【環(huán)境課件】第三篇污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

第三篇污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

第七章活性污泥法

第一節(jié)廢水生物處理

一.概述

廢水生物處理是通過微生物的新陳代謝作用,將廢水中有機(jī)物的一部分轉(zhuǎn)

化為為微生物的細(xì)胞物質(zhì)，另一部分轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)（無機(jī)物或簡單

有機(jī)物）的方法。不論何種生物處理系統(tǒng)，都包括三各基本要素，即作用者.作

用對象和條件。

生物處理的主要作用者是微生物，特別是其中的細(xì)菌。根據(jù)生化反應(yīng)中氧氣的需求與否,

可把細(xì)菌分為好氧菌.兼性厭氧菌和厭氧菌。主要依賴好氧菌和兼性厭氧菌的生化作用來完

成處理過程的工藝，稱為好氧生物處理法；主要依賴厭氧菌和兼性厭氧菌的生化作用來完成

處理過程的工藝，稱為厭氧生物處理法。

再絕大多數(shù)情況下，生物處理的主要對象（即充作微生物營養(yǎng)基質(zhì)的化學(xué)

物質(zhì)）為可生化的有機(jī)物；進(jìn)在個別情況下，生物處理的主要對象可以是無機(jī)物

（如好氧條件下進(jìn)行的硝化處理對象是氨，厭氧條件下進(jìn)行的反硝化處理的對象

是硝酸鹽）。

生物處理需要提供眾多的環(huán)境條件，但從處理方法的分類角度看，最基本

的環(huán)境條件當(dāng)屬氧的存在或供應(yīng)與否。好氧生物處理必須充分供應(yīng)微生物生化反

應(yīng)所必需的溶解氧；而厭氧生物處理過程則必須隔絕與氧的接觸。由于受氧的傳

遞速度的限制，微生物進(jìn)行好氧生物處理時有機(jī)物濃度不能太高。所以有機(jī)固體

廢棄物.有機(jī)污泥.有機(jī)廢液及高濃度有機(jī)廢水的生物處理，自然是在厭氧條件

下完成的。

（-）好氧生物處理

在廢水好氧生物處理過程中，氧是有機(jī)物氧化時的最后氫受體，正是由于這

種氫的轉(zhuǎn)移，才使能量釋放出來,成為微生物生命活動和合成新細(xì)胞物質(zhì)的能源,

所以，必須不斷地供給足夠的溶解氧。

好氧生物處理時，一部分被微生物吸收的有機(jī)物氧化分解成簡單無機(jī)物（如

有機(jī)物中的碳被氧化成二氧化碳，氫與氧化合成水，氮被氧化成氨.亞硝酸鹽和

硝酸鹽，磷被氧化成磷酸鹽，硫被氧化成硫酸鹽等），同時釋放出能量，作為微

生物自身生命活動的能源。另一部分有機(jī)物則作為其生長繁殖所需要的構(gòu)造物

質(zhì)，合成新的原生質(zhì)。這種氧化分解和同化合成過程可以用下列生化反應(yīng)表示。

有機(jī)物的氧化分解（有氧呼吸）：

（7~1）

原生質(zhì)的同化合成（以氨為氮源）：

+[?x+-5|o+；4)/0

n(CxHyO^2>C5H7NO2+[nx-5)CO2(砂一

(7-2)

原生質(zhì)的氧化分解（內(nèi)源呼吸）：

C/7M?2+54—^5C4+2/0+NH3+能量

（7-3）

由此可以看出，當(dāng)廢水中營養(yǎng)物質(zhì)充足，即微生物既能獲得足夠的能量，又

能大量合成新的原生質(zhì)時，微生物就不斷增長；當(dāng)廢水中營養(yǎng)缺乏時，微生物只

能依靠分解細(xì)胞內(nèi)貯藏的物質(zhì)，甚至把原生質(zhì)也當(dāng)成營養(yǎng)物質(zhì)利用，以獲得生命

活動所需的最低限度的能量。這種情況下，微生物無論重量還是數(shù)量都是不斷減

少的。

在好氧處理過程中，有機(jī)物用于氧化與合成的比例，隨廢水中有機(jī)物性質(zhì)而

異。對于生活污水或與之相類似的工業(yè)廢水，BODs有50-60%轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞物

質(zhì)。好氧生物處理時，有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程如圖7T所示［顯萬

微生物增殖部分

有機(jī)物

能量+代謝產(chǎn)物

I(C(>J,HjO.N0yso/,P04'，NH3)等

II

余能糅放

隨水推走

圖7-1有機(jī)物的好氧分解過程

（二）厭氧生物處理有機(jī)物的厭氧分解過程分為兩個階段。在第i階

段中，發(fā)酵細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌）把存在于廢水中的復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成簡單有機(jī)物（如

有機(jī)酸，醇類等）和COz,NH：!,H2s等無機(jī)物。在第二階段中，首先由與甲烷菌

共生的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌將簡單有機(jī)物轉(zhuǎn)化成氫和乙酸：在由細(xì)菌將乙酸（以及甲

酸，甲酸和甲胺），C02和也轉(zhuǎn)化成CH』和C02等。厭氧分解過程可用圖7-2的

1呈示圖片］簡單圖示來說明。

原生質(zhì)

CO*CH廠能

CO2,NH3,H2S等

.產(chǎn)酸菌作用.卜甲烷菌作用

圖7-2有機(jī)物厭氧分解圖式

厭氧分解過程中，由于缺乏氧受體，因而對有機(jī)物分解不徹底，代謝產(chǎn)物

中包括眾多的簡單有機(jī)物。(三)好氧生物處理與厭氧生物處理的區(qū)別

(1)起作用的微生物群不同好氧生物處理是由一大類群好氧微生物一次完

成的，而厭氧生物處理是由兩大類群的厭氧微生物接替完成的。

3

(2)產(chǎn)物不同好氧生物處理中,有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成co2,H2O,NH3,PO4;SO/

等無機(jī)物，且基本無害。厭氧生物處理中，有機(jī)物依次被轉(zhuǎn)化為為數(shù)眾多的中間

有機(jī)物，以及C02,H2,HSNH3等，產(chǎn)物復(fù)雜，有異臭，一些氣態(tài)產(chǎn)物可作燃料。

(3)反應(yīng)速率不同好氧生物處理要求速率快，處理單位廢水所需處理設(shè)

