氮源

氮是组成微生物细胞内蛋白质和核酸的重要元素，氮源可来自 N2、NH3、NO3‾等无机氮化物，也可来自蛋白质、氨基酸等有机含氮化合物

磷源

磷是合成核蛋白、卵磷脂及其他磷化合物的重要元素，磷是微生物代谢和物质转化过程中需求量较多的无机元素之一。

其他营养

微生物还需要硫、钠、钾、钙、镁、铁等元素作为营养。但需要量甚微，一般污水皆能满足需要。

对于生活污水，微生物对氮和磷的需求量可按BOD5：N：P＝100：5：1考虑，其具体数量还与污泥负荷和污泥龄有关

活性污泥是微生物群体“聚居”的絮凝体，溶解氧必须扩散到活性污泥絮凝体的内部深处

在曝气池内溶解氧也不宜过高，溶解氧过高，过量耗能，在经济上是不适宜的

若使曝气池内的微生物保持正常的生理活动，曝气池混合液的溶解氧浓度一般宜保持在不低于2mg/L的程度（以曝气池出口处为准）

活性污泥微生物最适宜的pH值范围是6.5～8.5。但活性污泥微生物经驯化后，对酸碱度的适应范围可进一步扩大。当污水（特别是工业废水）的pH值过高或过低时，应考虑设调节池，使污水的pH值调节到适宜范围后再进入曝气池。

pH值对微生物的生命活动的影响

引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收；

影响代谢过程中酶的活性；

改变生长环境中营养物质的可给性；

pH值的变化能改变有害物质的毒性；

高浓度的氢离子可导致菌体表面蛋白质和核酸水解而变性

微生物的最适温度是指在这一温度条件下，微生物的生理活动强劲、旺盛，表现在增殖方面则是裂殖速率快，世代时间短。大肠杆菌的最适温度段是37～40℃ 世代时间短。

活性污泥微生物多属嗜温菌，其适宜温度介于15～30℃之间。为安全计，一般认为活性污泥处理厂能运行的最高与最低的温度值分别在35℃和10℃。

有毒物质：对微生物有毒害作用或抑制作用的物质很多，如重金属、氰化物、H2S等无机物质；酚、醇、醛、染料等有机化合物。

毒性机理：重金属离子（铅、镉、铬、铁、铜、锌等）对微生物都产生毒害作用，它们能够和细胞的蛋白质相结合，而使其变性或沉淀。

酚类化合物对菌体细胞膜有损害作用，并能够促使菌体蛋白凝固。

酚的许多衍生物如对位、偏位、邻位甲酚、丙基酚、丁基酚都有很强的杀菌功能。

甲醛能够与蛋白质的氨基相结合，而使蛋白质变性。

微生物通过培养和驯化，有可能承受浓度更高的有毒物质，甚至培养驯化出以有毒物质作为营养的微生物

(1)   混合液中活性污泥微生物量的指标

(2)混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids），简写为 MLSS。

又称混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总量

即 MLSS＝ Ma＋ Me ＋ Mi+ Mii   不能精确地表示具有活性的活性污泥量，而表示的是活性污泥的相对值

混合液挥发性悬浮固体浓度（mixed liquor volatile suspended solids） 简写为 MLVSS

表示的是混合液中活性污泥有机性固体物质部分的浓度即： MLVSS＝Ma＋ Me ＋ Mi          

也不能ƒ = MLVSS/MLSS

精确地表示活性污泥微生物量，仍然是活性污泥量的相对值

ƒ = MLVSS/MLSSƒ值为0.75左右

活性污泥的沉降性能及其评价指标

正常的活性污泥在30min内即可完成絮凝沉淀和成层沉淀过程，

污泥沉降比（Settling Velocity）简写为 SV  30min沉降率以%表示

一定条件下能够反映曝气池运行过程的活性污泥量，可用以控制、调节剩余污泥的排放量，还能通过它及时地发现污泥膨胀等异常现象的发生。污泥沉降比的测定方法简单易行

污泥容积指数（sludge volume index）简写为 SVI

污泥指数。本项指标的物理意义是从曝气池出口处取出的混合液，经过30min静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占有的容积，以mL计。SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能，对生活污水及城市污水，此值以介于70～100之间为宜。

BOD污泥负荷率Ns

  F/M比值一般是以BOD污泥负荷率（又称BOD-SS负荷率）（Ns）表示的

kgBOD/（kgMLSS•d）QS/VX

意义：采用较高的BOD污泥负荷率，将加快有机物的降解速率与活性污泥增长速率，降低曝气池的容积，在经济上比较适宜，但处理水水质未必能够达到预定的要求。

   采用较低的BOD污泥负荷率，有机物的降解速率和活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加大，基建费用有所增高，但处理水的水质可提高。

