m3/d
S((未经回流稀释时的BOD5浓度,mg/l
LvBOD((容积负荷,一般不大于1(3kgBOD/m3.d
塔滤面积(F)
与直径(D)
F = V/H
n((滤池个数
F((滤池总面积,m2
D((滤池直径,m
水力负荷校核
q=Q/F
q((表面水力负荷,应在86(200m3/m2.d之间，
否则应考虑回流
六、生物滤池与活性污泥法的组合应用——活性生物滤池处理系统（Activated Biofilter）
((实际上就是生物滤塔和曝气池串联组成的二段生物处理系统。
((工艺流程：
注意：①该工艺与通常的生物滤塔和曝气池的二段串联系统是不同的；
②在生物滤塔内，进水不仅同生物滤膜接触反应，同时还和活性污泥接触反应；
③对曝气池来讲，污泥在进入曝气池之前已在生物滤塔内得到稳定。
((构造特征：
由于回流活性污泥，使得进生物滤池的悬浮固体浓度很高，因此滤料孔径较大（如采用蜂窝状滤料，孔径不小于25mm）。
塔高度较低，一般为5m左右。
((——主要性能特征：
工作稳定：曝气池负荷较低，并且其进水预处理后，运行条件得到改善，不易发生污泥膨胀。
活性污泥的部分稳定是由BF完成的，运行费用低。
BF的容积负荷为3～5kgBOD5/m3.d，水力负荷为120～200m3/m2.d，去除率可达65～70％。
曝气池的有机负荷为0.5~0.6kgBOD5/kgMLVSS.d，HRT为1.5~2.0h。
整个系统的有机负荷可达1.0 kgBOD5/m3.d以上，与塔滤相仿，但去除率高于90％。
七． 生物滤池的运行与管理
生物滤池的挂膜阶段
——培养与驯化
生物滤池的日常运行与管理
——日常水质检测
——能量消耗统计
——机电设备养护与维修
常见问题及对策
①滤池积水；②臭味；③灰蝇；④表面结冰；⑤蜗牛，苔藓；⑥旋转布水器；⑦生物膜的异常脱落；等。
2．3．3 生物转盘
——是生物膜法的一种，是在生物滤池的基础上发展起来的。
生物转盘的净化机理与构成
净化原理：
图1 生物转盘净化机理
——废水处于半静止状态，而微生物则在转动的盘面上；
——转盘40%的面积浸没在废水中，盘面低速转动；
——盘面上生物膜的厚度与废水浓度、性质及转速有关，一般0.1~0.5mm。
2、构成与系统组成
——转速一般为18m/min；
——有一轴一段、一轴多段、以及多轴多段等形式；
——废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。
图2 多段式生物转盘
3、特征：
——节能；
——生物量多，净化率高，适应性强，出水水质较好；
——生物膜上生物的食物链长，污泥产量少，为活性污泥法的1/2左右；
——维护管理简单，功能稳定可靠，无噪音，无灰蝇；
——受气候影响较大，顶部需要覆盖，有时需要保暖；
——所需的场地面积一般较大，建设投资较高。
生物转盘的组成
——其组成单元主要有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置等。
1、盘片：
①盘片的形状： 外缘：圆形、多角形及圆筒形；盘面：平板、凹凸板、波形板、蜂窝板、网状板等以及各种组合。
②盘片的厚度与材质：要求质轻、薄、强度高，耐腐蚀，同时还应易于加工、价格低等；一般厚度为0.5~1.0cm；常用材料有聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及玻璃钢等。
③转盘的直径：一般直径为2.0、2.5、3.0、3.5m等，常用的是3.0m。
④盘片间的间距：一般为30mm，高密度型则为10~15mm。
2、接触反应槽：
①一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形；
②槽内水位一般达到转盘直径的40%，超高为20~30cm；
③转盘外缘与槽壁之间的间距一般为20~40cm。
3、转轴与驱动装置：
生物转盘的工艺流程与组合
1、生物转盘为主体的工艺流程
①以去除BOD为主要目的的工艺流程
②以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的
2、生物转盘与其它工艺的组合流程
生物转盘的新进展
空气驱动的生物转盘 图6
与沉淀池合建的生物转盘 图7
与曝气池合建的生物转盘 图8
生物转盘的运行与维护管理
试运行
维护管理
生物接触氧化法
——生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法处理工艺；
——又称为淹没式生物滤池。
一、基本原理与特点
基本流程
图9 生物接触氧化法的基本流程
主要特点：
①生物接触氧化池内的生物固体浓度（10~20g/l）高于活性污泥法和生物滤池，具有较高的容积负荷（可达3.0~6.0kgBOD5/m3.d）；
②不需要污泥回流，无污泥膨胀问题，运行管理简单；
③对水量水质的波动有较强的适应能力；
④污泥产量略低于活性污泥法。
二、生物接触氧化池的构造
——由池体、填料、布水系统和曝气系统等组成；
——填料高度一般为3.0m左右，填料层上部水层高约为0.5m，填料层下部布水区的高度一般为0.5~1.5m之间；
根据曝气装置与填料的相对位置，可以分为两大类：
①曝气装置与填料分设在：
——填料区水流较稳定，有利于生物膜的生长，但冲刷力不够，生物膜不易脱落；
——可采用鼓风曝气或表面曝气装置；
——较适用于深度处理。
图10
②曝气装置直接安设在填料底部：
图11
——曝气装置多为鼓风曝气系统；
——可充分利用池容；
——填料间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞；
——检修较困难。
三、填料
——填料是微生物的载体，其特性对接触氧化池中生物量、氧的利用率、水流条件和废水与生物膜的接触反应情况等有较大影响；
——分为硬性填料、软性填料、半软性填料、及球状悬浮型填料等：
图12各种填料
四、生物接触氧化池的计算与设计
1、一般原则
一般采用有机负荷法进行设计；
有机负荷最好通过试验确定，一般处理城市废水时可采用1.0~1.8kgBOD5/m3.d；
废水在池中的水力停留时间不应小于1.0h（按填料体积计算）；
进水BOD5浓度过高时，应考虑出水回流；
2、设计计算方法
生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)V：
式中Q——均日流量，m3/d；
Si——进水BOD5浓度，mg/l；
Se——出水浓度，mg/l；
LvBOD——有机容积负荷，kgBOD5/m3.d
有效接触时间(t)
池深(H0)
H0 = H + h1 + h2 + h3
式中H——填料高度，m；
h1——超高，一般取0.5m；
h2——填料层上部水深，一般为0.4~0.5m；
h3——填料至池底的高度，在0.5~1.5m之间。
五、生物接触氧化池的运行与管理
启动调试：
——启动调试时须培养生物膜，其方式类似活性污泥的培养，可间歇或连续进水；
——注意营养平衡(C、N、P)、pH值、抑制物浓度等；
——应对生物膜的生长情况经常观察，并及时调整运行条件。
日常运行管理
——一般应控制溶解氧浓度为2.5~3.5mg/l；
——避免过大的冲击负荷；
——防止填料堵塞：1)加强前处理，降低进水中的悬浮固体浓度；
2)增大曝气强度，以增强接触氧化池内的紊流；
3)采取出水回流，以增加水流上升流速，以便冲刷生物膜。
2.3.4 生物流化床
——生物流化床是70年代开发的一种新型生物膜法处理工艺；
——以比重大于1的细小惰性颗粒如砂、焦碳、陶粒、活性炭等为载体；
——废水以较高的上升流速使载体处于流化状态；
——生物固体浓度很高，传质效率也很高，是一种高效的生物处理构筑物。
一、载体颗粒流化原理
——载体颗粒的流化，是由于上升的水流(或水流与气流)所造成的。
——三种状态：1)固定状态；
2)流化状态；
3)流失状态
图1 载体颗粒的三种状态
二、生物流化床的工艺类型
——根据供氧方式、脱膜方式及床体结构等的不同，可分为两相生物流化床和三相生物流化床。
1、两相生物流化床
图2
——在生物流化床外设充氧设备和脱膜设备，在床体内只有液、固两相；
——进入反应器之前，废水中的DO可达8~9mg/l(以纯氧为气源时，可达30~40mg/l)。
2、三相生物流化床
图3
——直接向反应器内充氧，床体内有气、固、液三相共存；
——气体搅动剧烈，载体颗粒之间摩擦剧烈，可使表层的生物膜自行脱落，因此一般无需体外脱膜装置。
三、生物流化床的构造
——主要包括反应器、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等。
反应器：
——一般呈圆柱状；
——高径比一般采用3~4:1；
——若采用内循环三相生物流化床时，升流区截面积与降流区面积之比应在1左右。
载体
——主要性能：①比重略大于1；
②表面比较粗糙；
③对微生物无毒性；
④不与废水物质反应；
⑤价廉易得。
——常用载体有：砂粒、无烟煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯颗粒；
——生物固体浓度与载体投加量有直接关系。
布水设备
——对两相生物流化床，布水均匀十分关键；
——对三相生物流化床，由于有气体的搅拌，布水设备不十分重要。
4）充氧装置
5）脱膜装置
——一般三相生物流化床不需设置专门的脱膜装置
——在两相生物流化床系统中常设的脱膜装置有：
①振动筛 ②叶轮脱膜装置 ③刷式脱膜装置
优点及存在的问题：
生物固体浓度高(10~20g/l)，因此容积负荷较高(7~8kgBOD5/m3.d以上)，水力停留时间可大大缩短，基建费用较小；
无污泥膨胀或其它生物膜法中的滤料堵塞；
能适应不同浓度范围的废水，能适应较大的冲击负荷；
由于容积负荷和床体高度较大，占地面积较小；
实际生产运行的经验较少，对于床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的不确定性。
第三章 厌氧生物处理
基本概念
3.1.1厌氧生物处理的基本原理
一、厌氧生物处理的基本生物过程及其特征
——又称厌氧消化、厌氧发酵；
——实际上，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
1、厌氧生物处理工艺的发展简史：
①上述的厌氧过程广泛地存在于自然界中；
②人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于1881年——Louis Mouras的“自动净化器”；
③随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）；
——长的HRT、低的处理效率、浓臭的气味等；
④50、60年代，特别是70年代中后期，随着能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理；
——HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；
——厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、AAFEB、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；
——HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。