備較小；厭氧生物處理反應(yīng)速率慢，處理單位廢水所需設(shè)備大。

(4)對環(huán)境條件要求不同好氧生物處理要求充分供氧，對其它環(huán)境條件

要求不太嚴(yán)格；厭氧生物處理要求絕對厭氧環(huán)境，對其它環(huán)境條件(如pH值，

溫度等)要求甚嚴(yán)。好氧生物處理和厭氧生物處理都能完成對有機(jī)污染物

的穩(wěn)定化，但在實(shí)際中究竟采用哪種方法，視具體情況而定。?般廢水中有機(jī)物

濃度若底于1000mg/l,比較適于好氧生物處理；濃度更高時，可考慮采用厭氧生

物處理。

第二節(jié)活性污泥法基本原理

一、活性污泥與活性污泥法

有機(jī)廢水經(jīng)過一段時間的暴氣后，水中會產(chǎn)生一中以好氧菌為主體的茶褐

色絮凝體，其中含有大量的活性微生物，這種污泥絮體就是活性污泥?；钚晕勰?/p>

是以細(xì)菌，原生動物和后生動物所組成的活性微生物為主體，此外還有一些無機(jī)

物，未被微生物分解的有機(jī)物和微生物自身代謝的殘留物?；钚晕勰嘟Y(jié)構(gòu)疏松，

表面嫉恨大，對有機(jī)物有著強(qiáng)烈的吸附凝聚和氧化分解能力。在條件適當(dāng)?shù)臅r候,

活性污泥還具有良好的自身凝聚和沉降性能，大部分絮凝體在0.02-0.2mm范圍

內(nèi)。沖廢水處理角度來看，這些特點(diǎn)都是十分可貴的。

活性污泥法就是以含于廢水中的有機(jī)污染物為培養(yǎng)基，在有溶解氧的條件下，連續(xù)地培

養(yǎng)活性污泥，在利用其吸附凝聚和氧化分解作用凈化廢水中有機(jī)污染物。普通活性污泥法處

理系統(tǒng)(圖7-3)［顯示圖片〕由以下幾部分組成：

空氣

圖7-3普通活性污泥法處理系統(tǒng)

(1)暴氣池在池中使廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)與活性污泥充分接觸，并吸附

和氧化分解有機(jī)污染物質(zhì)。

(2)暴氣系統(tǒng)暴氣系統(tǒng)供給暴氣池生物反應(yīng)所必須的氧氣，并混合攪拌作

用。

(3)二次沉淀池二次沉淀池用以分離暴氣池出水中的活性污泥，它是相對

初沉淀言的，初沉淀設(shè)于暴氣池之前，用以去除廢水中的粗大的原生懸浮物。懸

浮物少時可以不設(shè)。

(4)污泥回流系統(tǒng)這個系統(tǒng)把二次沉淀池中的一部分沉淀污泥再回流到暴

氣池，以供應(yīng)暴氣池賴以進(jìn)行生化反應(yīng)的微生物。

(5)剩余污泥排放系統(tǒng)暴氣池內(nèi)污泥不斷增殖，增殖的污泥作為剩余污泥

從剩余污泥排放系統(tǒng)中排出。

活性污泥法凈化廢水的能力強(qiáng)，效率高，占地面積小，臭味輕微，當(dāng)產(chǎn)生

剩余污泥量大，對水質(zhì)水量的變化比較敏感，緩沖能力強(qiáng)。

二、活性污泥增長特點(diǎn)與凈化作用

活性污泥中復(fù)雜的微生物與廢水中的有機(jī)營養(yǎng)物形成了復(fù)雜的食物鏈。盡

管如此，活性污泥的增長曲線仍與純種細(xì)菌增長曲線頗為相似（見圖7-4）

時間

圖7-4污泥增長曲線

廢水中的有機(jī)物（即食物）和活性污泥（即微生物）的比值控制得當(dāng)時，

活性污泥量的變化經(jīng)歷對數(shù)增殖，增值衰減和內(nèi)源呼吸三個階段。在未充分適應(yīng)

基質(zhì)條件時，開始還會經(jīng)歷一個遲緩期。對數(shù)增長階段是有機(jī)物按最大速率降解

階段，其特點(diǎn)是：微生物的營養(yǎng)豐富，活性強(qiáng)，污泥增長不受營養(yǎng)條件的限制；

但此時凝聚性能差，分離效果不好，因而處理效果差。這種情況出現(xiàn)在高負(fù)荷活

性污泥系統(tǒng)。增殖衰減階段是由于營養(yǎng)條件限制了活性污泥的增長，因而增長速

率下降。這種情況下，污泥的凝聚沉降性能較好。內(nèi)源呼吸階段由于營養(yǎng)缺乏，

微生物開始新陳代謝自身原生質(zhì)。廢水生物處理中，主要運(yùn)行范圍在增殖衰減階

段，如果要得到高度穩(wěn)定的出水，也可利用內(nèi)源呼吸階段

o活性污泥凈化廢水的作用是由吸附和氧化兩個階段完成的，在廢水處理

中，要使活性污泥保持良好狀態(tài)，吸附凝聚和氧化兩個分解應(yīng)保持適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

只要條件適當(dāng)，活性污泥在與廢水初期接觸的20?30MIN內(nèi)，就可以去除75%以

上的B0D,這種現(xiàn)象稱為活性污泥的初期吸附或生物吸附。初期吸附的基本原因，

在于活性污泥具有巨大的表面積（2000、10000m2/m3），且其表面具有多糖類粘液

層。如果廢水中懸浮的活膠體的有機(jī)物多，則這種初期吸附去除比率就大。此外,

還與污泥的狀態(tài)有關(guān)：如果吸附與氧化分解失去適當(dāng)?shù)钠胶猓降挠袡C(jī)物未

氧化分解完全，則初期吸附量?。蝗绻接谖勰嗌系挠袡C(jī)物新陳代謝徹底，

則二次吸附時的吸附量就大。但若回流污泥經(jīng)歷了長時間的暴氣，使微生物進(jìn)入

了內(nèi)源呼吸期，活性降低，則再吸附能力也降低，亦即初期吸附量也就低。

活性污泥的作用主要是氧化分解在吸附階段吸附的有機(jī)物，同時也繼續(xù)吸

附殘余物質(zhì)。氧化分解作用相當(dāng)慢，所需時間比吸附時間長的多，可見暴氣池的

大部分容積實(shí)在進(jìn)行有機(jī)物的氧化和微生物的合成。

當(dāng)有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣充足時，活性污泥以合成為主。在新細(xì)胞合成的同

時，還進(jìn)行著部分老細(xì)胞物質(zhì)的氧化分解。在有機(jī)營養(yǎng)缺乏時，這種自身分解則

成為主要的獲能方式，生物處理的內(nèi)源呼吸也就是指的這種情況。

活性污泥吸附基質(zhì)，代謝，自身繁殖以及消耗水中溶解氧的關(guān)系見圖

7-5［顯示圖片］（圖中適應(yīng)期未畫出）。對數(shù)增長期由于營養(yǎng)充分，污泥以最

大的速度分解有機(jī)物，使耗氧速度不斷增加。隨著基質(zhì)的被攝取與分解，進(jìn)入了

增殖衰減期，此時的總耗氧速度也下降。在內(nèi)源呼吸期內(nèi)，氧的消耗僅用于分解

細(xì)胞自身，所以總消耗速度非常低，但維持時間長。

圖7-5有機(jī)物、活性污泥微生物及耗氧關(guān)系

圖7-5還注明了幾種主要活性污泥法的適應(yīng)范圍。經(jīng)過活性污泥微生物的

分解作用，雖使一部分有機(jī)物無機(jī)化了，但是轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)的有機(jī)物僅僅是改