BOD容积负荷率Nv=QS0/V  kgBOD/（m3曝气池•d）] 

污泥龄θc：曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量之比

VX/ ΔX在反应系统内，微生物从其生成到排出系统的平均停留时间，也就是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的时间

为了使反应器内保持具有高活性的活性污泥和恒定的生物量，每天都应从系统中排出相当于增长量的活性污泥量ΔX=QW Xr+(Q-QW)Xe

＝     Xe 值极低，可忽略不计

  ≈                             

污泥龄的意义：够说明活性污泥微生物的状况，世代时间长于污泥龄的微生物在曝气池内不可能繁衍成优势种属

污泥回流比 （R）是指从二沉池返回到曝气池的回流污泥量QR与污水流量Q之比，常用％表示。

曝气时间t（或平均水力停留时间 HRT）t=V/Q

应确定的主要参数

   Ns、MLVSS、MLSS、SVI、SV%、Y、Kd、污泥回流比

劳伦斯——麦卡蒂(Lawrence——Mc Carty)方程式

ρx



系统中微生物量的平衡式微生物流出量  =  流入量可以省略 +新生成的量     

  

例题

      处理水量为216000m3/d,经沉淀后的BOD5为250mg/L，处理后的出水BOD5为6.2mg/L，要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。

经研究确定下列条件：

①污水温度为20度

②衰减系数Kd=0.06d-1

④曝气池中的MLSS为3500mg/L

⑤设计的污泥龄为10d

⑦污水中含有足够的生化反应所需氮、磷和其它微量元素

⑧合成系数Y=0.5mg/mg

n      气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论，气液传质理论目前有：

双膜理论

浅层理论

表面更新理论                    

►    双膜理论：

►    气、液两相接触的界面两侧存在着处于层流状态的气膜和液膜，在其外侧则分别为气相主体和液相主体，两个主体均处于紊流状态。

►      气、液两相的主体不存在浓度差和传质阻力，气体分子传递过程中，阻力仅存在于气、液两层层流膜中。

►      在气膜中存在着氧的分压梯度，在液膜中存在着氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。

►      氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤。

►    氧传递过程的基本方程

曝气时推动氧分子通过液膜的动力是水中氧的饱和浓度Cs和实际浓度C的差

Cs决定于空气中氧的分压，所以最终起决定作用的推动力是氧分压，而C值由微生物的耗氧速率确定。的传递速率同气、液两相的界面面积成正比，由于其面积难于估算，所以把它的影响包括在传质系数内，故KLa叫总传质系数

为了提高dc/dt值，可从多方面考虑：

Ø      最重要的因素是增大曝气量来增大气液接触面积；

Ø      还可减小气泡尺度，改为微孔曝气更好；

Ø      增加曝气池深度来增大气液接触时间和面积，从而提高KLa值。

Ø      加强液相主体的紊流程度，降低液膜厚度，加速气、

液界面的更新

Ø      此外，还可提高气相中的氧分压，如采用纯氧曝气、避免水温过高等来提高Cs值。

鼓风曝气系统是由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于混合液中的扩散器组成

n      空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。

n          扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。根据分散气泡的大小，扩散器又可分成几种类型：

通常扩散器的气泡愈大，氧的传递速率愈低，然而它的优点是堵塞的可能性小，空气的净化要求也低，养护管理比较方便。

     微小气泡扩散器由于氧的传递速率高，反应时间短，曝气池的容积可以缩小。因而选择何种扩散器要因地制宜。

    扩散器一般布置在曝气池的一侧和池底

1）扩散板、扩散管、扩散盘

缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞

机械曝气装置

按传动轴的安装方向，机械曝气器分为竖轴（纵轴）和卧轴（横轴）两类。

n      竖轴式机械曝气装置----叶轮式

n      卧轴式机械曝气装置----曝气转刷

n      竖式曝气机 

n          当叶轮转动时，使曝气池表面产生水跃,把大量的混合液水滴和膜状水抛向空气中，然后挟带空气形成水气混合物回到曝气池中，由于气水接触界面大，从而使空气中的氧很快溶入水中。随着曝气机的不断转动，表面水层不断更新，氧气不断地溶人，同时池底含氧量小的混合液向上环流和表面充氧区发生交换，从而提高了整个曝气池混合液的溶解氧含量

卧式曝气刷 

转动时，钢丝或板条把大量液滴抛向空中，并使液面剧烈波动，促进氧的溶解；同时推动混合液在池内回流，促进溶解氧的扩散。

传统 活性污泥法又称普通活性污泥法

工艺特征：

★有机物在曝气池内吸附、降解的两个阶段全部完成。

★沿池长方向：

   活性污泥的增长速率  较快 ——   很慢或达到内源呼吸期的过程。

   有机物浓度 高  —— 低；

   需氧速度高 ——  低  

溶解氧浓度  低  —— 高

优点：

处理效果好，BOD5去除率可达90%以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；对污水的处理程度比较灵活，根据需要可适当调整。