⑤最近（90年代以后），随着UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了EGSB和IC反应器；
——EGSB反应器可以在较低温度下处理低浓度的有机废水；
——IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷。
2、厌氧消化过程的基本生物过程
①两阶段理论：
——30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”
第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；
——水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；
——主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；
——其特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。
第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；
——产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；
——主要参与微生物统称为产甲烷菌；
——其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。
②三阶段理论：
——深入研究后，发现上述过程不能真实反映厌氧反应过程的本质；
——微生物学的研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；
——70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌利用H2和CO2产生CH4；
——因而，提出了“三阶段理论”
水解、发酵阶段：
产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；
产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；
一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。
③四阶段理论（四菌群学说）：
同型产乙酸菌：将H2/CO2合成为乙酸。
但实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的5%。
——三阶段、四阶段理论是目前认为的对一样生物处理过程较全面和较准确的描述。
3、厌氧生物处理的主要特征
能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；
污泥产量很低；
——厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。
厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解；
反应过程较为复杂——厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；
对温度、pH等环境因素较敏感；
但一般来说，①处理出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；②气味较大；③对氨氮的去除效果不好；等等
4、厌氧生物处理技术是我国水污染控制的重要手段
——我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；
——我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；
——目前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高；
——厌氧工艺的突出优点是：①能将有机污染物转变成沼气并加以利用；②运行能耗低；③有机负荷高，占地面积少； ④污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等
——厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。
二、厌氧消化过程中的主要微生物
——发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。
1、发酵细菌（产酸细菌）：
主要功能：水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；
酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；
主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；
水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时回成为厌氧反应的限速步骤；
产酸反应的速率较快；
大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；
可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
2、产氢产乙酸菌
主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；
主要反应：乙醇：
丙酸：
丁酸：
注意：上述反应只有在乙酸浓度很低，系统中氢分压很低时才能顺利进行。
主要细菌：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；
多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
3、产甲烷菌
——60年代Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术；
主要功能：将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；
一般可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌；
一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina和Methanothrix，但在厌氧反应器中，有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解；
典型的产甲烷反应：
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
根据产甲烷菌的形态和生理生态特征，可将其分类如下：
——最新的分类（Bergy’s细菌手册第九版），共分为：三目、七科、十九属、65种；
产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：
①产甲烷杆菌：图2
②产甲烷球菌：图3
③产甲烷八叠球菌：图4
④产甲烷丝菌：图5
在生物分类学上，产甲烷菌（Methanogens）属于古细菌（Archaebacteria），大小、外观上与普通细菌（Eubacteria）相似，但实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊。
在自然界的分布，一般可以认为是栖息于一些极端环境中（如地热泉水、深海火山口、沉积物等），但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等。
产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150(-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；
产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4(6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤
三、厌氧生物处理的影响因素
——产甲烷反应是厌氧消化过程的控制阶段，因此，一般来说，在讨论厌氧生物处理的影响因素时主要讨论影响产甲烷菌的各项因素；
——主要因素有：温度、pH值、氧化还原电位、营养物质、F/M比、有毒物质等。
1、温度：
温度对厌氧微生物的影响尤为显著：
厌氧细菌可分为嗜热菌（或高温菌）、嗜温菌（中温菌）；相应地，厌氧消化分为：高温消化（55(C左右）和中温消化（35(C左右）；
高温消化的反应速率约为中温消化的1.5~1.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；
当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好；
随着新型厌氧反应器的开发研究和应用，温度对厌氧消化的影响不再非常重要（新型反应器内的生物量很大），因此可以在常温条件下（20~25(C）进行，以节省能量和运行费用。
2、pH值和碱度：
pH值是厌氧消化过程中的最重要的影响因素；
重要原因：产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整个厌氧消化过程的恶化；
厌氧体系中的pH值受多种因素的影响：进水pH值、进水水质（有机物浓度、有机物种类等）、生化反应、酸碱平衡、气固液相间的溶解平衡等；
厌氧体系是一个pH值的缓冲体系，主要由碳酸盐体系所控制；
一般来说：系统中脂肪酸含量的增加（累积），将消耗，使pH下降；
但产甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且还会产生，使系统的pH值回升。
碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值；
厌氧体系一旦发生酸化，则需要很长的时间才能恢复。
3、氧化还原电位：
严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基本条件；
非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和活动；
产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于-330mv；
4、营养要求：
厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；
多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：①K、Na、Ca等金属盐类；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
5、F/M比：
厌氧生物处理的有机物负荷较好氧生物处理更高，一般可达5~10kgCOD/m3.d，甚至可达50~80 kgCOD/m3.d；
——无传氧的限制；
——可以积聚更高的生物量。
产酸阶段的反应速率远高于产甲烷阶段，因此必须十分谨慎地选择有机负荷；
高的有机容积负荷的前提是高的生物量，而相应较低的污泥负荷；
高的有机容积负荷可以缩短HRT，减少反应器容积。