變了存在狀態(tài)，就凈化廢水的意義來講，問題并未完結(jié)，只有將其與水分離，才

算達(dá)到凈化的目的。

菌類一般略大于膠體顆粒，仍然以穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)分散在水中，難以沉淀

分離，只有在其變成絮凝體以后，進(jìn)行有效的分離才有可能。

活性污泥中的菌膠團(tuán)以及常見的產(chǎn)堿桿菌，無色桿菌，黃桿菌，假單胞菌

等，都是易形成絮凝體的。但是在營養(yǎng)水平高的條件下，由于細(xì)菌活力強(qiáng)，難以

結(jié)合成絮凝體。只有在營養(yǎng)相對不足和能量水平較低的情況下，細(xì)菌活力低，運(yùn)

動能力弱，彼此才易結(jié)合成絮凝體。在活性污泥混合液中，如果營養(yǎng)與污泥之間

的比值（常用F/M表示）高，微生物處于對數(shù)增長期，能量水平高，污泥凝聚性

能差；反之，營養(yǎng)與污泥微生物比值低，致使微生物增長處于增長率下降段或其

后期，此時由于能量水平低，故易于凝聚。普通活性污泥法的暴氣池的末段即呈

現(xiàn)后一狀態(tài)。

三、活性污泥的性能指標(biāo)

活性污泥的性能決定著凈化結(jié)果的好壞。在吸附階段要求污泥顆粒松散，表

面積大，易于吸附有機(jī)物，在泥水分離階段，則希望污泥有好的凝聚與沉降性能。

反映活性污泥性能的指標(biāo)有混合液懸浮固體濃度，污泥沉降比，污泥體積指數(shù)和

密度指數(shù)。

（）混合液懸浮固體（MLSS）

混合液懸浮固體是指暴氣池中廢水和活性污泥的混合液體的懸浮固體濃

度。工程上往往以MLSS作為間接計量活性污泥微生物的指標(biāo)。

混合液懸浮固體中的有機(jī)物量稱為混合液體揮發(fā)性懸浮固體（MLSS）,用

它表示活性污泥微生物量比用MLSS更為切合實(shí)際。對一定的廢水而言，MLSS與

MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值為0.7左右。

（二）污泥沉降比（SV）

污泥沉降比是指暴氣池混和液在100ML量筒中，靜置沉降30MIN后，沉降

污泥與混合液的體積比（%）。正常污泥在靜置30MIN后，一般可達(dá)到它的最大

密度，所以沉降比可以反映暴氣池正常運(yùn)行的污泥數(shù)量，可以用于控制剩余污泥

的排放，還反映出污泥膨脹等異常情況。由于SV測定簡單，便于說明問題，所

以是評定活性污泥特性的重要指標(biāo)之一。一般城市污水的SV值在15~30%左右，

污泥沉降比超過正常范圍，則要分析原因。若是污泥濃度過大，則要排除部分污

泥；若是污泥凝聚沉降性差，則要結(jié)合污泥指數(shù)情況，查明情況采取措施。

（三）污泥指數(shù)

（1）污泥體積指數(shù)（SVI）曝氣池出口處的混合液在靜置30MIN后，每

克是懸浮固體所占的體積（ML）稱為污泥體積指數(shù)（SVI）,其值按下式計算：

SV1=----；—\mLlg）

X

（7-4）

例如：某暴氣池污泥沉降比SV=30%,混合液懸浮固體濃度為X=3000MG/L,

則沏==

3000

（2）污泥密度指數(shù)（SDI）曝氣池混合液在靜置30MIN后，含于100ML

沉降污泥中的活性污泥懸浮固體的克數(shù)，稱為污泥密度指數(shù)（SDI）,它和SVI

的關(guān)系為：

X_100

SD1

100S，一麗

（7-5）

前例中的SDI=3000/l00*30=1

污泥指數(shù)也是表示活性污泥的凝聚沉降和濃縮性能的指標(biāo)。SVI低時，沉

降性能好，但吸附性能差。SVI高時，沉降性能不好，及時有良好的吸附性能,

也不能很好的控制泥水分離，一般認(rèn)為：

SVI<100污泥的沉降性能好

100<SVI（200污泥的沉降性能一般

SVI）200污泥的沉降性能不好

正常情況下，城市污水SVI值在50?150之間。SVI大小與水質(zhì)有關(guān)。當(dāng)

工業(yè)廢水中溶解性有機(jī)物含量高時，正常的SVI值偏高，而當(dāng)無機(jī)物含量高時，

正常的SVI值可能偏低。影響SVI值的因素還有溫度，污泥負(fù)荷等。

從微生物組成方面看，活性污泥中固著型纖毛類原生動物（如鐘蟲，蓋纖

蟲等）和均膠團(tuán)占優(yōu)勢時，吸附氧能力較強(qiáng)，出水有機(jī)物濃度較低，污泥比較

容易凝聚。

四、影響活性污泥性能的環(huán)境因素

（一）溶解氧

供養(yǎng)是活性污泥法高效運(yùn)行的重要條件，供氧多少一般用混合液溶解氧的

濃度控制。一般說，溶解氧濃度以不低于2mg/L為宜。

（二）水溫

好氧生物處理時，溫度多維持在15?25攝氏度的廢水原有溫度范圍內(nèi)，溫

度再高時，氣味明顯，而低溫會降低BOD的去除速率。

（三）營養(yǎng)料

各種微生物體內(nèi)含的元素和需要的營養(yǎng)元素大體一致。細(xì)菌的化學(xué)組成實(shí)

驗(yàn)式為CsHQN,霉菌為CJLOs原生動物為GH1Q3N,所以在培養(yǎng)微生物時，可按

菌體的主要成分比例供給營養(yǎng)。微生物賴以生活的主要外界營養(yǎng)為碳和氮，通常

稱為碳源和氮源。此外，還需要微量的鉀，鎂，鐵，維生素等。

碳源一異氧型微生物利用有機(jī)碳源，自氧菌利用無機(jī)碳源。

氮源一無機(jī)氮(NH：,及NH；)和有機(jī)氮(尿素，氨基酸，蛋白質(zhì)等)。

許多學(xué)者研究了廢水處理中微生物對基質(zhì)(BOD)與磷，氮的要求，得出了

有參考價值的比例關(guān)系(表7T),可作為生物處理中的重要的控制條件之一。

表7-1營養(yǎng)物的比例

研究者BOD:N:P

Sawyer100:4.3:1

Simpson90:5.3:1

Mckinney80:5.0:1

Eekenfelder100:5.0:1

一般地說，廢水中的BODs最少應(yīng)不低于100mg/L。但BOD5濃度也不應(yīng)太高，

否則，氧化分解時會消耗過多的溶解氧，一旦耗氧速度超過溶氧速度，就會出現(xiàn)

