第五章污水的好氧生物處理

——活性污泥法廢水好氧生物處理中有機(jī)物的代謝途徑內(nèi)源呼吸產(chǎn)物+能量(CO2、H2O、NH3、SO42-…)污水中的可降解有機(jī)物新細(xì)胞物質(zhì)（C5H7NO2）代謝產(chǎn)物(CO2、H2O、NH3、SO42-…)(1/3)分解代謝(2/3)合成代謝+異養(yǎng)微生物O2＋能量凈增細(xì)胞物質(zhì)內(nèi)源呼吸～80%～20%內(nèi)源呼吸殘留物O2無機(jī)代謝產(chǎn)物少量能量剩余污泥主要內(nèi)容12.1活性污泥法基本概念12.2活性污泥基本性能12.3活性污泥法的發(fā)展和演變12.4氣體傳遞原理和曝氣池12.5活性污泥法的設(shè)計(jì)計(jì)算12.6二次沉淀池12.7活性污泥法系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的一些重要問題12.1基本概念活性污泥的發(fā)現(xiàn)1912年開始，污水曝氣產(chǎn)生懸浮狀態(tài)褐色絮狀污泥活性污泥組成：細(xì)菌、真菌、原生動物和后生動物1916年第一個活性污泥法污水處理廠城市污水處理最廣泛應(yīng)用的方法活性污泥法的實(shí)質(zhì)：天然水體自凈作用的人工化和強(qiáng)化5

A．細(xì)菌：是活性污泥凈化功能最活躍的成分主要菌種有：動膠桿菌屬、假單胞菌屬、微球菌屬、黃桿菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、無色桿菌屬等特征：

1）多屬好氧和兼性異養(yǎng)型的原核細(xì)菌；

2）在有氧條件下，具有較強(qiáng)的分解有機(jī)物的功能；

3）具有較高的增殖速率，其世代時間為20

30分鐘；

4）其中的動膠桿菌具有將大量細(xì)菌結(jié)成為“菌膠團(tuán)”的功能。活性污泥中的微生物B其他微生物—原生動物活性污泥中的原生動物活性污泥中的原生動物活性污泥中的原生動物活性污泥中的原生動物11

活性污泥系統(tǒng)啟動初期，游離細(xì)菌居多，原生動物肉足蟲（如變形蟲）——游泳型纖毛蟲（如豆形蟲、草履蟲）。菌膠團(tuán)培育成熟，細(xì)菌多“聚居”在活性污泥上，處理水水質(zhì)良好；原生動物以帶柄固著型的纖毛蟲（如鐘蟲、等枝蟲等）為主。原生動物能不斷攝食水中的游離細(xì)菌，起到進(jìn)一步凈化水質(zhì)的作用。后生動物（主要指輪蟲）在活性污泥中是不經(jīng)常出現(xiàn)的，僅在處理水質(zhì)優(yōu)異的完全氧化型活性污泥系統(tǒng)（如延時曝氣）中出現(xiàn)，因此，輪蟲出現(xiàn)是水質(zhì)非常穩(wěn)定的標(biāo)志。后生動物

活性污泥的增殖曲線

12.2活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)1、物理性質(zhì)：——“菌膠團(tuán)”——“生物絮凝體”

顏色：褐色、（土）黃色、鐵紅色

氣味：泥土味（城市污水）

比重：略大于1（1.002

1.006）

粒徑：0.02

0.1mm

比表面積：20

100cm2/ml12.2活性污泥的性質(zhì)及性能指標(biāo)2、生化性能：

活性污泥的含水率：99.2

99.8%其中固體物質(zhì)的組成：1）活細(xì)胞（Ma）：2）微生物內(nèi)源代謝的殘留物（Me）：3）吸附的原廢水中難于生物降解的有機(jī)物（Mi）4）無機(jī)物質(zhì)（Mii）：有機(jī)物75~85%活性污泥的性能指標(biāo)：污泥濃度3.混合液懸浮固體濃度（MLSS）：（MixedLiquorSuspendedSolids）MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