6、有毒物质：
——常见的抑制性物质有：硫化物、氨氮、重金属、氰化物及某些有机物；
①硫化物和硫酸盐：
硫酸盐和其它硫的氧化物很容易在厌氧消化过程中被还原成硫化物；
可溶的硫化物达到一定浓度时，会对厌氧消化过程主要是产甲烷过程产生抑制作用；
投加某些金属如Fe可以去除S2-，或从系统中吹脱H2S可以减轻硫化物的抑制作用。
②氨氮：
氨氮是厌氧消化的缓冲剂；
但浓度过高，则会对厌氧消化过程产生毒害作用；
抑制浓度为50~200mg/l，但驯化后，适应能力回得到加强。
③重金属：
——使厌氧细菌的酶系统受到破坏。
④氰化物：
⑤有毒有机物：
四、厌氧消化过程中沼气产量的估算
糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为甲烷和CO2等气体，这样的混合气体统称为沼气（Biogas）；
产生沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成，一般可以用下式进行估算：
理论上认为，1gCOD在厌氧条件下完全降解可以生成0.25 gCH4，相当于标准状态下的甲烷气体体积为0.35L；
沼气中CO2和CH4的百分含量不仅与有机物的化学组成有关，还与其各自的溶解度有关；
由于一部分沼气（特别是其中的CO2）会溶于出水中，同时，一部分有机物还会被用于微生物的合成，所以实际产气量要比理论产气量小。
3．2 厌氧生物处理工艺
3．2．1 早期的 厌氧生物反应器
——厌氧消化应用于废水处理的初级阶段，是从1881年法国Mouras设计的自动净化器开始到本世纪的20年代；
——1881年法国Mouras的自动净化器：
——1891年英国Moncriff的装有填料的升流式反应器：
——1895年，英国设计的化粪池（Septic Tank）
图3
——1905年，德国的Imhoff池（又称隐化池、双层沉淀池）
图4
其特点：
①处理废水的同时，也处理有废水沉淀下来的污泥；
②前几种构筑物由于废水和污泥不分隔而影响出水水质；
③双层沉淀池则有了很大改进，有上层沉淀池和下层消化池；
④停留时间很长，出水水质也较差；
⑤后两种反应器曾在英、美、德、法等国得到广泛推广，在我国目前仍有应用。
3.2.2厌氧消化池
——随着活性污泥法、生物滤池等好氧生物处理工艺的开发和推广应用，厌氧生物处理被认为是效率低、HRT长、受温度等环境条件的影响大，因此处于一种被遗弃的状态；
——但好氧生物处理工艺的广泛应用，产生的剩余污泥也越来越多，其稳定化处理的主要手段是厌氧消化，这是第二阶段的主要特征；
——1927年，首次在消化池中加上了加热装置，使产气速率显著提高；
——随后，又增加了机械搅拌器，反应速率进一步提高；
——50年代初又开发了利用沼气循环的搅拌装置；
——带加热和搅拌装置的消化池被称为高速消化池，至今仍是城市污水处理厂中污泥处理的主要技术。
消化池的类型与构造
——厌氧消化池主要应用于处理城市污水厂的污泥，也可应用于处理固体含量很高的有机废水；
——主要作用：①一部分有机物转变为沼气；
②一部分有机物形成稳定性良好的腐殖质；
③提高了污泥的脱水性能；
④污泥体积可减少1/2以上；
⑤致病微生物也得到了一定程度的灭活，有利于污泥的进一步处理和利用。
消化池的分类：
——按形状：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形；
——按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；
——按运行方式：传统消化池和高速消化池。
传统消化池：
图5
——又称低速消化池，无加热和搅拌装置；
——有分层现象：只有部分容积有效；
——消化速率很低，HRT很长（30~90天）。
B、高速消化池
图6
——设有加热和搅拌装置；
——缩短了有机物稳定所需的时间，也提高 了沼气产量，在中温（30~35(C）条件下，一般消化时间为15天左右，运行稳定；
——但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液不能分离。
两级消化池
——两级串联，第一极是高速消化池，第二级则不设搅拌和加热，主要起沉淀浓缩和贮存的作用，并能分离上清液；
——二者的HRT的比值可采用1：1~4：1，一般为1：2。
图7
2、消化池的构造
——由池顶、池底和池体三部分组成；
——池顶：固定盖和浮动盖，集气罩；
——池底：倒圆锥形，有利于排泥。
搅拌：机械搅拌和沼气搅拌
机械搅拌
①泵搅拌：从池底抽出消化污泥，用泵加压后送至浮渣层表面或其它部位，进行循环搅拌，一般与进料和池外加热合并一起进行；
②螺旋浆搅拌：在一个竖向导流管中安装螺旋桨；‘
③水射器搅拌：
沼气搅拌
①气提式搅拌： ②竖管式搅拌： ③气体扩散式搅拌：
加热
①池内蒸汽直接加热：设备简单，局部污泥易过热，会影响厌氧微生物的正常活动，并会增加污泥含水率；
②池外加热：把污泥预热后投配到消化池中，所需预热的污泥量较少，易于控制；预热温度较高，有利于杀灭虫卵；不会对一样微生物不利；但设备较复杂。
消化池的设计：
——主要内容：①消化池池体设计；
②搅拌设备设计；
③加热保温系统设计。
——消化池的池体设计：
目前国内一般按污泥投配率确定消化池容积，
式中：V——消化池的有效容积，m3；
V’——每天需要处理的新鲜污泥的统计，m3/d；
p ——污泥投配率，如高速消化池处理生活污水的污泥，在消化温度为30~35(C时，p可取6~18%；
一般要求消化池的个数不少于2。
国外则多按固体负荷率来计算消化池的有效容积：
式中：Gs——每日需要处理的污泥干固体量，kgVSS/d；
Lv——单位容积消化池固体负荷率，kgVSS/m3.d。
——Lv值与污泥的含固率、温度有关，如下表：
污泥含固率（%）
固体负荷率（kgVSS/m3.d）
24(C
29(C
33(C
35(C
4
1.53
2.04
2.55
3.06
5
1.91
2.55
3.19
3.83
6
2.30
3.06
3.83
4.59
7
2.68
3.57
4.46
5.36
确定消化池有效容积后，既可计算消化池的构造尺寸，其一般要求：
①圆柱形池体的直径一般为6~35m；
②柱体高径之比为1：2；
③池总高与直径之比为0.8~1.0；
④池底坡度一般为0.08；
⑤池顶部的集气罩，高度和直径相同，一般为2.0m；
⑥池顶至少设两个直径为0.7m的人孔。
消化池的工艺管道：
污泥管：进泥管、出泥管、循环搅拌管；
上清液排放管；
溢流管；
沼气管；
取样管
沼气的收集与利用
——污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产生大量沼气；
——沼气的热值很高（一般为21000~25000 kJ/m3， 即5000~6000 kCal/m3），是一种可利用的生物能源。
1、污泥消化过程中沼气产量的估算：
沼气成分：一般认为CH4 50~70%，CO2 20~30%，H2 2~5%，N2 ~10%，微量H2S等；
沼气产率是指每处理单位体积的生污泥所产生的沼气量，即m3沼气/m3生污泥；
产气率与污泥的性质、污泥投配率、污泥含水率、发酵温度等有关；
当污泥来自城市污水处理厂，生污泥含水率为96%时：
中温消化，投配率为6~8%，产气率可达10~12 m3沼气/m3生污泥；
高温消化，投配率为6~8%，产气率可达22~26 m3沼气/m3生污泥
投配率为13~15%，产气率可达13~15 m3沼气/m3生污泥
沼气的收集：
设置凝结水罐；注意安全；阻火器；沼气管可加保温；
沼气的贮存：
调节产气量与用气量之间的平衡；
调节容积一般为日平均产气量的25~40%，即6~10h的产气量；
注意防腐、防火。
3.2.3 现代高速厌氧反应器
——厌氧消化技术发展上的第三个时期；
——1955年，Schroepter提出了厌氧接触法
参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统；
处理能力提高，应用于食品包装废水的处理；
标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。
——随后出现了AF(Anaerobic Filter)、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、AAFEB(Anaerobic Attached Film Expanded Bed)、AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等
微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；
有机容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；
首先应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业废水、屠宰废水等；
城市废水的处理；
与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；
含难降解有机物的工业废水的处理。
厌氧接触法（Anaerobic Contact Process）
工艺流程与特点
图
——污泥回流是其最大的特点；
——污泥回流使得HRT与SRT分离：
由于厌氧细菌生长缓慢，可以作到不从系统中排放剩余污泥，则Qw = 0，则有：
对于普通高速厌氧消化池，其Xe = X， 所以其(c = HRT，因此在中温条件下，为了满足产甲烷菌的生长繁殖，SRT要求20~30d，因此高速厌氧消化池的HRT为20~30d。
对于厌氧接触法，由于X >>Xe，所以HRT<<SRT；
X越大，Xe越小，则HRT可以越短。
与普通厌氧消化池相比，厌氧接触法的特点有：
①污泥浓度高，一般为5~10 gVSS/l，抗冲击负荷能力强；
②有机容积负荷高，中温时，COD负荷1~6 kgCOD/m3.d，去除率为70~80%；
BOD负荷0.5~2.5 kgBOD/m3.d，去除率80~90%；
③出水水质较好；
④增加了沉淀池、污泥回流系统、真空脱气设备，流程较复杂；
⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度均很高的废水。
最大的问题是污泥的沉淀：
污泥上附着有小气泡；
污泥在二沉池中还有活性，还会产生气体，导致已下沉的污泥上浮。
改进措施：
真空脱气设备（真空度为500mmH2O）；
增加热交换器，使污泥骤冷，暂时抑制厌氧污泥的活性。
2、厌氧接触法的工艺设计
——消化池容积的计算：
有机容积负荷法：
——有机容积负荷，。
3、厌氧接触法的应用实例
①美国：HRT=12~13 h，X=7~12 g/l，SRT=3.6~6 d，Lv=2.5
②日本：T=52(C，CODi=11~12g/l，CODe=2100~2700mg/l，V=3000m3；
③我国：南阳酒精厂
Lv=9~12，=~83%，=87%，HRT=4~4.5 d，CODi=50~54 g/l，BODi=26~34 g/l
二、厌氧生物滤池
1、厌氧生物滤池的工艺特征
——60年代末，美国的Young和McCarty首先研制出厌氧生物滤池；
——1972年以来，一批生产性的厌氧生物滤池投入运行，处理废水的COD浓度在300~85000mg/l的范围内，处理效果良好，运行管理方便；