存在的问题：

①进水有机物负荷不宜过高；

②耗氧速度与供氧速度沿池长难于吻合 。（在池前段可能出现供氧不足的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象；）

③曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；

④对进水水质、水量变化的适应性较低。

渐减曝气活性污泥法供氧量沿池长逐步递减，使其接近需氧量

阶段进水活性污泥法

(Step-feed activated sludge，简写SFAS

污水沿池长度分段注入曝气池，有机物负荷及需氧量得到均衡，一定程度地缩小了需氧量与供氧量之间的差距，有助于降低能耗，又能够比较充分地发挥活性污泥微生物的降解功能；污水分散均衡注入，提高了曝气池对水质、水量冲击负荷的适应能力。

吸附－再生活性污泥法

(Contact stabilization activated sludge，简写CSAS

主要特点是将活性污泥对有机物降解的两个过程——吸附与代谢稳定，分别在各自的反应器内进行

优点：缩小池面积

   对水质水量冲击负荷有一定的承受能力

缺点处理效果低于传统法；

  不宜处理溶解性有机物含量较高的污水。

完全混合活性污泥法

(Completely mixed activated sludge，简写CMAS)

在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并使其在曝气池中迅速混合

n       ①污水在曝气池内分布均匀，各部位的水质、微生物群体的组成和数量几乎一致，各部位有机物降解工况相同，通过对F/M值的调整，可将整个曝气池的工况控制在良好的状态。

n           ②池液里各个部分的需氧率比较均匀

优点由于进入曝气池的污水很快即被池内已存在的混合液所稀释和均化，原污水在水质、水量方面的变化，对活性污泥产生的影响将降到极小的程度，因此，这种工艺对冲击负荷有较强的适应能力，适用于处理工业废水，特别是浓度较高的有机废水

缺点：在曝气池混合液内，各部位的有机物浓度相同，活性污泥微生物质与量相同，在这种情况下，微生物对有机物降解的推动力低，由于这个原因活性污泥易于产生污泥膨胀。。

延时曝气活性污泥法

(Extended aeration activated sludge，简写EAAS)

优点：负荷低，曝气时间长（24h以上），活性污泥处于内源呼吸期，剩余污泥少且稳定，污泥不需要消化处理，工艺也不需要设初沉池。

缺点：曝气时间长，池容大，基建费和运行费用都较高，占用较大的土地面积等。

适用：处理对处理水质要求高而且又不宜采用污泥处理技术的小城镇污水和工业废水，处理水量不宜过大。

高负荷活性污泥法

（High-Rate Activated Sludge）

F/M负荷高，曝气时间短，处理效果较差，一般BOD5的去除率不超过70%～75%，因此，称之为不完全处理活性污泥法

适用于处理对处理水水质要求不高的污水。

8、纯氧曝气活性污泥法

(High-purity oxygen activated sludge，简写HPOAS)

空气中氧的含量仅为21%，而纯氧中的含氧量为90%～95%，纯氧氧分压比空气高4.4～4.7倍，用纯氧进行曝气能够提高氧向混合液中的传递能力。早在40年代就有人设想用氧气代替空气进行曝气，以提高曝气池内的生化反应速率
活性污泥法运行方式

BOD5-污 泥负荷率

NS （KgBOD5/

Kg MLVSS*d）



BOD5-容 积负荷率 NV

（KgBOD5/

Kgm3*d）



污泥龄

θc （d）



混合液悬浮固体浓度（mg/L）

污泥回流比 R (%)



曝气时间

t  (h)




MLSS

MLVSS


传统活性污泥法

0.2～0.4※

0.4～0.9※

5～15

1500～3000

1520～2500※

25～75※

4～8


阶段曝气活性污泥法

0.2～0.4※

0.4～1.2

5～15

2000～3500

1500～2500

25～95

3～5


吸附-再生活性污泥法

0.2～0.4※

0.9～1.8 ※

5～15

吸附池1000～3000

再生池4000～10000

吸附池

800～2400

再生池

3200～8000

50～100 ※

吸附池

0.5～1.0

再生池

3～6.0


延时曝气活性污泥法

0.05～0.1※

0.15～0.3※

20～30

3000～6000

2500～5000

50～100 ※

20～36～48





(1)氧化沟又称连续循环反应器（Continuous Loop Reactor），

池体狭长，池身较浅，曝气池一般呈封闭的环状沟渠形，污水和活性污泥的混合液在其中作不停的循环流动，水力停留时间长达10～40h。在曝气池的沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，取得曝气和搅拌两个作用。