單位：mg/L或g/m34.混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）（MixedLiquorVolatileSuspendedSolids）MLVSS=Ma+Me+Mi單位：mg/L或g/m3在條件一定時，較穩(wěn)定；對于處理城市污水的活性污泥系統(tǒng)，一般為0.75-0.85活性污泥去除有機(jī)物是分三階段進(jìn)行吸附階段污泥具有巨大的表面積，表面上含有多糖類黏性物質(zhì)，使活性污泥具有很好的吸附性能。污水與活性污泥混合后，污水中的固體有機(jī)物等污染物首先被吸附轉(zhuǎn)移到活性污泥表面。穩(wěn)定階段（降解階段）吸附轉(zhuǎn)移到活性污泥表面的污染物被微生物分解轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等簡單化合物及自身細(xì)胞。混凝階段曝氣池中的混合液進(jìn)入二沉池后，活性污泥顆粒和游離微生物等固形物在微生物釋出的β羥基丁酸和黏性物質(zhì)等的作用下，相互凝聚形成大顆粒絮體。吸附和穩(wěn)定在曝氣池中完成，而混凝則在二沉池進(jìn)行污水中有機(jī)物的降解過程回流污泥二次沉淀池廢水曝氣池出水空氣剩余污泥傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程：曝氣池：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)。曝氣系統(tǒng)：供給曝氣池生物反應(yīng)所需的氧氣，并起混合攪拌作用二次沉淀池：用以分離曝氣池出水中的活性污泥，污泥回流系統(tǒng)：把二次沉淀池中的一部分沉淀污泥再回流到曝氣池，以供應(yīng)曝氣池賴以進(jìn)行生化反應(yīng)的微生物。剩余污泥排放系統(tǒng)：曝氣池內(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?；钚晕勰喾ǖ幕窘M成活性污泥沉降的性能指標(biāo)：1、污泥沉降比（SV）（SludgeVolume）定義：將曝氣池中的混合液在量筒中靜置30分鐘，其沉淀污泥與原混合液的體積比，一般以%表示；功能：能相對地反映污泥數(shù)量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及時發(fā)現(xiàn)早期的污泥膨脹；正常范圍：20

30%

活性污泥沉降性能指標(biāo)：2、污泥體積指數(shù)（SVI）（SludgeVolumeIndex）定義：曝氣池出口處混合液經(jīng)30分鐘靜沉后，每g干污泥所形成的污泥體積，(ml/g)功能：能更準(zhǔn)確地評價污泥的凝聚性能和沉降性能，其值過低，說明泥粒小，密實(shí)，無機(jī)成分多；其值過高，說明其沉降性能不好，將要或已經(jīng)發(fā)生膨脹；正常范圍：50

150ml/g（處理城市污水時）12.3活性污泥法的發(fā)展和演變（1）活性污泥曝氣反應(yīng)池的基本形式a.推流式曝氣池b.完全混合式曝氣池c.封閉環(huán)流式反應(yīng)池d.序批式反應(yīng)池

推流式曝氣池回流活性污泥二沉池出水進(jìn)水初沉池曝氣池剩余污泥初沉污泥完全混合式曝氣池回流活性污泥二沉池出水進(jìn)水初沉池曝氣池剩余污泥初沉污泥封閉環(huán)流式反應(yīng)池（CLR）回流活性污泥二沉池出水進(jìn)水曝氣池剩余污泥序批式反應(yīng)池（SBR）反應(yīng)

（曝氣）沉淀出水進(jìn)水閑置反應(yīng)

（曝氣）5個不同階段正在運(yùn)行的曝氣池（2）曝氣池的基本工藝參數(shù)曝氣池沉淀池qv，ρs0，V，ρx，qvw，ρxrqv－qvw，ρxeqvr，ρxrV：曝氣池容積ρs0:進(jìn)水有機(jī)物濃度ρx：曝氣池污泥濃度ρxe：沉淀池出水中污泥濃度ρxr：回流（排出）污泥濃度qv：曝氣池進(jìn)水流量qvw：排出剩余污泥流量qvr：回流污泥流量曝氣池的基本工藝參數(shù)1、曝氣池的有機(jī)容積負(fù)荷：單位容積曝氣區(qū)內(nèi)單位時間所能承受，并能夠?qū)⑵浣到獾筋A(yù)定程度的有機(jī)物（BOD5）量。