——与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池式装填有滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水通过滤料层(上向流或下向流)时，有机物被截留、吸附及分解。
2、厌氧生物滤池的构造特征
——可分为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和升流式混合型厌氧生物滤池：
图
——厌氧生物滤池的重要组成：滤料、布水系统、沼气收集系统
(1)、滤料：
——滤料是厌氧生物滤池的主体，其主要作用是提供微生物附着生长的表面及悬浮生长的空间，因此，应具备下列条件：
比表面积大，以利于增加厌氧生物滤池中的生物量；孔隙率高，以截留并保持大量的悬浮的微生物，同时也可防止堵塞；表面粗糙度较大，以利于厌氧细菌附着生长；其它：机械强度高；化学和生物学稳定性好；质轻；价廉易得；等
注意：被研究过的滤料种类很多，所得出的结论也不尽相同：
——有人认为孔隙率更重要(悬浮细菌所起的作用更大)；也有人认为滤料最重要的特性是：粗糙度、孔隙率以及孔隙大小。
常用滤料：
①实心块状滤料：30~45mm的碎块；比表面积和孔隙率都较小，分别为40~50m2/m3和50~60%；这样的厌氧生物滤池中的生物浓度较低，有机负荷也低，仅为3~6 kgCOD/m3.d；易发生局部堵塞，产生短流。
②空心块状滤料：多用塑料制成，呈圆柱形或球形，内部有不同形状和大小的孔隙；比表面积和孔隙率都较大。
③管流型滤料：包括塑料波纹板和蜂窝填料等；比表面积为100~200 m2/m3，孔隙率可达80~90%；有机负荷可达5~15 kgCOD/m3.d。
④交叉流型滤料：
⑤纤维滤料：包括软性尼龙纤维滤料、半软性聚乙烯、聚丙烯滤料、弹性聚苯乙烯填料；比表面积和孔隙率都较大；偶有纤维结团现象；价格较低，应用普遍。
(2)、布水系统
——布水系统的作用是将进水均匀内地分配于全池，注意孔口的大小和流速；
——厌氧生物滤池多为封闭形，水位应高于滤料层；
——升流式厌氧生物滤池的布水系统设于池底，应用较广，直径为6~26m，高为3~13m；
——降流式厌氧生物滤池的水流方向相反；
——升流式混合型厌氧生物滤池的特点是减小了滤料层的厚度，留出了一定空间，以便悬浮状态的颗粒污泥在其中生长和累积。
(3)、沼气收集系统 ：
(4)、厌氧生物滤池的运行特征 ：
厌氧生物滤池中生物膜的厚度约为1~4mm；生物固体浓度沿滤料层高度而有变化；降流式较升流式厌氧生物滤池中的生物固体浓度的分布更均匀；厌氧生物滤池适合于处理多种类型、浓度的有机废水，其有机负荷为0.2~16 kgCOD/m3.d；在相同的水质条件及水力停留时间下，升流式的COD去除率较降流式的高；当进水COD浓度过高(>8000或12000mg/l)时，应采用出水回流的措施：①减少碱度的要求；②降低进水COD浓度；③增大进水流量，改善进水分布条件。
——二级交替式运行的厌氧生物滤池：
——当被处理的废水所含的悬浮固体浓度大于10%的COD浓度时，如采用升流式厌氧生物滤池，则应采取适当的预处理的SS浓度；如采用降流式厌氧生物滤池，则不必采取预处理。
——厌氧生物滤池的优缺点：
与传统的厌氧生物处理及其它新型厌氧生物反应器相比，厌氧滤池的突出优点是：
生物固体浓度高，有机负荷高；SRT长，可缩短HRT，耐冲击负荷能力强；启动时间较短，停止运行后的再启动也较容易；无需回流污泥，运行管理方便；运行稳定性较好。
主要缺点是易堵塞。
2、厌氧生物滤池的设计计算
——厌氧生物滤池的设计计算主要包括：①滤料的选择；②滤料体积的计算；③布水系统的设计；④沼气系统的设计等。
——目前尚无定型的设计计算程序；
——主要介绍滤料体积的计算方法和一些常用参数：
①有机负荷法：
V = Q（Si – Se）/LvCOD
LvCOD——有机容积负荷，一般为0.5~12kgCOD/m3.d；
②常用设计参数：
有机容积去除负荷——0.5~12 kgCOD/m3.d；有机物去除率——60~95%；滤料层高度——2~5m；相邻进水孔口距离——1~2m（不大于2m）；污泥排放口距离——不大于3m。
③关于Se：
Se取决于对处理后出水的水质要求；Se还取决于厌氧生物滤池一般能达到的有机物去除率；Se还取决于所采用的有机负荷的高低。
④关于有机容积负荷，其影响因素主要有：
废水水质，包括有机物的种类和浓度；滤料性质；温度；其它，如：pH值、营养物、有毒物质浓度等。
——一般，当废水性质较特殊，无可靠资料可借鉴时，应通过小试或中试试验结果来确定。
3、厌氧生物滤池的应用实例
AF在美、加已被广泛应用；不同类型的废水，包括生活污水及COD为3000~24000mg/l的各种工业废水；处理规模也大小不等，最大的AF为12500m3；COD的去除率在61~94%之间；有机负荷为0.1~15 kgCOD/m3.d。
三、升流式厌氧污泥层(床)(UASB)反应器
——Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed) Reactor, 简称UASB 反应器；
——是荷兰Wageningen农业大学的Gatze Lettinga教授于70年代初开发出来的；
——UASB反应器的工作原理示意图如下：
图
UASB反应器的工艺特征：
①在反应器的上部设置了气、固、液三相分离器；②在反应器底部设置了均匀布水系统；③反应器内的污泥能形成颗粒污泥：——直径为0.1~0.5cm，湿比重为1.04~1.08；——具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。
上述工艺特征使得UASB反应器：
——污泥的颗粒化使反应器内的平均浓度50gVSS/l以上，污泥龄一般为30天以上；反应器的水力停留时间相应较短；反应器具有很高的容积负荷；不仅适合于处理高、中浓度的有机工业废水，也适合于处理低浓度的城市污水；UASB反应器集生物反应和沉淀分离于一体，结构紧凑；无需设置填料，节省了费用，提高了容积利用率；一般也无需设置搅拌设备，上升水流和沼气产生的上升气流起到搅拌的作用；构造简单(?)，操作运行方便(?)。
UASB反应器的构造
进水配水系统：
——功能：①将废水均匀地分配到整个反应器的底部；②水力搅拌；——是反应器高效运行的关键之一。
(2)反应区：
——又分为污泥床区和污泥悬浮区；——污泥床区主要集中了大部分高活性的颗粒污泥，是有机物的主要降解场所；——污泥悬浮区则是絮状污泥集中的区域。
(3)三相分离器：
——由沉淀区、回流缝和气封组成；——功能：①将气体(沼气)、固体(污泥)、和液体(出水)分开；②保证出水水质；③保证反应器内污泥量；④有利于污泥颗粒化。
(4)出水系统：
——作用是把沉淀区的处理后的废水均匀地加以收集，并排出反应器；
(5)气室：
——也称集气罩，主要作用是收集沼气；
(6)浮渣收集系统：
——功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣；
(7)排泥系统：
——功能是均匀地排除反应器内的剩余污泥。
一般来说，UASB反应器的型式有两种：
图 开敞式UASB反应器
——顶部不加密封，或仅加一层不密封的盖板；
——多用于处理中低浓度的有机废水；
——构造较简单，易于施工安装和维修。
图 封闭式UASB反应器
——顶部加盖密封;
——在液面与池顶之间形成了气室；
——适用于处理高浓度的有机废水；
——其池顶可以做成浮盖式。
UASB的断面形状一般为圆形或矩形，矩形断面便于三相分离器的设计和施工；
反应器常为钢结构或钢筋混凝土结构；
反应器一般不加热；多采用保温措施；必须采取防腐措施。
二、UASB反应器的设计
——尚无完整的工程设计计算方法；
——主要内容有：①池型选择，有效容积的确定以及主要部位的尺寸；②设计进水配水系统、出水系统、和三相分离器等； ③其它：排泥和排渣系统等。
UASB反应器容积及主要构造尺寸的确定：
——UASB反应器的有效容积(包括沉淀区和反应区)\
——多采用进水容积负荷法确定，即：
式中：Q——废水流量，m3/d；Si——进水有机物浓度，mgCOD/l；Lv ——COD容积负荷，kgCOD/m3.d
——容积负荷与反应温度、废水性质和浓度以及是否形成颗粒污泥有关；
——对于食品工业废水或与之性质相近的废水，一般可以形成颗粒污泥，在不同的反应温度下的进水容积负荷如下：
温度
（0C）
设计容积负荷（kgCOD/m3.d）
高温
20~30
中温
10~20
常温
5~10
低温
2~5
进水配水系统的设计：
三相分离器的设计
三相分离器的基本构造
三相分离器的布置形式
三相分离器的设计方法
①沉淀区的设计：表面负荷应小于1.0m3/m2.d；集气罩斜面的坡度应为55~60(；沉淀区的总水深应不小于1.5m，并保证废水在沉淀区的停留时间为1.5~2.0h。②回流缝的设计：③气液分离的设计：
出水系统的设计
浮渣清除系统的设计
排泥系统设计
其他设计中应考虑的问题：加热和保温；沼气的收集、贮存和利用；防腐；等
三、UASB反应器的应用实例
颗粒污泥的性质与形成
——能形成沉降性能良好、活性高的颗粒污泥是UASB反应ζ鞯闹匾卣鳎?——颗粒污泥的形成与成熟，是保证UASB反应器高效稳定运行的前提。
颗粒污泥的外观：
——多种多样，呈卵形、球形、丝形等；平均直径为1 mm,一般为0.1~2 mm,最大可达3~5 mm；反应区底部的颗粒污泥多以无机粒子作为核心，外包生物膜；颗粒的核心多为黑色，生物膜的表层则呈灰白色、淡黄色或暗绿色等； 反应区上部的颗粒污泥的挥发性相对较高；颗粒污泥质软，有一定的韧性和粘性。
颗粒污泥的组成
——只要包括：各类微生物、无机矿物以及有机的胞外多聚物等，其VSS/SS一般为70~90%；颗粒污泥的主体是各类为微生物，包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌、和产甲烷菌，有时还会有硫酸盐还原菌等，细菌总数为1~4×1012个/gVSS；常见的优势产甲烷菌有：索氏甲烷丝菌、马氏和巴氏甲烷八叠球菌等；一般颗粒污泥中C、H、N的比例为C约为40~50%、H约为7%、N约为10%；灰分含量因接种污泥的来源、处理水质等的不同而有较大差距，一般灰分含量可达8.8~55%；灰分含量与颗粒的密度有很好的相关性，但与颗粒的强度的相关性不是很好；灰分中的FeS、Ca2+等对于颗粒污泥的稳定性有着重要的作用。
——颗粒污泥中金属元素的含量：①铁的含量比例特别高；②镁的含量比钙高。
——胞外多聚物是另一重要组成，在颗粒污泥的表面和内部，一般可见透明发亮的粘液状物质，主要是聚多糖、蛋白质和糖醛酸等；含量差异很大，以胞外聚多糖为例，少的占颗粒干重的1~2%，多的占20~30%；有人认为胞外多聚物对于颗粒污泥的形成有重要作用，但现在仍有较大争议；但至少可以认为其存在有利于保持颗粒污泥的稳定性。
颗粒污泥的类型
——一般认为有三种类型：A型、B型、C型
A型颗粒污泥：
以巴氏甲烷八叠球菌为主体，外层常有丝状产甲烷杆菌缠绕；比较密实，粒径很小，约为0.1~0.1 mm。
B型颗粒污泥：
以丝状产甲烷杆菌为主体，也称杆菌颗粒；表面规则，外层绕着各种形态的产甲烷杆菌的丝状体；在各种UASB反应器中的出现频率极高；密度为1.033~1.054 g/cm3 ，粒径约为1~3 mm。
C型颗粒污泥：
有疏松的纤丝状细菌绕粘连在惰性微粒上所形成的球状团粒，也称丝菌颗粒；C型颗粒污泥大而重，粒径一般为1~5 mm，比重为1.01~1.05，沉降速度一般为5~10 mm/s。