厭氧狀態(tài)，使好氧過程破壞。好氧生物處理中BODs最大為500?1OOOMG/L,具體

視充氧能力而定。

生活污水與之性質(zhì)相近的有機(jī)工業(yè)廢水中，含有上述各種營養(yǎng)物質(zhì)，但許多

工業(yè)廢水中往往缺乏氮源和磷，鉀等無機(jī)鹽，故在進(jìn)行生物處理時，必須補(bǔ)充氮,

磷，鉀。投加方法有二：其一是與營養(yǎng)豐富的生活污水混合處理；其二是投加化

學(xué)藥劑，如硫酸鍍，硝酸鍍，尿素，磷酸氫二鈉等。投加比例多采用BOD5：N：

P=100：5：1,根據(jù)不同情況，氮變化于4?7之間，磷變化于0.5?2之間。

(四)有毒物質(zhì)

主要毒物有重金屬離子(如鋅，銅，銀，鉛，銘等)和一些非金屬化合物

(如酚，醛，氟化物，硫化物等)。油類物質(zhì)亦應(yīng)加以限制。

五、BOD負(fù)荷與污泥平均停留時間

(―)BOD負(fù)荷

BOD負(fù)荷有污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷兩種不同的表示方法：

(1)污泥負(fù)荷Ls指單位重量活性污泥在單位時間內(nèi)所承受的有機(jī)物染物

量，單位是kg(BOD5)/kg(MLSS)?d；

(2)容積負(fù)荷L、，指單位暴氣池有效容積在單位時間內(nèi)所承受的有機(jī)污染

物量，單位是kg(BOD5)/M??D；Ls和T及其相互關(guān)系式如下:

1_Q邕

sVX

(7-6)

(7-7)

L=KS；

(7-8)

式中So—暴氣池入流廢水的BOD$濃度(kg/M')；

V—暴氣區(qū)容積(M:i)

X—暴氣池MLSS濃度(kg/MD

Q—廢水流量(M：'/d)。

污泥負(fù)荷也叫F/M比，F(xiàn)為營養(yǎng)料，M為微生物量。實(shí)踐證明，它是影響活

性污泥增長速率，有機(jī)物去除速率，氧的利用速率以及污泥吸附凝聚性能的重要

因素。在F/M大于等于2.2時，活性污泥微生物處于對數(shù)增長期，有機(jī)物能以最

大的速率去除，但污泥呈分散狀而不宜凝聚沉降。通常希望暴氣池活性污泥處于

減速增長期，以營養(yǎng)控制污泥增長，這時，細(xì)菌會因活力小而結(jié)合成絮狀物。當(dāng)

暴氣池中營養(yǎng)物質(zhì)兒乎耗盡，F(xiàn)/M值很小，并維持一常數(shù)值時，即進(jìn)入內(nèi)源呼吸

期。此時微生物明顯代謝自身細(xì)胞物質(zhì)，會在維持生命過程中逐漸死亡；同樣由

于活力甚低，形成絮凝體的速率劇增，加之溶解氧水平高，原生動物大量吞食細(xì)

菌，故可得到澄清的處理水。

可見，欲得良好的處理結(jié)果，就應(yīng)很好地控制BOD負(fù)荷。在完全混合暴氣

池中，Ls與去除率及處理水濃度S.的關(guān)系為：

??士?沁—(7-9)

式中t—暴氣時間。

在t和廠一定時，可根據(jù)要求的S。和適宜的X求得B0D負(fù)荷。

根據(jù)統(tǒng)計資料，在處理生活污水的推流式暴氣池內(nèi)，Ls和Se之間存在以下

關(guān)系：

4=陽

(7-10)

式中K=0.01295,n=l.1918,但當(dāng)采用活性污泥法處理特殊有機(jī)污水時，應(yīng)首先

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定Ls與Se之間的關(guān)系。

BOD-SS負(fù)荷在1.2~0.5kg/kg?d范圍內(nèi)時,SVI控制在100左右比較合適。

在曝氣系統(tǒng)運(yùn)行中，有時會出現(xiàn)污泥指數(shù)增高和污泥膨脹的現(xiàn)象，其原因雖然很

多，但主要污泥負(fù)荷有關(guān)，處理工業(yè)廢水時，還與水質(zhì)特性有關(guān)。奧福特(Orford)

認(rèn)為，當(dāng)BOD-SS負(fù)荷在0.17?。07kg/kg?d范圍時,Ls與SVI的關(guān)系為:

SV1=353/嫡

(7-11)

(二)污泥平均停留時間(ts)

污泥平均停留時間可用下式表示：

VX

(7-12)

式中Q,一剩余污泥排除量(m3/d)

X?！獌艋奈勰酀舛?mg/L)

Xr——回流污泥濃度(mg/L)o由于X。很小，所以：

VX

￡$=-----

(7-13)

由上式知，l/t,=u(u為活性污泥微生物比增殖速度)，說明污泥平均停留時間

和增殖的關(guān)系密切，用L控制剩余污泥量，已是一種重要方法，它有助于說明

污泥微生物的組成：世代期長的微生物在系統(tǒng)中將被逐漸淘汰，所以要達(dá)到預(yù)期

效果，必須使L值適當(dāng)，使活性污泥中凈化微生物得到充分的增殖。仁長，吸附

的有機(jī)物被氧化掉的多，需氧量就大，增加的污泥量就少；反之，吸附的有機(jī)物

被氧化的量就少，一部分來不及氧化的有機(jī)物就作為剩余污泥排除系統(tǒng)，需要的

氧量相應(yīng)就少些。延時曝氣法的t,長，增加污泥量少，需氧量比普通法大一倍

左右。

第三節(jié)活性污泥降解有機(jī)物的規(guī)律

污泥對有機(jī)物的轉(zhuǎn)化過程，也就是生物代謝過程，它包括微生物細(xì)胞物質(zhì)的合成

(活性污泥的增長)、有機(jī)物的氧化分解(包括部分細(xì)胞物質(zhì)的分解)、以及溶解氧

的消耗等。所以基質(zhì)BOD濃度與其去除速度、污泥的增殖與BOD去除速度、耗氧

速度與BOD去除速度之間的關(guān)系，是研究凈化理論的核心。

一、基質(zhì)濃度與其去除速度的關(guān)系

單位污泥降解有機(jī)物的速度(V),根據(jù)Michaelis—Menten酶反應(yīng)關(guān)系；可

用下式表示：

1dSKS

V-?X，---------------

XdtK,+S

(7-14)