Nv:容積負(fù)荷，kgBOD5/m3*dqv：與曝氣時間相當(dāng)?shù)钠骄M(jìn)水流量，m3/dρs0:曝氣池進(jìn)水的有機(jī)物濃度（BOD5），

mg/L2、曝氣池的有機(jī)污泥負(fù)荷：單位重量活性污泥在單位時間內(nèi)所能承受，并能夠?qū)⑵浣到獾筋A(yù)定程度的有機(jī)物（BOD5）的量Ns：污泥負(fù)荷，kgBOD5/kgMLSS*dρX：曝氣池污泥濃度，mg/L3、曝氣池的水力停留時間（HRT、HydraulicRetentionTime）：污水在曝氣池中的停留時間

4、曝氣池的污泥停留時間（污泥齡SRT，SludgeRetentionTime、

c）：曝氣池中污泥全部更新一次所需要時間（h）（d）ΔρX：曝氣池內(nèi)每日增長的活性污泥量，即應(yīng)排出系統(tǒng)外的活性污泥量曝氣池的基本工藝參數(shù)曝氣池沉淀池qv，ρs0，V，ρx，qvw，ρxrqv－qvw，ρxeqvr，ρxrV：曝氣池容積ρs0:進(jìn)水有機(jī)物濃度ρx：曝氣池污泥濃度ρxe：沉淀池出水中污泥濃度ρxr：回流（排出）污泥濃度qv：曝氣池進(jìn)水流量qvw：排出剩余污泥流量qvr：回流污泥流量12.3活性污泥法的發(fā)展和演變傳統(tǒng)推流式高負(fù)荷活性污泥法；吸附—再生活性污泥法；延時曝氣活性污泥法；AB法；完全混合活性污泥法；SBR；氧化溝1）傳統(tǒng)推流式主要特點(diǎn)：

a.曝氣池推流式，廢水濃度從進(jìn)水端到出水端逐漸下降b.沿曝氣池長度方向曝氣量相等。主要問題：

a.池首端供氧速率低于需氧速率易形成缺氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機(jī)負(fù)荷。b.在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費(fèi)了動力費(fèi)用；c.對沖擊負(fù)荷（有機(jī)物濃度突然增高）的適應(yīng)性較弱。遞減曝氣法階段曝氣法思考：解決了傳統(tǒng)推流式曝氣池那些問題？2）高負(fù)荷活性污泥法主要特點(diǎn)：a.適用于污水僅需要部分處理的情況，b.有機(jī)負(fù)荷率高；曝氣時間短，對廢水的處理效果較低c.在系統(tǒng)和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。1)主要特點(diǎn)：曝氣時間長，污泥濃度高，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，無需再進(jìn)行處理；處理出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；在某些情況下，可不設(shè)初沉池。2)主要缺點(diǎn)：池容大、曝氣時間長，占地面積大；建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用高；適用條件：出水水質(zhì)高，小規(guī)模，水量一般在1000m3/d以下。3）延時曝氣活性污泥法4）吸附再生活性污泥法

——又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法主要特點(diǎn)：

將吸附、降解兩個過程分別控制在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行?；亓魑勰噙M(jìn)水出水吸附池二沉池剩余污泥再生池活性污泥的初期吸附作用曝氣過程降解初期吸附BOD4）吸附再生活性污泥法1)主要優(yōu)點(diǎn)：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。吸附池與再生池容積之和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費(fèi)用較低；b.具有一定的承受沖擊負(fù)荷的能力，當(dāng)吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補(bǔ)充。2)主要缺點(diǎn)：

對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法，此外，對溶解性有機(jī)物含量較高的廢水，處理效果更差。5）A－B法工藝吸附—生物降解（Adsorption--Biodegradation）工藝，AB法的工藝流程及特征1、工藝流程吸附池曝氣池沉砂池格柵廢水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥出水中間沉淀池二次沉淀池A段B段AB法的主要特點(diǎn)①未設(shè)初沉池，由吸附池和中間沉淀池組成的A段為一級處理系統(tǒng)；②B段由曝氣池和二沉池組成；③A、B兩段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，各自有獨(dú)特的微生物群體，有利于功能穩(wěn)定。A段的特征不設(shè)初沉池，原廢水中的微生物全部進(jìn)入吸附池，A段是一個開放性的生物反應(yīng)器；負(fù)荷很高，有利于增殖速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)的微生物生長；BOD去除率為40