——不同类型的颗粒污泥的形成与废水中化学物质(营养基质和无机物)以及反应器的工艺条件(水力表面负荷和产气强度)等的不同有关；当反应器中乙酸浓度高时，易形成A型颗粒污泥；当反应器中的乙酸浓度降低后，A型颗粒污泥将逐步转变为B型颗粒污泥；当存在适量的悬浮固体时，易形成C型颗粒污泥。
颗粒污泥的生物活性
——成层分布，即外层中占优势的细菌是水解发酵菌，而内层则是产甲烷菌；颗粒污泥实际上是一种生物与环境条件相互依存和优化的生态系统，各种细菌形成了一条很完整的食物链，有利于种间氢和种间乙酸的传递，因此其活性很高。
颗粒污泥的培养条件
——在UASB反应器种培养出高浓度高活性的颗粒污泥，一般需要1~3个月；可以分为三个阶段：启动期、颗粒污泥形成期、颗粒污泥成熟期；
——接种污泥的选择；维持稳定的环境条件，如温度、pH值等；初始污泥负荷一般为0.05~0.1 kgCOD/kgSS.d，容积负荷一般应小于0.5 kgCOD/m3.d；保持反应器中低的VFA浓度；表面水力负荷应大于0.3 m3/m2.d，以保持较大的水力分级作用，冲走轻质的絮体污泥；进水COD浓度不宜大于4000 mg/l，否则可采取水回流或稀疏等措施；进水中可适当提供无机微粒，特别可以补充钙和铁，同时应补充微量元素(如Ni、Co、Mo)
三、其它厌氧生物处理工艺
（一）厌氧膨胀床和厌氧流化床
Anaerobic (Attached Film) Expanded Bed & Anaerobic Fluidized Bed Reactors
基本情况：
工艺流程：
载体：固体颗粒，常用的有：石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等，粒径一般为0.2~1mm；常采用出水回流的方法使载体颗粒膨胀或流化；一般将床体内载体略有松动，载体间空隙增加但仍保持互相接触的反应器称为膨胀床；将上升流速增大到使载体可在床体内自由运动而互不接触的反应器称为流化床。
主要特点：
细颗粒的载体为微生物的附着生长提供了较大的比表面积，使床内的微生物浓度很高（一般可达30gVSS/l）；具有较高的有机容积负荷（10~40kgCOD/m3.d），水力停留时间较短；具有较好的耐冲击负荷的能力，运行较稳定；载体处于膨胀或流化状态，可防止载体堵塞；床内生物固体停留时间较长，运行稳定，剩余污泥量较少；既可应用于高浓度有机废水的处理，也应用于低浓度城市废水的处理。
主要缺点：载体的流化耗能较大；系统的设计运行要求高。
——关于生物浓度：
厌氧膨胀床或流化床中的微生物浓度与载体粒径和密度、上升流速、生物膜厚度和孔隙率等有关；
已知上升流速、生物膜厚度、不同载体粒径时的微生物浓度：
对于不同生物膜厚度，有一个污泥量最大的载体粒径；
载体的物理性质对流化床的特性也有影响：如：颗粒粒径过大时，颗粒自由沉降速度大，为保证一定的接触时间必须增加流化床的高度；水流剪切力大，生物膜易于脱落；比表面积较小，容积负荷低；但过小时，则操作运行较困难。
应用实例
城市废水：Jewell等人，美国，
——进水COD平均为186mg/l，SS平均为88mg/l；厌氧消化池污泥作为接种污泥，反应温度为20(C；启动期为50天，之后连续运行100天，COD负荷为0.65~35kgCOD/m3.d；当水力停留时间在1h以上时，出水SS在10mg/l以下，COD为40~45mg/l；出水水质、COD去除率与HRT之间的关系，见下图：
工业废水
序号
1
2
3
4
5
公司名称
Ecolotrol
Dorr-Oliver
Gist-Brocades
Gist-Brocades
Enso-Gutyeit
流化床所在地
Birmingham(美国)
Muscatine(美国)
Delft(荷兰)
Drouvy(法国)
Kaukapaa-Will(芬兰)
投产时间
1984.4
1984.8
1985.10
1984
废水种类
清凉饮料
大豆加工
酵母发酵
酵母发酵
KP纸浆漂白
废水量(m3/d)
380
770
4320
1200
COD浓度(mg/l)
6900
12000
3200
3600
700
pH值
6.7~7.1
6.8
7.4
6~3
厌氧消化相数
单相
两相
两相
两相
单相
流化床容积(m3)
120
360
380
125
有效容积
300
225
80
流化床高度(m)
12.5
21
17
流化部分
13
12
流化床直径(m)
6.1
4.7
3.0
系列数
2
2
2
水力停留时间(h)
6
16
2.4
3.2
3~12
消化温度((C)
35
37
37
35(2
COD去除负荷(kgCOD/m3.d)
9.6
12
22
20
微生物浓度(kg/m3)
12
20
20
残余脂肪酸(mg/l)
600
<100
100
COD去除率(%)
77
76
70
75
50~60
(二)厌氧生物转盘
1、构造及工艺流程：
2、主要特点：
微生物浓度高，有机负荷高，水力停留时间短；废水沿水平方向流动，反应槽高度小，节省了提升高度；一般不需回流；不会发生堵塞，可处理含较高悬浮固体的有机废水；多采用多级串联，厌氧微生物在各级中分级，处理效果更好；运行管理方便；但盘片的造价较高。
3、应用情况：
——多处于小试阶段；国外：牛奶废水、奶牛贩唷⑸钗鬯龋甌OC为110~6000mg/l，TOC去除率可达60~80%，有机负荷为20gTOC/m3.d；国内：玉米淀粉废水和酵母废水，COD去除率为70~90%，负荷为30~70 gCOD/m3.d
(三)厌氧挡板反应器
1、工艺流程：
——垂直挡板将反应器分隔为数个上向流和下向流室；当废水浓度过高时，可将处理后的出水回流。
2、主要特点：
与厌氧生物转盘相比，可省去转动装置；与UASB相比，可不设三相分离器而截流污泥；反应器启动运行时间较短，远行较稳定；不需设置混合搅拌装置；不存在污泥堵塞问题。
3、应用情况：
——多处于小试阶段；
——McCarty的研究结果：
数据组
1
2
3
4
进水COD浓度(mg/l)
7.3
7.6
8.1
8.3
水力负荷(m3/m3.d)
0.5
1.1
1.1
1.3
回流比
0.0
0.4
2.3
2.0
有机物负荷(kgCOD/m3.d)
3.5
8.3
9.0
10.6
COD去除率(%)
90
82
78
91
产气率(m3/m3.d)
2.3
4.5
4.3
6.9
甲烷含量(%)
70
56
56
53
出水挥发酸浓度(g/l)
0.34
0.8
0.7
0.4
——美国夏威荑大学应用平流式挡板厌氧反应器处理养猪场废水，见下图：
——30(C时，进水COD为1190~4580mg/l，容积负荷为2.5~8.5，HRT为0.25~5d，COD去除率可达80%。
（四）两相厌氧消化工艺
1、工艺流程与特点：
——是70年代随着厌氧微生物学的研究不断深入应运而生的；着重于工艺流程的变革，而不是着重于反应器构造变革；在单相反应器中，存在着脂肪酸的产生与被利用之间的平衡，维持两类微生物之间的协调与平衡十分不易；两相厌氧消化工艺就是为了克服单相厌氧消化工艺的上述缺点而提出的；两个反应器中分别培养发酵细菌和产甲烷菌，并控制不同的运行参数，使其分别满足两类不同细菌的最适生长条件；反应器可以采用前述任一种反应器，二者可以相同也可以不同。
两相工艺最本质的特征是实现相的分离，方法主要有：①化学法：投加抑制剂或调整氧化还原电位，抑制产甲烷菌在产酸相中的生长；②物理法：采用选择性的半透明膜使进入两个反应器的基质有显著的差别，以实现相的分离；③动力学控制法：利用产酸菌和产甲烷菌在生长速率上的差异，控制两个反应器的水力停留时间，使产甲烷菌无法在产酸相中生长；
——实际上，很难做到相的完全分离。
主要优点：
有机负荷比单相工艺明显提高；产甲烷相中的产甲烷菌活性得到提高，产气量增加；运行更加稳定，承受冲击负荷的能力较强；当废水中含有SO42-等抑制物质时，其对产甲烷菌的影响由于相的分离而减弱；对于复杂有机物（如纤维素等），可以提高其水解反应速率，因而提高了其厌氧消化的效果。
2、应用情况
比利时肯特大学的Anodex工艺
（2）荷兰：淀粉废水
项目
沉淀池
产酸相
产甲烷相
容积 (m3)
700
1700
5000
HRT (h)
3.25
9.5
20
温度 ((C)
33
33
35
pH
6.2
6.2
7.5
项目
沉淀池进料
产酸相
产甲烷相
进水
出水
进水
出水
COD (mg/l)
17,500~18,000
17,800
16,400
11,700
3,000
TKN (m mol)
75
77
74
52
46
氨氮 (m mol)
3
29
47
33
42
硫酸盐 (m mol)
3．3
3．0
1．3
0．7
( 0．1
硫化物 (m mol)
( 0．1
0?
1．9
1．3
1．4
（3）我国首都师范大学：豆制品废水
反应器名称
HRT
(h)
出水
pH
有机负荷
(kgCOD/m3.d)
COD去除率
(%)
产气率
(m3/m3.d)
出水挥发酸
(mg/l)
沼气中
CH4(%)
产酸相
1.8
4.7~5.5
84.4
6.4
1800
12
产甲烷相
(UASB)
13.8
7.0~7.2
12.0
92.3
5.9
5
65
全系统
15.6
7.0~7.2
10.5
93.2
5.2
65
（4）其它
国家
废水性质
规模
进水COD
(mg/l)
COD
去除率
(%)
UASB反应器
的有机负荷
(kgCOD/m3.d)
处理能力
(kgCOD/d)
投入运行年份
比利时
酶和酒精
中试
7500~10000
79~884
14
180
1977
德国
甜菜制糖
中试
6000~7000
90~92
20
45
1980
比利时
酵母、酒精
中试
28200~32000
67~72
21
135
1980
德国
柠檬酸
中试
42574
70~80
15~20
120
1981
比利时
亚麻处理
生产规模
6500~7000
85~90
9~12
350
1980
德国
淀粉、葡萄糖
生产规模
20000
1982
德国
甜菜制糖
生产规模
32000
1982
德国
甜菜制糖
生产规模
15000
1982
3．2．4 IC反应器与EGSB反应器
一、IC反应器
二、EGSB反应器
3．2．5 厌氧生物处理工艺的运行管理
一、厌氧生物处理装置的启动
1、污泥消化池的投产启动
清水试验，检查漏水和气密性；
投加接种污泥，一般要求用滤网过滤（2(2mm或5(5mm）；
开始少量投加浓缩后的生污泥；
测定产气量、沼气成分、VFA、pH等；
正常消化后，逐渐增加投泥量，一般需要50~60天；
2、UASB反应器的投产启动
直接启动：用颗粒污泥接种；
间接启动：用絮状污泥启动，首先需要培养颗粒污泥：①投加接种污泥：厌氧消化污泥，或剩余活性污泥等；接种量一般为10~20kgVSS/m3；②启动初期的污泥负荷应低于0.1~0.2kgCOD/kgSS.d，容积负荷应小于0.5kgCOD/m3.d；③保证一定的水力上升流速，一般要求大于1m3/m2.d，当其大于0.25 m3/m2.h时，就会产生水力分级作用；④进水浓度过高时，可 回流或稀释等措施；⑤一般要求溶解性COD的去除率大于80%左右时，应及时提高负荷；⑥出水VFA浓度一般应控制在1000mg/l以下。
二、运行管理指标
——反应废水厌氧生物处理效果的运行管理指标主要有：处理程度、有机负荷、水力停留时间、剩余污泥产量、产气量等。
三、水质管理指标
——又称为监测项目，即通过水质监测，对厌氧反应器进行管理，使其达到运行要求；
——主要有：进水量、进出水水质（COD、BOD、SS、pH、VFA等）、勰嗯ǘ取⑽露取⒉俊⑵宄煞值取?