式中X一身身表示的活性污泥濃度，mg/L；

S一以BOD表示的基質(zhì)濃度，mg/L；

K一最大反應(yīng)速度常數(shù)；

限一常數(shù)，其值等于基質(zhì)去除速度為最大值的一半時的基質(zhì)濃度。

由此可知，基質(zhì)濃度很高時(S>>KJ,基質(zhì)去除速度和其濃度無關(guān)，即丫=七

達(dá)到最大值。當(dāng)基質(zhì)濃度很低(S〈〈KJ時，基質(zhì)去除速度為一級反應(yīng)，圖

7—6［顯示圖片］反映了基質(zhì)降解速度與其濃度的關(guān)系。從圖中看出，污泥濃度

越小，對應(yīng)的(越小，則1/K,越大，直線斜率也越大，即去除速度大，因而將

1/K,視為污泥與基質(zhì)結(jié)合的親合力。

式(7T4)可變換為:與之全的直線求，按各時刻基質(zhì)平衡濃度S和單位活

性污泥反應(yīng)速度v的一豪列實(shí)展數(shù)據(jù)，用圖解法求得K和KSo

Ecltenfelder等人則將基質(zhì)降解按高濃度相與低濃度相分別予以表示。在

高濃度下，BOD/VSS達(dá)2以上，活性污泥增長速度與殘存基質(zhì)濃度無關(guān)，僅與活

性污泥濃度呈一級反應(yīng)：

(7—15)

式中X—t時刻的污泥濃度，X=X0+aSr,X。為t=0時的活性污泥微生物濃度,

a為去除每千克BODs所產(chǎn)生的污泥量(kg)；%為去除的B0S5(kg),凡為高基質(zhì)濃

度時的污泥增長常數(shù)。積分式(7—15),并代入X與X。的關(guān)系，得：

”-包=1-建戶

(7—16)

由式(7—16)看出，在基質(zhì)濃度高的時候，BOD$去除濃度出和殘余濃度S并

無關(guān)系。在活性污泥法中，由于高基質(zhì)濃度時污泥絮體分散，所以這種情況僅用

于預(yù)處理，使其濃度降低。

在低基質(zhì)濃度(S°V300mg/L)下，BOD去除速度與殘余濃度呈一級反應(yīng)關(guān)系，

考慮到污泥濃度X的影響，則有：

(7—17)

式中心一低基質(zhì)BOD濃度時速度常數(shù)，約為(2.62~5.49)X10'h'?mg1-L,

代入關(guān)系式So=S+S1，得：

(7—18)

由此看出，基質(zhì)濃度低時，在X、t一定的情況下，BOD去除濃度與殘余BOD濃

度S成比例。

對式(7T4)討論看出，一相理論引入適當(dāng)條件，則和Eckenfelder等的理

論是一致的。

二、活性污泥的增長與B0D去除的關(guān)系

活性污泥法處理過程中，微生物量的增加是同化合成和內(nèi)源分解兩種作用的

共同結(jié)果。活性污泥的增長和BOD去除之間的動力學(xué)關(guān)系為：

?=1_2=1一產(chǎn)

So

(7—19)

TJ=1-蘭=1-產(chǎn)內(nèi)

$0

(7—20)

式中dX/dt一活性污泥增殖速度，即單位時間內(nèi)單位體積中所增殖的以VSS

計的微生物量，kg/m3-d；

a—產(chǎn)率系數(shù)，即平均去除單位重量的BOD所增殖的微生物量，kg/kg；

dSr/dt—活性污泥去除BOD速度，kg/m3?d；

b—活性污泥自身分解系數(shù)，d';

X一活性污泥濃度，kg/m3；

A￥一活性污泥比增殖速度，kg/kg?d,常以表示。

由以上兩式可知，污泥增殖是微生物去除基質(zhì)BOD的必然結(jié)果。增殖速度與

營養(yǎng)的豐富程度有關(guān)。確定污泥增殖量對控制曝氣池的污泥量以及確定污泥處理

設(shè)施是極為重要的。

由式(7—19)可以得出曝氣池每日污泥增量3為：

產(chǎn)1-江=1-屋5

S。

(7—21)

式中Q一處理廢水量，m7d；

V—曝氣池容積，m3o

a與b由下式通過試驗(yàn)求得：

心安“產(chǎn)

品

(7-22)

式中M7FT一污泥微生物平均停留時間上的倒數(shù)，即1/Q

以去除的基質(zhì)為基準(zhǔn)的污泥負(fù)荷。

以a/Q%為橫坐標(biāo)，何為縱坐標(biāo)，可用圖解法求得a和b。

一些廢水的a和b值見表7—20

表7-2不同廢水的污泥產(chǎn)率系數(shù)⑶與自身分解系數(shù)(b)

廢水a(chǎn)b

家庭污水0.730.075

石油精制0.49?0.620.1?0.16

化學(xué)、石油化學(xué)0.31-0.720.05?0.08

釀造0.560.10

制藥0.72?0.77

牛皮紙漿0.500.08

此外，有機(jī)負(fù)荷、基質(zhì)濃度、曝氣時間、處理水溫度等，對污泥增長也有

影響。在冬季水溫低時，雖然污泥轉(zhuǎn)換率低，但由于b非常小，所以污泥量可能

還會有增加。

實(shí)際曝氣池的污泥增加量，比上述計算值要大。這是因?yàn)槌鼴0D轉(zhuǎn)換而增加

的污泥量外。其它懸浮固體被吸附后，也構(gòu)成了增殖污泥的一部分。如果廢水中

諸如無機(jī)物、纖維等無活性的SS具有相當(dāng)比例，則比較接近實(shí)際的計算應(yīng)考慮

上述兩方面的因素。有的學(xué)者認(rèn)為采用兩者之和偏大，采用前者加后者的平均值,

比較切合實(shí)際。

三、輕氯速度與基質(zhì)量B0D去除的關(guān)系

被去除的B0D中，一部分被氧化分解以取得能量，另一部分被轉(zhuǎn)化為新的原

生質(zhì)和貯藏物質(zhì)。前者消耗溶解氧，后者在內(nèi)源呼吸時也消耗溶解氧，由此可得

曝氣池需氧量R0(kg/d):

r7—1---f-=1—e”

(7—23)

式中二,一平均轉(zhuǎn)化1kg的B0D的需氧量，kg/kg；

丁一微生物(以VSS計)自身氧化的需氧量，kg/kg?do

式(7—23)可變?yōu)?