70%，出水可生化性有所提高，有利于B段的繼續(xù)降解；污泥產(chǎn)率較高，吸附能力強(qiáng)；對有機(jī)物的去除，吸附作用為主，生物降解占1/3左右。B段的特征來水為A段出水，水質(zhì)、水量較穩(wěn)定；負(fù)荷率為總負(fù)荷率的30

60%；污泥齡較長，有利于硝化反應(yīng)。6）完全混合活性污泥法主要特點(diǎn)：a.進(jìn)水一進(jìn)入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負(fù)荷有一定的抵抗能力；b.池液中各部分微生物種類和數(shù)量相同，有機(jī)物濃度基本相同，需氧速率比較均勻；可以方便地通過對F/M的調(diào)節(jié)，使反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)控制在最佳狀態(tài)；c.適合于處理較高濃度的有機(jī)工業(yè)廢水。7）間歇式活性污泥法(SBR)工藝序批式間歇反應(yīng)器SequenceBatchReactor——SBRSBR的工作原理SBR的主要反應(yīng)器只有一個曝氣池，同時完成曝氣沉淀等的功能，其運(yùn)行可以分為五個工序：進(jìn)水曝氣反應(yīng)沉淀排水等待SBR的工藝流程與特征從時間角度來看，是一種較理想的推流式曝氣池；工藝系統(tǒng)組成簡單不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能；不設(shè)污泥回流設(shè)備；耐沖擊負(fù)荷，在多數(shù)情況下，無需設(shè)置調(diào)節(jié)池；SVI值較低，污泥易沉淀，污泥膨脹現(xiàn)象較少；易于維護(hù)管理，出水水質(zhì)優(yōu)于連續(xù)式；通過調(diào)節(jié)，可在單一曝氣池內(nèi)完成脫氮和除磷；易于實(shí)現(xiàn)自動化控制。8）氧化溝(OxidationDitch)工藝又稱氧化渠或循環(huán)曝氣池，是活性污泥法延時曝氣的一種變形；50年代，荷蘭，Pasveer；早期：適用于5000m3/d以下，城市污水；目前：各種規(guī)模的城市生活污水或工業(yè)廢水氧化溝的工作原理與特征

1、氧化溝的工藝流程氧化溝的特征構(gòu)造上的特征①池體狹長，總長可達(dá)幾十米，甚至百米以上，一般呈環(huán)形溝渠狀，平面多為橢圓或圓形；池深較淺，一般在2~5m左右；②曝氣裝置多用表面機(jī)械曝氣器，豎軸曝氣器，如：低速曝氣葉輪；橫軸曝氣器，如：曝氣轉(zhuǎn)刷、曝氣轉(zhuǎn)盤；③進(jìn)、出水裝置簡單。

氧化溝的特征工藝上的特征①氧化溝內(nèi)的流態(tài)呈循環(huán)混合態(tài)（介于完全混合和推流之間）；溝內(nèi)混合液呈推流式快速流動（0.4

0.5m/s）；進(jìn)水流量與溝內(nèi)流量相比很小，完全混合；②有機(jī)負(fù)荷很低，相當(dāng)于延時曝氣法，出水水質(zhì)好；③抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，對水溫、水質(zhì)、水量等的變動有適應(yīng)性；④污泥產(chǎn)率低，剩余污泥產(chǎn)量少；污泥齡長，可達(dá)15

30d，為傳統(tǒng)活性污泥法的3

6倍；⑤世代時間很長的細(xì)菌如硝化細(xì)菌能在反應(yīng)器內(nèi)得以生存，從而使氧化溝具有脫氮的功能。

Carrousel式氧化溝Orbal氧化溝交替工作氧化溝曝氣沉淀一體化氧化溝氧化溝幾種典型的構(gòu)造形式（1）Carrousel式氧化溝出水污水與回流污泥缺氧區(qū)Carrousel式氧化溝又稱平行多渠形氧化溝；是60年代末荷蘭DHV公司開創(chuàng)的。采用豎軸低速表面曝氣器；水深可達(dá)4