——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”
——主要特征：
反硝化反应器在前，BOD去除、硝化反应的综合反应器在后；反硝化反应以原废水中的有机物为碳源；含硝酸盐的混合液回流到反硝化反应器；在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右；硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。
（3）氧化沟硝化脱氮工艺
（4）生物转盘硝化脱氮工艺
4-3 废水生物除磷技术
4-3-1 生物除磷过程
磷在废水中的存在形式
通常磷是以磷酸盐（、、）、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌——磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。
（2）除磷菌的过量摄取磷
好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚(-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。
（3）除磷菌的磷释放
在厌氧条件下，除磷菌能贩纸馓迥诘木哿姿嵫味鶤TP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚(-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。
——一般，在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。
二、生物除磷过程的影响因素
①溶解氧：
在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是NO3-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。
②污泥龄：
生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。
③温度：
在5~30(C的范围内，都可以取得较好的除磷效果；
④pH值：
除磷过程的适宜的pH值为6~8。
⑤BOD5负荷：
一般认为，较高的BOD负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP = 20；有机基质的不同也会对除磷有影响，一般小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；磷的释放越充分，磷的摄取量也酱蟆?⑥硝酸盐氮和亚硝酸盐氮
硝酸盐的浓度应小于2mg/l；当COD/TKN ( 10，硝酸盐对生物除磷的影响就减弱了。
⑦氧化还原电位：
好氧区的ORP应维持在+40~50mV之间；缺氧区的最佳ORP为-160~( 5mV之间。
4-3-2 生物除磷工艺
一、Phostrip除磷工艺
——生物除磷和化学除磷相结合的工艺。
——工艺特点：
除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%；石灰用量较低，介于21~31.8mgCa(OH)2/m3废水之间；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。
二、厌氧——好氧除磷工艺
——又称“A——O工艺”；工艺特点：水力停留时间为3~6h；曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（76%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为4%，肥效好；SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。
4-4 同步脱氮除磷工艺
一、Bardenpho同步脱氮除磷工艺
——工艺特点：
各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。
二、A——A——O同步脱氮除磷工艺
——工艺特点：
工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；无需屯兑诵蟹延玫汀?
水力停留时间（h）
厌氧反应器
0.5~1.0
缺氧反应器
0.5~1.0
好氧反应器
3.5~6.0
污泥回流比(%)
50~100
混合液内循环回流比(%)
100~300
混合液悬浮固体浓度(mg/l)
3000~5000
F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)
0.15~0.7
好氧反应器内DO浓度(mg/l)
(2
BOD5/P
5~15(以(10为宜)
三、UCT工艺
——含NO3---N的污泥直接回流到厌氧池，会引起反硝化作用，反硝化菌将争夺除磷菌的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT（Univercity of Cape Town）工艺
四、Phoredox同步脱氮除磷工艺
——工艺特点：
谌毖醴从ζ髦霸偌右蛔嵫醴从ζ鳎郧炕椎氖头牛佣Ｖぴ诤醚跆跫拢懈康奈樟椎哪芰Γ岣叱仔Ч?
4-5 生物脱氮除磷的应用实例
一、国内某些废水处理厂
1、昆明兰花沟废水处理厂
TP(mg/l)
TN(mg/l)
原废水
2~4
30
处理水
( 1.0
NH3-N ( 1.0
TKN ( 6
2、广州大坦沙废水处理厂
水力停留时间（h）
溶解氧（mg/l）
污泥回流比
（%）
混合液内循环回流比（%）
A
A
O
A
A
O
1
2
5
0.2
0.5
1.5~2.0
25~100
100~200
BOD5
(mg/l)
SS
(mg/l)
TN
(mg/l)
TP
(mg/l)
原废水
200
250
40
5
处理出水
( 20
( 30
( 15
( 2
二、国外某些废水处理厂
营养元素的生物去除
——生物脱氮除磷原理与工艺
4-1 概述
营养元素的危害
氨氮会消耗水体中的溶解氧；氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量；含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：①氨氮对鱼类有毒害作用；②NO3-和NO2-可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质；③水中NO3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby”；加速水体的“富营养化”过程；
——所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N和P（尤其是P）；
——控制污染源，降低废水中的N、P含量；
——对城市废水，传统的活性污泥法，对N的去除率只有40%左右，对磷的去除率只有20~30%。
脱氮的物化法
1）氨氮的吹脱法：
2）折点加氯法去除氨氮：
每mgNH4+--N被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。
3）选择性离子交换法去除氨氮：
采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。
三、除磷的物化法（混凝沉淀法）
1）铝盐除磷
一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2）
2）铁盐除磷：FePO4 Fe(OH)3
一般用FeCl2、FeSO4 或 FeCl3 Fe2(SO4)3
3）石灰混凝除磷
向含P污水投加石灰，由于形成OH-，污水的pH值上升，P与Ca2+反应，生成羟磷灰石。
4-2 生物脱氮技术
4-1-1 生物脱氮原理
一、定义：
①污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮——氨化；②由自养型的硝化菌将氨氮转化为NO2-和NO3-——硝化；③再由反硝化菌将NO2-和NO3-还原转化为N2——反硝化。
二、硝化反应（Nitrification）
——分为两步：①； ②
——由两组自养型硝化菌分步完成： ①亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）；②硝酸盐细菌（Nitrobacter）
都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的短杆菌和球菌；强烈好氧，不能在酸性条件下生长；无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。
（1）硝化反应过程及反应方程式：
①亚硝化反应：
加上合成，则：
亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）；
氧化1mg NH4+-N为NO2--N，需氧3.16mg（76(32/55/14）；
氧化1mg NH4+-N为NO2--N，需消耗7.08mg碱度（以CaCO3计）（109(50/55/14）
②硝化反应：
加上合成，则：
硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2---N(113/400/14)
氧化1mg NO2--N为NO3—N，需氧1.11mg(195*32/400/14)
几乎不消耗碱度
③总反应：
加上合成，则：
总的细菌产率是： 0.02g/gNO2---N(113/400/14)；
氧化1mg 为，需氧4.27mg(1.86*32/14)；
氧化1 mg 为，需消耗碱度7.07mg(以CaCO3计)；
——污水中必须有足够的碱度，否则硝化反应会导致pH值下降，使反应速率减缓或停滞；
——如果不考虑合成，则：氧化1 mg NH4+-N为NO3—N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)
(2)硝化反应的环境条件：
——硝化菌对环境的变化很敏感：①好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)；②进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；③硝化反应的适宜温度是20~30(C，15(C以下时，硝化反应的速率下降，小于5(C时，完全停止；④硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)；⑤高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。