-q

品

(7—24)

"1一立=1一「內(nèi)

品

(7—25)

式中收f%一氧的比耗速度，即每公斤活性污泥(以VSS計)平均每天的耗

氧量,kg/kg?d,常用K,.表示;

&/。與一比需氧量，即去除1kg的B0D的需氧量，kg/kgo

根據(jù)式(7—24)和(7—25),可用圖解法求得i>F。圖7—7［重示圖片］

是城市污水的二值。表7—3列出了一些廢水的二和亍一值。

當(dāng)廢水進(jìn)行包括硝化在內(nèi)的完全氧化處理時，氨變成硝酸尚需氧。故曝氣

池需氧量

1-新=1

(7—26)

式中N「一被轉(zhuǎn)化的氨氮量(kg/d)。4.6為1公斤氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽所需氧量

(kg)o

四、凈化理論在活性污泥按中的應(yīng)用

根據(jù)廢水流人曝氣池的方式和曝氣池內(nèi)回流污泥與廢水的流動混合方式，曝

氣池可分為推流式曝氣池和完全混合式曝氣池。

在連續(xù)的完全混合式活性污泥法系統(tǒng)中，曝氣池內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)，出水中的

基質(zhì)濃度以Se表示，則由式(7T7)得：

表7-3幾種廢水的丁、.,‘值

廢水名稱J'J=

0.750.160

石油化工廢水

0.56

含酚廢水

0.560.142

合成纖維廢水

0.5~0.60.065

漂染廢水

0.500.12

煉油廢水

0.44

釀造廢水

0.350.354

制藥廢水

0.400.185

亞硫酸漿廢水

0.380.092

制漿造紙廢水

0.12-0.530.188-0.110

7=1一丁=1-2㈤

(7-27)

(7-28)

由于S產(chǎn)S「Se,故BOD去除率可為

(7-29)

由于曝氣池內(nèi)的吸附時間甚短，此時間內(nèi)污泥的增殖和BOD的流出可略而不

計，以活性污泥氧化能力（BOD去除）為基準(zhǔn)的污泥負(fù)荷率L和容積負(fù)荷率L,

為

好1-包=1-e-3

(7-30)

1Sd1_京滔

r7=1--=1-e廣

(7-31)

K,值可通過實(shí)驗(yàn)取得幾組（S「S.）/Xt與S”值后，用圖解法求得。

在推流式曝氣池內(nèi)，BOD去除率按下式計算，S/S。值可由式（7T7）積分而得:

-九=1-屋3

(7-32)

第五節(jié)曝氣原理與曝氣池構(gòu)造

一、曝氣的作用與方法

在活性污泥法系統(tǒng)中，曝氣的作用是向液相供給溶解氧，并起攪拌和混合作用。根據(jù)活

性污泥法的基本理論，向廢水供給溶解氧更有效地接觸。

通常采用的曝氣方法有鼓風(fēng)曝氣，機(jī)械曝氣以及二者聯(lián)合使用的混合曝氣，

某些情況下也采用射流曝氣。鼓風(fēng)曝氣是將壓縮空氣通過管道系統(tǒng)送入池內(nèi)的散

熱設(shè)備，以氣泡形式分散進(jìn)入混合液。機(jī)械曝氣則利用裝設(shè)在曝氣池內(nèi)的葉輪的

轉(zhuǎn)動，劇烈地攪動水面，使液體循環(huán)流動，不斷更新液面并產(chǎn)生劇烈水躍，從而

使空氣中的氧與水滴或水氣的界面充分接觸，轉(zhuǎn)入液相中去。射流曝氣則是利用

水射流泵將空氣吸入，使空氣與水充分混合并溶解的曝氣方式。鼓風(fēng)曝氣設(shè)備

的關(guān)鍵部件是浸于混合液中的擴(kuò)散器。根據(jù)分散氣泡的大小，擴(kuò)散器又可分成：

(1)小氣泡擴(kuò)散器它包括有微孔材料(陶瓷，砂粒，塑料)制成的擴(kuò)

散板和擴(kuò)散管等，其特點(diǎn)是氣泡小(直徑在1.5mm以下)，氧利用率高(在11%

左右)，但阻力大，易阻塞；

(2)中氣泡擴(kuò)散器常用穿孔管，它的孔直徑為2?3mm,孔眼氣體流速不

小于10m/s,以防堵塞，其特點(diǎn)是氧利用率低，但空氣壓力損失較??；

(3)大氣泡擴(kuò)散器常用的是曝氣豎管，直徑為15mm左右，底口敞開，

其特點(diǎn)是氣泡大(直徑3mm以上)，分布不勻，氧利用率低，不易堵塞；

(4)微氣泡擴(kuò)散器它常稱為射流曝氣器，氣泡直徑在lOOwn左右，射流

曝氣器通過混合液的高速射流，將鼓風(fēng)機(jī)引入的空氣切割粉碎為微細(xì)氣泡，與混

合液充分接觸混合，促

擴(kuò)散板

工作液

圖7-17幾種擴(kuò)散器簡圖

(a)擴(kuò)散板曝氣；(b)穿孔管曝氣；(c)豎管曝氣；(d)射流曝上

進(jìn)氧的傳遞。圖7-171顯示圖片1是兒種擴(kuò)散器的簡圖。

鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)采用氧吸收率(E.0來比較設(shè)備效率，其意義用下式表示:

吸收氧量

%=xlOO%

供氧量

(7-35)

為便于比較各種鼓風(fēng)曝氣擴(kuò)散器(除射流曝氣器)，將其裝于水深1m處,

以虧氧量lmg/L時的琮值作為互相比較的指標(biāo)。琢值愈高，曝氣裝置效率愈高。

表7-5列有各種鼓風(fēng)曝氣擴(kuò)散器的性能資料。

表7-5鼓風(fēng)曝氣設(shè)備性能資料

氣泡大小(mm)氧傳遞率(mg/Lh)氧吸收率(%)動力效率(kg/kWh)

小氣泡(<1.5)40.601.6.2.6

11J2

中氣泡(1.5」.3)20.301.0J.6

627.9

大氣泡(>3)10.200.6J.2

627.1

微氣泡(<0.1)40J20122.4

衡量曝氣設(shè)備性能的指標(biāo)還有氧傳遞速率和充氧效率。氧傳遞速率的單位

為mg(O2)/L-h,充氧動力效率是指消耗IkWh動力傳遞到水中的氧量。

機(jī)械曝氣設(shè)備有泵型輪，倒傘型葉輪，平板型葉輪和臥式曝氣轉(zhuǎn)刷。曝氣

葉輪一般裝于水下，淹沒深度為10?100mm,可調(diào)節(jié)。淹沒深度大時，提升水量

大。葉輪轉(zhuǎn)速一般為20~100r/mino臥式曝氣轉(zhuǎn)刷淹沒深度為直徑的1/3?1/4,

轉(zhuǎn)速在70?120r/min,轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)刷將大量液滴拋向空中，并使液面劇烈波動，促