是延时曝气法的一种特殊形式。

氧化沟兼有完全混合式和推流式的特点，氧化沟内的流态是完全混合式的，但是又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。

      在控制适宜的条件下，沟内同时具有好氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化反应，取得脱氮效果，同时使得活性污泥具有良好的沉降性能。

优点

氧化沟工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便。

可考虑不设初沉池

可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建（如交替工作氧化沟）

可省去污泥回流装置。



氧化沟的构造形式多样化、运行灵活。氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形、圆形或马蹄形

调节出水堰高度可改变氧化沟的水深，进而改变曝气装置的淹没深度，使其充氧量适应运行的需要，并可对水的流速起一定的调节作用。

氧化沟BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统类似，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；污泥龄一般可达15～30d。可以繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可以发生硝化反应。如设计、运行得当，氧化沟具有反硝化的效果

由于活性污泥在系统中的停留时间很长，排出的剩余污泥已趋于稳定，因此一般只需进行浓缩和脱水处理，可以省去污泥消化池

缺点：主要表现在占地及能耗方面。由于沟深的限制以及沟型方面的原因，使得氧化沟工艺的占地面积大于其它活性污泥法；另外，由于采用机械曝气，动力效率较低，〈转刷曝气器〉能耗也较高

常用的氧化沟系统：    

卡罗塞尔氧化沟系统在国外得到了广泛应用。规模大小不等，从200m3／d到650000m3／d，BOD去除率达95％～99％，脱氮效果可达90％以上

交替工作氧化沟系统有二沟（分为V-R型、D型）和三沟两种系统

奥贝尔(Orbal)型氧化沟系统 最主要特点是采用同心圆式的多沟串联系统

最外环〈容积最大，约为总容积的60％～70％，主要的生物氧化和脱氮过程在此完成〉

——依次进入下一层沟渠〈中沟为20％～30％〉，

——由位于中心的沟渠流出进入二次沉淀池〈内沟则仅占10％左右〉

2)AB法   吸附—生物降解(Adsorption—Biodegration)工艺

解决传统的二级生物处理系统，即“预处理—初沉池—曝气池—二沉池”存在的去除难降解有机物和脱氮除磷效率低及投资运行费用高等问题

A段与B段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，每段能够培育出适于本段污水水质的微生物种群

A段：特点：1.污水由排水系统经格栅和沉砂池直接进入A 段，该段为吸附段，负荷较高，泥龄短, 水力停留时间很短, 约为30min， 有利于增殖速度较快的微生物生长繁殖，

    2.而且在A段存活的只是抗冲击负荷能力强的原核细菌，其他微生物不能存活。废水经过A段处理后，BOD去除40％～70％，可生化性有所提高，有利于B段的工作；

     3.A段污泥产率较高，吸附能力强，重金属、难降解物质以及氮、磷等植物性营养物质等，都可能通过污泥的吸附作用得以去除

B段；1、 B段接受A段的处理水，以低负荷运行（污泥负荷一般为0.1～0.3 kgBOD5/kgMLSS•d ），出水水质较好。

   2、去除有机物是B段的主要净化功能。B段的污泥龄较长，氮在A段得到了部分的去除，BOD/N比值有所降低，因此，B段具有产生硝化反应的条件，有时也可将B段设计成A/O工艺。B段承受的负荷为总负荷的40％一70％，较传统活性污泥法处理系统，曝气池的容积可减少40％左右

3)SBR法间歇式活性污泥法〔或序批式〕活性污泥法（Sequencing Batch Reactor，简称SBR法。

在时间上进行各种目的的不同操作，集调节池、曝气池、沉淀池为一体, 不需设污泥回流系统

在流态上属完全混合，在有机物降解上，却是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的 

进水阶段(Fill)-反应阶段(React)-沉淀阶段(Stettle)-排水阶段(Draw)- 闲置阶段(Idle)

进水阶段很好的推流，推动力大。沉淀阶段属于静止沉淀，沉淀效果好。

排水阶段利用滗水器排水。

主要特点：采用集有机物降解与混合液沉淀于一体的反应器——间歇曝气池

★    与连续流式活性污泥法系统相比，不需要污泥回流及其设备和动力消耗，不设二次沉淀池。

★    工艺流程简单，基建与运行费用低；

★    生化反应推动力大，速率快、效率高，出水水质好；

★    通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱 氮和除磷；

★    耐冲击负荷能力较强，处理有毒或高浓度有机废水的能

   力强；

★    不易产生污泥膨胀现象，是防止污泥膨胀的最好工艺

活性污泥法系统运行中的一些重要问题

•        一、污泥膨胀现象〈污泥体积膨胀，上层澄清液减少〉

     正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50～150之间；

一般认为，SVI超过200，就算污泥膨胀