二、反硝化反应
（1）反硝化反应过程及反硝化菌
——反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；
——反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；
——反硝化菌能在缺氧条件下，以或为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；
——在反硝化菌的代谢活动下，或中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物为 的氮气。
（2）反硝化反应的影响因素
碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；
适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；
反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；
最适宜温度为20~40(C，低于15(C其反应速率将大为降低。
表 生物脱氮反应过程中各项生化反应特征
生化反应类型
去除有机物
硝化
反硝化
亚硝化
硝化
微生物
好氧菌及兼性菌
Nitrosomonas自养型菌
Nitrobacter自养型菌
兼性菌
异养型菌
能源
有机物
化能
化能
有机物
氧源(电子受体)
O2
O2
O2
NO2- 、NO3-
溶解氧
1~2mg/l以上
2mg/l以上
2mg/l以上
0~0.5mg/l
碱度
无变化
氧化1mgNH4+--N需要7.14mg/l碱度
无变化
还原1mgNO3---N或NO2---N生成3.57mg碱度
耗氧
分解1mg有机物（BOD5）需氧2mg
氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg
氧化1mg NO2---N需氧1.14mg
分解1mg有机物(COD)需NO2---N 0.58mg，NO3---N0.35mg所提供的化合态氧
最适pH值
6~8
7~8.5
6~7.5
6~8
最适水温
15~25(C
30(C
30(C
34~37(C
增殖速度(d-1)
1.2~3.5
0.21~1.08
0.28~1.44
好氧分解的1/2~1/2.5
分解速度
70~870
mgBOD/gMLSS.h
7mgNH4+--N
/gMLSS.h
2~8mg NO3---N
/gMLSS.h
产率
4-2-2 生物脱氮工艺
一、活性污泥法脱氮传统工艺
Barth开创的三级活性污泥法流程：
第一级曝气池的功能：①碳化——去除BOD5、COD；②氨化——使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。
——其优点是氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底；
——缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。
两级活性污泥法脱氮工艺
二、缺氧——好氧活性污泥法脱氮系统（A—O工艺）
第五章 天然条件下的生物处理
5.1 稳定塘
5.1.1 概述
一、稳定塘的发展及应用
稳定塘(Stabilization Ponds)［旧称氧化塘(Oxidation Ponds)］是一种利用天然净化能力的生物处理工艺。
始于本世纪初，50~60年代稳定塘技术的发展较快；但占城市废水处理的比例很低；目前，在美国、加拿大、澳大利亚等有一定发展。
我国的环境保护技术政策规定：“城市废水处理，应推行废水处理厂与氧化塘、土地处理系统相结合的政策”
1985年，38座稳定塘；1988年，80多座；1990年，113座，处理水量190万m3/d；
多用于处理中、小城镇的生活废水。
二、稳定塘的分类
1)稳定塘内的生物学过程
主要利用菌藻共生系统来处理废水中的有机污染物；
2)稳定塘的分类：
主要是根据塘中微生物反应的类型来划分；分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘、综合生物塘等。
3)优缺点及采用条件
A.优点：在条件合适时，基建投资少；运行管理简单，耗能少，运行费用低(为传统人工处理厂的1/3～1/5)；可进行综合利用，形成复合生态系统，可产生明显的经济、环境和社会效益。
B.缺点：占地面积过多；处理效果受气候影响较大，如过多问题，春、秋季翻塘问题等；如设计或运行不当，可能形成二次污染(如污染地下水、产生臭气等)。
C.适于采用稳定塘的必要条件：土地；气候：气温、日照条件、风力等
三、常用工艺流程
A.处理城市废水的传统工艺流程
图
B.有厌氧塘的工艺流程
C.有曝气塘工艺流程
D.有综合生物塘工艺流程
5.1.2 好氧塘
一、定义：
全塘皆为好氧区；为使阳光能达到塘底，好氧塘的深度较浅。
二、分类
又可分为普通好氧塘、高负荷好氧塘和深度处理好氧塘；
高负荷好氧塘：
有机负荷较高，HRT较短；出水中藻类含量高；运行技术较复杂，只适用于气候温暖且阳光充足的地区；处理废水的同时又产生藻类。
B.普通好氧塘：
有机负荷低，HRT长；处理废水为主要目的。
C.深度处理好氧塘：
有机负荷短，HRT也短；目的是串联在二级处理系统之后，进行深度处理。
三、应用：
好氧塘多应用于串联在其他稳定塘后做进一步处理，不用于单独处理。
四、主要尺寸：
(1)长宽比：多采用矩形塘，L：W=3:1～4:1
(2)塘深：
有效水深：高负荷好氧塘：0.3～0.45m；普通好氧塘：0.5～1.5m；深度处理好氧塘：0.5～1.5m；超高：0.6～1.0m
(3)堤坡：塘内坡坡度1：2～1:3；塘外坡坡度1:2～1:5
(4)单塘面积：
单塘面积介于0.8～4.0×104m2；好氧塘不得少于3座(至少2座)
五、好氧塘的典型设计参数
表
5.1.3 兼性塘
一、定义：
兼性塘的上层由于藻类的光合作用和大气复氧作用而含有较多溶解氧，为好氧区；中层则溶解氧逐渐减少，为过渡区或兼性区；塘水的下层则为厌氧层；塘的最底层则为厌氧污泥层。图
二、预处理及对进水水质的要求：
如果兼性塘作为第一级，则要求一定的预处理措施(与厌氧塘相同)；兼性塘要求BOD5:N:P=100:5:1
三、构造及主要尺寸：
(1)长宽比：多采用矩形塘，长宽比为3：1～4:1
(2)塘深：有效水深：1.2～2.5m；储泥厚度：≥0.3m；超高：0.6～1.0m
(3)单塘面积：一般介于0.8～4.0×104m3；系统中兼性塘一般不少于3座，多串联
四、设计方法：
BOD表面负荷法
与冬季平均掠泄?表3-22-5)
5.1.4 厌氧塘
一、定义：有机负荷高，整个塘无好氧区；常置于塘系统的首端，以承担较高的BOD负荷。
二、预处理：应设置格栅(≤20mm)；应设置沉砂池；如必要，应设置除油池。
三、进水水质：
进水水质与传统二级处理的要求相同；进水硫酸盐浓度不宜大于500mg/L；进水BOD5：N：P=100：2.5：1
四、构造及主要尺寸：
(1)长宽比：一般为矩形，长宽比为2～2.5：1
(2)深度：有效水深：2.0～4.5m(2.5～5.0m)；储泥厚度：≥0.5m；超高：0.6～1.0m
(3)堤坡：堤内坡度1.5：1～1：3；堤外坡度：1：2～1：4
(4)进出水口：
厌氧塘进口设在底部，高出塘底0.6～1.0m；
出水管应在水面下，淹没深度不小于0.6m；
应在浮渣层或冰冻层以下；
进口和出口均不得少于两个。
(6)塘数及单塘面积：
至少应有两座，可并联；单塘面积0.8～4×104m2。
五、设计方法
多采用有机负荷法
BOD表面负荷，单位：(BOD5/104m2·d)
——我国厌氧塘的最大容许负荷：北方300kgBOD5/(104m2·d)；南方800kgBOD5/(104m2·d)
5.1.5 曝气塘
一、定义： 曝气塘采用人工补气供氧，表面叶轮或鼓风补气：
完全混合曝气塘或好氧曝气塘；部分混合曝气塘或兼性曝气塘
二、基本要求：
(1)完全混合曝气塘的出水经沉淀后污泥可回流；(2)沉淀是曝气塘的必要组成部分；(3)BOD5表面负荷为1～30kgBOD5/(104m3·d)；(4)好氧曝气塘的HRT为3～10d；兼性曝气塘的HRT有可能超过10d；(5)有效水深为2～6m；
(6)一般不少于3座，通常按串联方式运行；(7)多采用表面曝气机曝气，北方则采用鼓风曝气。
5.2 土地处理系统
5.2.1 概述
一、定义：
在人工调控和系统自我调控的条件下，利用土壤——微生物——植物组成的生态系统对废水中的污染物进行一系列物理的、化学的和生物的净化过程，使废水水质得到净化和改善；并通过系统内营养物质和水分的循环利用，使绿色植物生长繁殖，从而实现废水的资源化、无害化和稳定化的生态系统工程，称为废水土地处理系统。
二、历史和现状：
历史悠久；
发展迅速：1987年美国有4000多座土地处理系统；原苏联3.6%的城市废水处理系统是土地处理系统；澳大利亚5%的城市废水处理系统是土地处理系统；等。
三、废水灌溉与土地处理
——废水土地处理技术是在废水灌溉基础上发展起来的，但二者既有密切的联系，又有显著的差别：
表
5.2.2 系统的组成、作用机理与工艺分类
一、系统的组成：
废水的预处理设施；废水的调节与贮存设施；废水的输送、布水及控制系统；土地净化田；净化出水的收集与利用系统
二、净化机理：
1)物览砉耍和寥揽帕＜涞目姿锬芙亓簦顺纤械男】帕＃?2)物理吸附和物理沉积：
土壤中粘土矿物具有吸附功能；废水中的部分重金属离子可能会由于被吸附、被置换而沉积于土址中。
3)物理化学吸附：
金属离子与土壤中无机或有机胶体反应形成蠹合化合物；有机物与无机物反应生成复合物；重金属离子由于阳离子交换而被置换吸附；生成非溶性化合物。
4)化学反应与沉淀：
5)微生物的代谢和有机物的分解：
异养型微生物；厌氧型微生物；硝化菌、反硝化菌等
三、基本工艺类型
慢速渗滤；快速渗滤；地表漫流；湿地系统；地下渗滤系统
5.2.3 慢速渗滤系统
一、概述：
该系统适用于渗水性能良好的壤土、砂质壤土以及蒸发量小、气候湿润的地区；废水经石灌或喷灌后垂直向下缓慢渗滤，其上种有农作物；该系统可充分利用废水中的水分及营养成分，并藉土壤—微生物—农作物复合系统对污水进行净化，部分污水被蒸发和渗滤；使用寿命长。
二、工艺目标：
处理废水；利用水和营养物质生产农作物；节省优质清洁水，(特别是干旱地区)
三、工艺性能：
废水投配负荷一般较低，由于渗滤速度慢，废水在表层土壤（含大量微生物)中的停留时间长，废水净化效率高，出水水质好。
四、预处理
一级处理：初次沉淀或酸化(水解)池处理；