4.5m，溝內(nèi)流速達(dá)0.3

0.4m/s；混合液在溝內(nèi)每5

20min循環(huán)一次；溝內(nèi)混合液總量是入流廢水量的30

50倍；BOD5去除率可達(dá)95%以上，脫氮率可達(dá)90%，除磷效率可達(dá)50%；應(yīng)用廣泛，最大規(guī)模為650000m3/d；在國內(nèi)主要有昆明蘭花溝污水處理廠、上海龍華肉聯(lián)廠、桂林市東區(qū)廢水廠等。Carrousel氧化溝Carrousel2000出水回流門推流器前反硝化區(qū)污水與回流污泥表曝機(jī)好氧區(qū)好氧區(qū)缺氧區(qū)（2）Orbal氧化溝出水管傳輸孔曝氣轉(zhuǎn)刷進(jìn)水（通常只進(jìn)第一溝）增強(qiáng)脫氮的混合液體內(nèi)回流污泥回流（通常只進(jìn)入第一溝）第1溝第2溝第3溝Orbal氧化溝又稱同心圓型氧化溝，其主要特點(diǎn)如下：①圓形或橢圓形的溝渠，能更好地利用水流慣性，可節(jié)省能耗；②多溝串聯(lián)可減少水流短路現(xiàn)象；③最外層第一溝的容積為總?cè)莘e的60

70%，其中的DO接近于零，為反硝化和磷的釋放創(chuàng)造了條件；④第二、三溝的容積分別為總?cè)莘e的20

30%和10%，而DO則分別為1和2mg/l；⑤這種溝渠間的DO濃度差，有利于提高充氧效率；Orbal氧化溝在國內(nèi)的主要工程實(shí)例有：①撫順石油二廠廢水處理站(28,800m3/d)；②北京燕山石化公司新建廢水處理廠(60000m3/d)；③成都市天彭鎮(zhèn)污水處理廠。Orbal氧化溝燕山石化公司第四期廢水處理廠(60000m3/d)；（3）交替工作氧化溝交替工作氧化溝由丹麥Kruger公司所開發(fā)的，有二溝和三溝式兩種形式；其主要特點(diǎn)是其中的每一條溝均交替用做曝氣池和沉淀池，而無需二沉池和污泥回流裝置；但其中的曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率較低，D型二溝只有40%，三溝式則提高到了58%；其中的三溝式氧化溝，特點(diǎn)如下：①兩側(cè)的A、C二溝交替地作為曝氣池和沉淀池，而B溝則一直充作曝氣池；②原廢水交替地從A溝和C溝進(jìn)入，而出水則相應(yīng)地從C溝及A溝流出；③曝氣器的利用率較高(58%)；④交替運(yùn)行的方式，為脫氮創(chuàng)造了條件，有良好的BOD去除效果和脫氮效果。交替工作氧化溝的主要工程實(shí)例：①邯鄲市東污水處理廠(100000m3/d)，三溝；②蘇州市河西污水處理廠(80000m3/d)，三溝；③南通市污水處理廠(25000m3/d)，五溝。（4）曝氣沉淀一體化氧化溝一體化氧化溝是20世紀(jì)80年代由美國開發(fā)的，主要有：側(cè)溝型、BMTS型、船型。出水回流孔進(jìn)水泥溢流堰曝氣轉(zhuǎn)刷b）側(cè)面圖a）平面圖溢流堰

9)SBR系列SBR工藝：間歇式活性污泥法ICEAS工藝：間歇循環(huán)延時曝氣法CASS/CAST工藝：循環(huán)活性污泥法DAT-IAT工藝：連續(xù)進(jìn)水間歇曝氣法MSBR工藝：改良型間歇式活性污泥法UNITANK工藝：一體化活性污泥法氧化溝型SBR工藝CASS工藝連續(xù)進(jìn)水鼓風(fēng)機(jī)潷水器剩余污泥出水污泥回流主反應(yīng)區(qū)選擇區(qū)接觸區(qū)CASS工藝的特點(diǎn)與SBR相比，CASS法的優(yōu)點(diǎn)是：

a.反應(yīng)池由預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)組成（1：2：20），對難降解有機(jī)物的去除效果更好，同時可抑制污泥膨脹；

b.進(jìn)水過程是連續(xù)的，因此，進(jìn)水管道上無需電磁閥等控制元件，單個池子可獨(dú)立運(yùn)行；適用大中型污水處理廠。c.排水是由可升降的堰式潷水器完成的，隨水面逐漸下降，均勻?qū)⑻幚砗蟮那逅懦?，最大限度降低了排水時水流對底部沉淀污泥的擾動。