進(jìn)氧的溶解。各機(jī)械曝氣設(shè)備見圖7-18［兄示圖片］

(a)泵形Cc)平板形

(d)臥式曝氣池

圖7-18機(jī)械曝氣器簡圖

泵型葉輪的構(gòu)造和離心泵葉輪十分相似，葉片呈弧狀，上下有蓋板，提升

能力強(qiáng)。倒傘型葉輪由一個倒錐型旋轉(zhuǎn)體組成，錐體表面有數(shù)條肋條式葉片，在

最上部彎曲并水平外伸，使曝氣器旋轉(zhuǎn)使甩出的水幕接近池中水面，形成劇烈的

攪動和混雜。平板型葉輪有平板圓盤和其上的口I?片組成，葉片與半徑的夾角是

0°?5°,最好為12°,每個葉片后的圓盤上開有直徑為30mm的小孔，用以吸入空

氣，強(qiáng)化充氧效果。

二、曝氣池

(-)鼓風(fēng)曝氣與長廊式曝氣池

鼓風(fēng)曝氣多用于長廊式曝氣池。推流式曝氣系統(tǒng)即屬于此類，其廊道形式

如圖7T9［顯示圖片】所示，一般為1?4個廊道。大多數(shù)推流式系統(tǒng)從池首引

入廢水和活性污泥，只有逐步曝氣系統(tǒng)是沿池長分?jǐn)?shù)處進(jìn)水。為防止廢水與污泥

在池面擴(kuò)散形成短流，一般進(jìn)口設(shè)于水下。進(jìn)水閘板控制。出水用溢流堰或淹沒

孔控制。

為了滿足空氣攪拌的需要，廊道寬深比不大于2。深度對于氧的溶解有利,

但基建費(fèi)與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)較高，故深度常用3?5。為防止短流，廊道長寬比應(yīng)大于4?

5,有的甚至大于10o

鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由空氣凈化器，鼓風(fēng)機(jī)，空氣輸配管系統(tǒng)和擴(kuò)散器組成?？?/p>

氣輸配管系統(tǒng)包括輸氣管，曝氣池上的管網(wǎng)，管網(wǎng)包括干管和支管。干管常架設(shè)

于相鄰兩廊道的公用墻上，相兩側(cè)廊道引出支管，深入水下，氣端頭裝設(shè)擴(kuò)散器。

擴(kuò)散器裝于靠公用墻側(cè)，壓出的水泡上升時，帶動廢水做橫向環(huán)流，實(shí)現(xiàn)廢水與

污泥的充分混合與充氧。

近年來，為減小空氣壓力。出現(xiàn)了淺層曝氣，就是把柵欄穿孔管懸掛在池

子一側(cè)的水面下0.6?0.8m處（圖7-20）［顯示圖片］。其理論根據(jù)是：氣泡在

形成時，由于濃差大，堰轉(zhuǎn)移率比穿過水層逸升時高達(dá)數(shù)倍，即氣泡在形成時水

中氧的轉(zhuǎn)移率最大，半秒鐘后降到1/10。在氧轉(zhuǎn)移率相同的情況下，淺層曝氣

耗電省。-一般在曝氣池中設(shè)垂直導(dǎo)流板，上緣與曝氣管齊，下緣距池底0.6?

0.8m。曝氣時混合液饒導(dǎo)流板循環(huán)流動。淺層曝氣的供氣量為30?

水)?ho風(fēng)壓約1kPa,動力效率2.3~2.9kg(02)/kWh。淺層曝氣池

與一般曝氣池相比，空氣量增大了，而風(fēng)壓僅為一般曝氣池的1/3?1/4,電耗略

有下降，適于中小型污水廠采用。

圖7-20淺層曝氣(單位：m)

1-空氣管；2-多孔管：3-導(dǎo)流板

根據(jù)長期經(jīng)驗(yàn)和多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，曝氣池的經(jīng)濟(jì)深度為4?5m,但隨

著用地的日益緊張，又發(fā)展了深水曝氣法。深水曝氣池一般水深達(dá)10?20口。70

年代以來，又發(fā)展了超深水曝氣法(稱為深井曝氣)，節(jié)約了用地，促進(jìn)了氧傳

遞速率。

深井曝氣法的井管直徑為1.0~6.0m,深度達(dá)50?150m.井中分成下降管和

上升管。廢水和污泥從下降管導(dǎo)入，由上升管排出。在靠近井頸部分局部擴(kuò)大，

以排除部分氣體。經(jīng)處理后的混合液，先脫氣，再進(jìn)行固液分離。圖7-21(a)

［顯示圖片］為深井曝氣法處理流程，圖7-21(b)為深井曝氣筒圖。

圖7-21深井曝氣處理流程與曝氣簡圖

1-沉砂池：2-深井曝氣池：3-脫氣塔：4-二次沉淀池

操作中利用空氣作為動力，促進(jìn)液流循環(huán)。啟動時在上升管上層較淺部位

輸入空氣，待液流完全循環(huán)后，再在下降管中逐步供給空氣。液流在下降管中與

輸入空氣一起，經(jīng)井底流入上升管。促使液流保持不斷循環(huán)的動力是下降管和上

升管的氣液混合物存在的密度差。下降管中的空氣溶入，上升管中的空氣析出，

故前者的密度大于后者。

深井曝氣系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，深井曝氣系統(tǒng)的CO?量比常規(guī)曝氣的多30%,

說明能量消耗大，合成量低。由于深井曝氣池內(nèi)，氣液絮流大，液膜更新快，且

氣液接觸時間常'，故溶解氧飽和度高，但應(yīng)注意井壁滲漏對地下水的污染。

（二）葉輪曝氣與圓形（或方形）曝氣池

完全混合式曝氣法采用圓形（或方形）池和葉輪曝氣。

鼓風(fēng)曝氣與葉輪曝氣各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。一般地說，表面機(jī)械曝氣

的氧吸收率高（約為15?25%）,鼓風(fēng)曝氣低（僅為6?10%），所以前者耗電較

后者少。鼓風(fēng)曝氣所用設(shè)備較多，包括鼓風(fēng)機(jī)及空氣輸送管等，表面曝氣僅在池

上設(shè)置一個電機(jī)及變速裝置和葉輪即可。但是當(dāng)廢水量很大，曝氣池需要設(shè)置相

當(dāng)多的曝氣葉輪時，則費(fèi)用劇增，超過鼓風(fēng)曝氣。因此，葉輪曝氣適用于水量較

小的小型曝氣池，鼓風(fēng)曝氣適用于大水量的大型曝氣池。

當(dāng)廢水中存在大量的產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)（如表面活性劑，堿等）時，曝氣過