二级处理：稳定塘或传统二级生物处理。
五、作物选择：
处理废水为目标时，可选多年生板草，其生长期长，对氧利用率高，忍受水力负荷能力强；种植谷物则应以利用、生产为主，对废水的调蓄应加强管理；森林型SR系统
六、应用实例：
5.2.4 快速渗滤系统
净化机理类似于间歇“生物砂滤器”；
适用于透水性非常良好的土壤，如砂土、壤土砂或砂壤土等；
废水周期性地布水(投配或灌入)和落干(休灌)，使快速渗滤池的表层土壤处于厌氧、好氧交替运行的状态，藉不同种群的微生物分解降解废水中的有机物，A-O交替运行有利于去除N、P；
该系统的有机负荷与水力负荷比其他土地处理工艺明显地高得多，但其净化效率仍很高。
一、工艺特点：
可将净化水补给地下水；可藉井或地下排回收净化水；可将净化水贮存在地下含水层。
二、工艺性能：
可以直接采用快速渗滤系统处理一级处理(酸化池)出水：该系统对污染物的去除率高：COD＞90%,BOD5＞95%，SS＞98%； 系统出水的COD＜40mg/L，BOD＜10mg/L；耐冲击负荷能力强；脱氮能力强。
三、预处理要求
一般情况下，一级处理即可；若对出水水质要求高或滤速高，则应以二级处理作为预处理。
5.2.5地表漫流系统
其净化机制类似于固定膜生物处理法；将废水投配到多年生牧草、坡度和缓、土壤渗透性差的坡面上，废水在沿坡面缓慢流动的过程中得到净化；适用于土壤渗透性低的粘土、亚粘土。
工艺特点：
废水要求预处理(如格栅、筛滤)后进入系统，出水水质相当于传统生物处理后的出水；对BOD、SS、N的去除率较高；
在处理废水的同时，可收获作物
5.2.6 湿地系统(Wet Land)
在一年内的相当长时间里，土壤的渗水面接近于地表面，使土壤处于饱和状态，并维持特定作物在其间生长的地方即为湿地；利用湿地和沼泽地处理污水的方法为湿地系统；湿地可以是天然湿地，也可以是人工湿地。
5.2.7 地下渗滤系?将废水投配到具有一定构造、距地面约0.5m深，有良好渗透性土地层中，藉毛管浸润和土壤渗滤作用，使废水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附、生物降解等过程使废水得到净化；适用于分散的居民点
工艺特点：
处理效果稳定；基建投资省、运行费低。
5.2.8 复合污水土地处理系统
上述各种工艺的组合
如：地表漫流-湿地复合系统、地表漫流-快速渗滤
各种土地处理工艺净化效果
第六章 污泥的处理与处置
6．1污泥的来源及性质
6．1．1污泥的来源
栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；
浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；
沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少；
初沉污泥：初沉池，以无机物为主，数量较大，易腐化发臭，可能含有虫卵和病变菌，是污泥处理的主要对象；
二沉污泥：二沉池，剩余的活性污泥，有机物质，含水率高，易腐化发臭，难脱水，是污泥处理的主要对象；
——水源水在被净化的过程中也会产生各种污泥。
化学污泥：经化学处理后，除含有原废水中的悬浮物外，还含有化学药剂所产生的沉淀物，易于脱水与压实。
6．1．2 表征污泥性质的主要指标
——含水率和含固率、挥发性固体、有毒有害物种省⑼阉阅?含水率与含固率
含水率是污泥中含水量的百分数；含固率则是污泥中固体或干污泥含量的百分数；湿泥量与含固率的乘积就是污泥量；含水率降低（即含固量提高）将大大降低湿泥量（即污泥体积）；含水率发生变化时，可近似计算湿污泥的体积；
通常：含水率 > 85%，污泥呈流状； 65~85%，污泥呈塑态； ( 65%，呈固态。
挥发性固体
——即VSS，通常用于表示污泥中的有机物的量；
——有机物含量越高，污泥的稳定性就更差。
有毒有害物质
——污泥含有一定量的N(4%)、P(2.5%)和K(0.5%)，有一定肥效；
——污泥含有病菌、病毒、寄生虫卵等，在施用之前应有必要的处理；
表二 重金属的限制浓度
脱水性能
——污泥的脱水性能与污泥性质、调理方法及条件等有关，还与脱水机械种类有关。
——在污泥脱水前进行强处理，改变污泥粒子的物化性质，破坏其胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善脱水性能，这一过程称为污泥的调理或调质。
——常用污泥过滤比阻抗值(r)和污泥毛细管吸水时间(CST)两项指标来评价污泥的脱水性能。
——比阻抗值(r)——单位干重滤饼的阻力，其值越大，越难过滤，其脱水性能越差。
比阻抗公式
式中：dV / dt——过滤速度，m3/s
V——滤出液体积，m3
t——过滤时间，s
P——过滤压力，N/m 2
A——过滤面积，m2
C——单位面积滤出液所得滤饼干重，kg/m3
r——污泥过滤比阻抗，m/kg
Rm——过滤开始时单位过滤面积上过滤介质的阻力，m/m2
?——滤出液的动力粘滞度，N·s/m2
当P为常数值时，则可积分得：
发现t/V~V呈直线关系，令其斜率
则有：
b——与污泥性质有关的常数，s/m6
比阻抗值r的测定：
测定装置：
测定方法
每隔一定的时间连续测定滤出液量V，并作t/V~V的关系图，如右上图
已知：P=9.5×104N/m2：滤出液动力粘滞系数?=0.00112 N·s/m2 ;C=75 kg/m3 ,A=4.42×103m2
则计算可得：r=2.1×1011 m/kg
6．1．3污泥中的水分及其影响
污泥中的水分：
——游离水、毛细水、内部水和附着水
游离水(又称间隙水)：存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水份的70%左右，一般可借助中心或离心力分离：
毛细水：存在污泥颗粒间的毛细管中，约占20%，需要更大的外力；
内部水：存在于污泥颗粒内部(包括细胞内的水)
附着水：粘附于颗粒或细胞表面的水
——污泥处理方法的选择常取决于污泥的含水率和最终处理的方式
6．2污泥处理于处置方法的概述
6．2．1污泥的处理
污泥的最终出路主要是部分或全部利用或以某种再返回自然环境中去；
污泥的利用：主要是农业上的利用
污泥的最终处置方法：填埋、焚烧、海洋投放、地下投放等
——填埋：必要的前处理、稳定化处理；
——焚烧：大幅度减容、灭菌、尾气处理、运行费用贵；
——海洋投放：地下洞穴、废矿、深井中等
6．2．2污泥处置前的前处理
——浓缩、脱水、干化、稳定、调理(调节)，或消毒。
图：污泥处理与处置的基本流程
6．3污泥浓缩
——降低污泥含水率，减容、降低后处理费用的有效方法；
——浓缩的对象是70%的游离水；
——重力浓缩法，气浮浓缩法和离心浓缩法。
——在选择方法时，还应考虑污泥的来源、性质以及最终的处置方法等。
6．3．1重力浓缩法
间歇式污泥混缩池
二、连续式污泥浓缩池
6．3．2气浮浓缩法
——实用于密度接近于1、疏水的污泥，或易发生膨胀的污泥；
——压力溶气气浮
6．3．3离心浓缩法
——利用固、液有密度的不同，在高速旋转的离心机中具有不同的离心力而使二者分离；
——连续工作， HRT仅为3 min,出泥含固率可达4%以上
6．4污泥的调理
——加药调理法；
——在污泥中加入带有电荷的无机或有机调理剂，使污泥液体颗粒表面发生化学反应，中和颗粒表面的电荷，使水游离出来，同时使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体，降低污泥的比阻抗(或CST)；
——调理效果的好坏与调理剂种类、投加量以及环境因素等有关。
6．4．1调理剂
无机调理剂：
适用于真空过滤和板框压滤
最有效、最便宜的是铁盐：
FeCl3·6H2O,Fe2(SO4)·4H2OFeSO4·7H2O ，聚合硫酸铁(PFS)
铝盐：
Al2(SO4)2·18H2O、AlCl3、Al(OH)2·Cl ,聚合氯化铝(PAC)
铁盐常和石灰联用：在pH>12时，可提供Ca(OH)2絮凝体。
二、有机调理剂：
阳粒子型聚丙烯酰胺等
6．4．2调理剂投加量的确定
6．4．3调理效果的影响因素
污泥性质；
调理剂的品种；
投加量；
环境条件：水温，pH；
调理剂的投加顺序；
污泥与调理剂的混合；
6．5污泥的脱水与干化
——目的是除去污泥中的大量水分，缩小其体积，减轻其重量；
——经过脱水、干化处理，污泥含水量能从90%下降到60~80%，其体积为原来的1/10~1/5。
——自然干化多采用于干化床；
——机械脱水多采用板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机等。
6．5．1自然干化
——污泥干化床
图
——自然蒸发与渗透；——含水率可达65%；——适用于中小规模的废水处理厂
6．5．2机械脱水
——西欧国家经脱水处理的污泥占总量的69.3%，其中机械脱水占51.4%、自然干化16.9%、其它1%；
——主要的脱水机械有：转筒离心机、板框压滤机、压式压滤机、真空过滤机，分别占21.7%，15.8%，11.4%和2.5%。
真空过滤机
早期使用的连续机械脱水机械
二、板框压滤机
最早应用于污泥脱水的机械；间歇操作、基建投资大，过滤能力低；但其滤饼的含固率高、滤液清、药剂用量少
三、带压式压滤机
合成有机聚合物(高分子絮凝剂)发展的结果；连续工作、制造容易、操作管理简单、附属设备较少；但由于絮凝剂较贵，使得其运行费用较高
四.污泥离心机技术和转筒式离心机
利用离心机使污泥中的固、液分离；
离心力场可达到重力场的1000倍以上；
处理量大，基建和占地少，操作简单，自动化程度高；
可不投入或少投入化学调理剂；
动力费用较高，但愿运行成本降低。
——转筒式离心机
6．6污泥的消化稳定
——污泥稳定的目的主要是降低污泥中的有机物
6．6．1污泥的厌氧消化
6．6．2污泥的好氧稳定
对污泥中挥发性固体量的降低可接近于厌氧消化法；
供氧耗能大，运行费用高；
只适用于小规模的废水厂；
机理是内源呼吸：C5H7NO2→5CO2+NO3-+3H2O+H+
——只有约80%的细胞组织能被氧化，剩余的20%则是不少于生物降解高
空气好氧稳定，纯氧稳定
6．7污泥的干燥与焚化
——污泥的干燥是将脱水污泥通过处理，使污泥中的毛细水、吸附水和内部水得到大部分去除的方法，可以使污泥含水率从60~80%降低至10~30%左右；
——污泥焚化是将干燥的污泥中的吸附水和内部水以及有机物全部去除，使含水率降至零，污泥变成灰尘；
——二者使非常可靠二有效的污泥处理方法，但其设备投资和运行费用都很昂贵。各种干燥器和焚化炉的选择
6．8污泥的利用与最终处置
——90年，我国湿泥量约为500万m3 ；
——95年，我国湿泥量约为1000万m3 ；
——城市污泥利用与最终处置的可能途径；
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