10)膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器（Membranebiologicalreactor）是利用超濾膜代替二沉池進(jìn)行污泥固液分離的污水處理裝置，為膜分離技術(shù)與活性污泥法的有機(jī)結(jié)合。膜生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：容積負(fù)荷高、水力停留時間短；污泥齡較長、剩余污泥量少；避免因?yàn)榻z狀菌膨脹或其他污泥沉降問題引起的MLSS濃度；在低氧運(yùn)行時，可以同時進(jìn)行硝化反硝化出水水質(zhì)好；污水處理設(shè)施占地面積小。12.4氣體傳遞原理和曝氣池Fick定律氧的傳遞是一個擴(kuò)散過程

曝氣過程中，空氣中的氧從氣相中被轉(zhuǎn)移或傳遞到廢水的液相中，是一個氧在氣液兩相之間的擴(kuò)散過程，即氣相中的氧通過氣液界面擴(kuò)散到液相主體中。擴(kuò)散過程的基本定律——Fick定律；Fick定律認(rèn)為：擴(kuò)散過程的推動力是物質(zhì)在界面兩側(cè)的濃度差，被擴(kuò)散的物質(zhì)分子會從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移。Fick定律式中：vd——物質(zhì)的擴(kuò)散速率，即單位時間內(nèi)單位斷面上通過的物質(zhì)的量；DL

——擴(kuò)散系數(shù)，表示物質(zhì)在某種介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和介質(zhì)的特性及溫度；C——物質(zhì)濃度；y——擴(kuò)散過程的長度

dC/dy——濃度梯度，即單位長度上的濃度變化值。物質(zhì)的擴(kuò)散速率與濃度梯度呈正比關(guān)系。Fick定律如果以M表示在單位時間t內(nèi)通過界面擴(kuò)散的物質(zhì)數(shù)量，以A表示界面面積，則有：氧轉(zhuǎn)移的“雙膜理論”

邊界層紊流紊流層流層流ygCLCiPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體yl對流擴(kuò)散對流擴(kuò)散分子擴(kuò)散對于難溶于水的氧來說，分子擴(kuò)散的阻力大于對流擴(kuò)散，傳質(zhì)的阻力主要集中在氣膜和液膜上；在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在著氧的濃度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)移的推動力1923年，Lewis&Whitman氧轉(zhuǎn)移的雙膜理論模式圖邊界層紊流紊流層流層流ClPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體yl對流擴(kuò)散對流擴(kuò)散分子擴(kuò)散CsCs：與氣相主體中氧分壓相當(dāng)?shù)娘柡腿芙庋鯘舛?；CL：液相主體中所要求的溶解氧濃度氧轉(zhuǎn)移過程中的傳質(zhì)推動力就可以認(rèn)為主要是界面上的飽和溶解氧濃度值(Cs)與液相主體中的溶解氧濃度值(CL)之差。雙膜理論設(shè)液膜厚度為yl，因此在液膜內(nèi)溶解氧濃度的梯度為：式中:

dM/dt——氧傳遞速率，kgO2/h；DL——氧分子在液膜中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/h；A——?dú)狻⒁簝上嘟佑|界面面積，m2；

(Cs

CL)/yL——在液膜內(nèi)溶解氧的濃度梯度，kgO2/m3.m；雙膜理論設(shè)液相主體的容積為V(m3)，并用其除以上式，則得：式中:

dC/dt——液相主體溶解氧濃度變化速率(或氧轉(zhuǎn)移速率)，kgO2/m3.h；

KL——液膜中氧分子傳質(zhì)系數(shù)，m/h。雙膜理論由于氣液界面的面積難于計(jì)量，一般以氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）代替：

式中：KLa——氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1，

KLa值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當(dāng)傳遞過程中阻力大，則KLa值低，反之則KLa值高。其倒數(shù)1/KLa的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從CL提高到Cs所需要的時間。提高充氧速率的途徑為了提高dC/dt值，可以從兩方面考慮：①提高KLa值：加強(qiáng)液相主體的紊流程度，降低液膜厚度；加速氣、液界面的更新；增大氣、液接觸面積；等。②提高Cs值：提高氣相中的氧分壓，如純氧曝氣、深井曝氣等。氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）的求定式中：C0——當(dāng)t=0時，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；