程中會有大量泡沫層覆蓋池面，影響表面曝氣池的充氧效果，若無有效的消沫措

施，則不宜采用表面曝氣。

安裝曝氣葉輪時，安裝深度要適當(dāng)：浸沒深度過小，水面擾動雖然劇烈，

但提升作用??；浸沒深度過大，其結(jié)果正好相反，兩者均要降低充氧效果。葉輪

的周邊線速度一般為3?6m/s,線速度過小，充氧能力減弱；線速度過大，易破

壞污泥絮體，影響沉降分離。

三、氧的傳遞力論

氧的氣相轉(zhuǎn)入液相的機(jī)理常用雙膜理論來解釋。雙膜理論雙膜理論是基于

在氣液界面存在著兩層膜（氣膜和液膜）的物理模型。氣膜和液膜對氣體分子的

轉(zhuǎn)移產(chǎn)生阻力。氧在膜內(nèi)總是以分子擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)移的，其速度總是慢于在混合液

內(nèi)發(fā)生的對流擴(kuò)散的轉(zhuǎn)移方式。氧是難溶氣體，其阻力主要來自膜內(nèi)，其轉(zhuǎn)移速

度dm/dt（kg/h）為：

表7-6一些廢水的a及B值

廢水名稱a

紙板廢水0.53?0.64

牛皮紙漿0.45?0.79

木紙漿廢水0.6

漂染廢水0.3?0.5

印染廢水0.50.8.0.85

煉油廢水0.72

生活污水（新鮮）0.26.0.46

生活污水（腐化）0.16.0.190.9（一般生活污水）

餐==/A晨-c）

dt8L

（7-36）

中式DL——液膜的擴(kuò)散系數(shù)，m7h；

A-----氣液界面接觸面積，m2；

8L——液膜厚度，m；

:i

cs——液相氧的飽和濃度，kg/m；

c——液相內(nèi)氧的實(shí)際濃度，kg/m3；

KL-液膜氧轉(zhuǎn)移系數(shù)，m/ho

在上式兩邊同除以液體的體積V,并令a=A/V,則:

(7-37)

式中dc/dt——單位體積的氧轉(zhuǎn)移速率，kg/m：h；

Ka——液相中以濃度差為動力的總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h1,對一定氣體而言，混

合越強(qiáng)，紊動越劇烈，則氣體傳遞速率越大。

對式(7-37)進(jìn)行積分得:

Kia=23——?log^^-

12—‘1Cs-Cj

(7-38)

式中c”C2——分別為t2時所測得的溶解氧濃度，kg/m3o

Ka和c,通常在凈水中實(shí)驗(yàn)確定。但是，由于曝氣池中廢水的物理化學(xué)性質(zhì)

不同于凈水。因此，必須對La和仁加以修正，方可應(yīng)用于廢水。單位體積廢水

中氧的轉(zhuǎn)移速率可用下式表示：

at

(7-39)

式中

￡再?)一水中氯的總鍬瓶數(shù))

丁正水中硒總轉(zhuǎn)修一數(shù))

月」.假小申國相喇淵R)

■二q停水中堇斛他硝解度)

一些廢水的a、B值見表7-6。

用同一曝其裝置在同樣的容器中分別測定廢水和清水的La值，其比值是

值。因Cs受水質(zhì)影響大，故測定值時，c,值應(yīng)實(shí)測。用空氣曝氣，側(cè)氧儀的讀

數(shù)隨即上升，至再不上升時的c值即為c,值。溶解在水中的憎水性有機(jī)物

影響La值，溫度上升，Ka值即上升，而C,值下降。但因活性污泥法的操作溫

度大約在10~30攝氏度范圍內(nèi)，溫度的升降對傳遞速率的影響不顯著。

第六節(jié)活性污泥法系統(tǒng)的工藝設(shè)計

活性污泥法系統(tǒng)的工藝設(shè)計包括：

(1)流程選擇；

(2)曝氣池容積的確定；

(3)供養(yǎng)設(shè)備的設(shè)計；

(4)二次沉淀池澄清區(qū)與污泥區(qū)容積的選擇的確定；

(5)剩余污泥的處置。

對生活污水采用活性污泥法處理，已經(jīng)總結(jié)出了一套較為成熟的設(shè)計數(shù)據(jù);

對于工業(yè)廢水往往要通過試驗(yàn)，才能確定一些有關(guān)的設(shè)計數(shù)據(jù)。通過試驗(yàn)提供的

資料，主要包括下列各項(xiàng)：

(1)廢水水質(zhì)資料，主要是曝氣池進(jìn)水的有機(jī)物和毒物的容許濃度，以及二

次沉淀池出水的有機(jī)物和毒物的濃度；

(2)有毒和有害物質(zhì)濃度急劇變化對處理效果的影響；

(3)水溫對處理效果的影響；

(4)曝氣池污泥濃度和污泥回流比；

(5)污泥負(fù)商和曝氣時間；

(6)有關(guān)補(bǔ)充營養(yǎng)，如氮、磷等的資料；

(7)空氣用量(如采用鼓風(fēng)曝氣)或充氧量(如采用機(jī)械曝氣)的資料。

此外，對于二次沉淀池的沉降速度和剩余污泥量等也應(yīng)進(jìn)行觀察和測定。

一、曝氣時間與曝氣池容積

(一)曝氣時間

活性污泥法的曝氣時間有考慮回流量和不考慮回流量兩種，現(xiàn)以如表示前

者，以t2表示后者，則有：

247

1

24,

七=---

Q

(h)(7-40)

式中Q、Q.一分別表示廢水量和回流污泥量，m7d,Q=rQ；

V—曝氣池容積，

一般所指的曝氣時間均為后者。

(二)曝氣池容積

曝氣池(或合建式的曝氣區(qū))容積的計算公式和方法有多種，這里主要介紹

運(yùn)用簡便也比較符合實(shí)際的B0D負(fù)荷計算法。根據(jù)式(7-6)、(7-7)可得曝氣池容

積為：

展里

LK或

展生

Lv(7-41)

在計算曝氣池容積時，耍正確確定L,和X。

(1)確定恰當(dāng)?shù)奈勰嘭?fù)荷L確定L,時既要考慮處翅水質(zhì)的要求，同時亦應(yīng)

考慮污泥的沉降性能，要使Ls值對應(yīng)的污泥指數(shù)SVI在正常遠(yuǎn)行范圍內(nèi)。一般

欲得90%以上的去除率，SVI若在80?150范圍內(nèi)，污泥負(fù)荷應(yīng)在0.2?0.5kg

/kg?d范圍內(nèi)。

(2)恰當(dāng)?shù)卮_定混合液懸浮固體濃度(X)X值一般指曝氣池污泥濃度。在吸

附再生法里，是指吸附池和再少池污泥濃度的平均值。

Ls和X的設(shè)計值采用得大些，曝氣池需要的容積就可以小些。確定污泥負(fù)

荷時要考慮它對處理效率的影響。作為高級處理，Ls一般不大于0.5kg/kg?d。

要求氮素達(dá)到硝化階段時，則Ls常采用0.3kg/kg?d；污泥濃度(MLSS)隨運(yùn)行

方式而異，一般采用2?6g/L(見表7-4)。

采用較高的污泥濃度可以縮小曝氣池容積，但要使?jié)?/p>