Ct——當(dāng)t=t時，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；

Cs——液相主體中的飽和溶解氧濃度(mg/l)。

測定KLa值的方法與步驟：

投加Na2SO3和CoCl2，脫除水中的溶解氧；

當(dāng)溶解氧完全脫除后，開始曝氣充氧，并測定水中溶解氧隨時間的變化情況；

計(jì)算、繪圖。tKLa/2.30曝氣設(shè)備1．曝氣裝置的分類

曝氣裝置，又稱為空氣擴(kuò)散裝置，是活性污泥處理系統(tǒng)的重要設(shè)備，按曝氣方式可以將其分為鼓風(fēng)曝氣裝置和表面（機(jī)械）曝氣裝置兩種。衡量曝氣設(shè)備的技術(shù)性能指標(biāo)氧的利用率（EA）：又稱氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通過表面機(jī)械曝氣裝置在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/h）；動力效率（Ep）：每消耗1度電轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）。2．鼓風(fēng)曝氣裝置鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、空氣輸送管道以及曝氣裝置所組成。鼓風(fēng)曝氣裝置可分為：（微）小氣泡型——微孔曝氣頭中氣泡型大氣泡型水力剪切型水力沖擊型a.（微）小氣泡型曝氣裝置由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴(kuò)散板、擴(kuò)散盤和擴(kuò)散管等；氣泡直徑在2mm以下（在200

m以下者，為微孔）；EA=15

25%，EP=2kgO2/kw.h以上；缺點(diǎn)：易堵塞，空氣需經(jīng)過濾處理凈化，擴(kuò)散阻力大。擴(kuò)散管擴(kuò)散板b.中氣泡型曝氣裝置

——?dú)馀葜睆綖?

6mm。①穿孔管：鋼管或塑料管，管徑25

50mm；在管下部兩側(cè)呈45

開孔，孔眼直徑3

5mm，間距50

100mm；不易堵塞，構(gòu)造簡單，阻力??；氧利用率(EA)低，一般為4

6%；動力效率(EP)可達(dá)1

2kgO2/kw.h；3．機(jī)械曝氣裝置

——又稱表面曝氣裝置曝氣的原理：①水躍——曝氣機(jī)轉(zhuǎn)動時，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強(qiáng)烈攪動而卷入空氣；②提升——曝氣機(jī)具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動，不斷更新氣液接觸界面，強(qiáng)化氣、液接觸；③負(fù)壓吸氣——曝氣器的轉(zhuǎn)動，使其在一定部位形成負(fù)壓區(qū)，而吸入空氣。表面曝氣裝置的分類豎軸式表面曝氣裝置橫軸式表面曝氣裝置。豎軸式機(jī)械曝氣裝置泵型葉輪曝氣器K型葉輪曝氣器倒傘型葉輪曝氣器平板型葉輪曝氣器臥軸式機(jī)械曝氣器主要有曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，也稱曝氣轉(zhuǎn)碟；主要應(yīng)用于氧化溝；調(diào)節(jié)方便、維護(hù)簡易、動力效率較高。98

設(shè)備類型氧利用率/％動力效率/kgO2/kWh標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際小氣泡擴(kuò)散器10～301.2～2.00.7～1.4中氣泡擴(kuò)散器6～151.0～1.60.6～1.0大氣泡擴(kuò)散器4～80.6～1.20.3～0.9射流曝氣器10～251.5～2.40.7～1.4低速表面曝氣器1.2～2.70.7～1.3高速表面曝氣器1.2～2.40.7～1.3轉(zhuǎn)刷式曝氣器1.2～2.4各類曝氣設(shè)備的性能標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指用清水作曝氣實(shí)驗(yàn)，水溫20℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，初始水中溶解氧為0實(shí)際數(shù)據(jù)是指用廢水作實(shí)驗(yàn)，水溫15℃，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L曝氣設(shè)備比較曝氣池的類型曝氣池的分類：

根據(jù)曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風(fēng)曝氣池、機(jī)械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機(jī)械-鼓風(fēng)曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關(guān)系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。正在運(yùn)行的曝氣池12.5活性污泥系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)1）工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料2）曝氣池的工藝設(shè)計(jì)3）曝氣系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)4）二沉池的工藝設(shè)計(jì)5）污泥回流及剩余污泥1)工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料①廢水的水量、水質(zhì)及其變化規(guī)律②對處理后出水的水質(zhì)要求；③對處理中產(chǎn)生的污泥的處理要求

設(shè)計(jì)所需要的原始資料④污泥負(fù)荷與BOD5的去除率；⑤污泥濃度、污泥回流比、泥齡。

設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生活污水或城市污水——設(shè)計(jì)規(guī)范——試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)工業(yè)廢水2）工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

活性污泥系統(tǒng)由曝氣池、曝氣系統(tǒng)、二沉池及污泥回流設(shè)備等組成。

工藝計(jì)算與設(shè)計(jì)主要包括：

工藝流程的選擇；

曝氣池的計(jì)算與設(shè)計(jì)；

曝氣系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)；

二沉池的計(jì)算與設(shè)計(jì)；污泥回流系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)；回流比、泥齡等?；亓骰钚晕勰喽脸爻鏊M(jìn)水剩余污泥曝氣池(Q-Qw),

Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,

Se,XV,Se,X經(jīng)典活性污泥工藝流程

——去除有機(jī)物及硝化參數(shù)：Q：流量m3/d

S0:進(jìn)水有機(jī)物濃度，g/m3。

X0：進(jìn)水微生物濃度，gVSS/m3；

V：反應(yīng)池體積m3

X:反應(yīng)池污泥濃度gVSS/m3

Xe：出水微生物濃度gVSS/m3

Se：出水有機(jī)物濃度，g/m3

XR：回流活性污泥濃度gVSS/m3

Qw：剩余污泥量m3/d

R：污泥回流比3）曝氣池的工藝設(shè)計(jì)

曝氣池的類型；曝氣池的構(gòu)造；曝氣池體積的計(jì)算；需氧量和供氣量的計(jì)算;剩余污泥的設(shè)計(jì)計(jì)算曝氣池體積的設(shè)計(jì)計(jì)算有機(jī)物負(fù)荷率法污泥泥齡法水力停留時間法a：有機(jī)負(fù)荷法（體積負(fù)荷）Ls:污泥負(fù)荷率，（kgBOD5/kgMLSS*d)Lv:容積負(fù)荷率，（kgBOD5/m3*d)Q:進(jìn)水量，（m3/d)S0:進(jìn)水平均BOD5值，（mg/L）X:池中污泥濃度，（mg/L）應(yīng)用比較方便，但X和Ls確定需要經(jīng)驗(yàn)b.污泥泥齡法θc:污泥齡(solidsretentiontime,SRT)，污泥停留時間指處理系統(tǒng)（曝氣池）中微生物的平均停留時間。勞倫斯和麥卡蒂（Lawrence-McCarty）模型

（p122）回流活性污泥二沉池出水進(jìn)水剩余污泥曝氣池(Q-Qw),

Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,

Se,XV,Se,X做系統(tǒng)活性污泥的物料平衡1）進(jìn)水微生物濃度可以忽略：3）對照公式（11-34）P99可得：2）將微生物增長基本方程式（11-33）代入做系統(tǒng)底物的物料平衡轉(zhuǎn)化可得污泥泥齡計(jì)算曝氣池體積公式：整理得：代入得：水力停留時間（HydraulicRetentionTime

HRT）c：水力停留時間法（HRT）４）剩余污泥計(jì)算ａ．按污泥泥齡計(jì)算（SRT)△X△Ｘ：剩余污泥量,gVSS/d。

４）剩余污泥計(jì)算b．根據(jù)污泥產(chǎn)率系數(shù)或表觀產(chǎn)率系數(shù)計(jì)算Y：產(chǎn)率系數(shù),kgMLVSS/kgBOD。Yobs:表觀產(chǎn)率系數(shù)。Kd：內(nèi)源代謝系數(shù)，d-1.△Xv△Xv５）曝氣系統(tǒng)的計(jì)算與設(shè)計(jì)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)包括：鼓風(fēng)機(jī)；空氣輸送管道；曝氣裝置（曝氣頭）計(jì)算內(nèi)容：需氧量；供氣量a.根據(jù)有機(jī)物降解需氧率和內(nèi)源代謝需氧率計(jì)算5-1需氧量計(jì)算O2=a’Q(S0－Se)＋b’VXvO2：需氧量,kgO2/D;O2max：最大需氧量；a’：活性污泥微生物對有機(jī)物氧化過程的需氧率，(kgO2/kgBOD)b’：活性污泥內(nèi)源代謝的自身氧化過程的需氧率，