7/1/2025水污染控制工程1第八章污水的好氧生物處理7/1/2025水污染控制工程2第一節概述7/1/2025水污染控制工程3

污水的生物處理是現代生物工程的一個重要組成部分。根據參與代謝的微生物種類不同可分為：好氧生物處理和厭氧生物處理好氧生物處理：活性污泥法：水體自凈的人工強化生物膜法：土壤凈化的強化生物處理主要去除水中的溶解狀態和膠體狀態的有機物。7/1/2025水污染控制工程41微生物的代謝作用2影響好氧處理的主要因素：

（1）溶解氧(DO)DO=2~4ml/l為宜;DO保持一定水平，使好氧微生物正常生長，維持較好的出水水質，使活性污泥和生物膜結構正常，沉降和絮凝性能良好。

7/1/2025水污染控制工程5（2）水溫中溫性細菌為主，最適溫度：20-35°。7/1/2025水污染控制工程6

（3）

pH值最佳：6.5～8.5

維持適宜的pH值,可以使微生物生長繁殖良好，使菌膠團產生較好的粘性物質，形成較好的絮狀物，取得良好的處理效果。

pH＞9

生化反應即受到抑制

pH＜6.5絲狀菌生長，易發生污泥膨脹7/1/2025水污染控制工程7（4）營養平衡

BOD5:N:P=100:5:1

廢水生物處理時要考慮C、N、P的配比。當N、P不足時，應投加氮源和磷源。生活污水：營養豐富，是最佳營養源。工業污水：宜與生活污水合并后處理。7/1/2025水污染控制工程8（5）有毒物質廢水中含有一些物質如重金屬離子、酚……對微生物有毒害作用或抑制作用。當然，它們對微生物的毒害作用是相對而言的，在一定濃度范圍內是沒有影響的。若微生物經馴化后，可能承受較高濃度的有毒物質。7/1/2025水污染控制工程9第二節活性污泥法

7/1/2025水污染控制工程10

目前，活性污泥法是廢水生物處理應用最為廣泛的一種方法，該法已成為污水處理的主體技術。

1912年，英國人克拉克和蓋奇的廢水曝氣試驗。

1914年，英國曼切斯特建成了第一座活性污泥水處理廠。特別在近20~30年，對生物反應的凈化機理進行了深入研究，出現了多種工藝流程。7/1/2025水污染控制工程11一基本原理：

1基本流程：

初沉池曝氣池二沉池回流污泥剩余污泥進水出水7/1/2025水污染控制工程12

初沉池：去除懸浮固體，減輕生物處理負荷；曝氣池：廢水、微生物和氧氣在此充分混合和反應；

二沉池：使泥水分離，去除剩余污泥；回流系統：保持曝氣池中一定的污泥濃度；

曝氣系統：供氧，使污泥呈懸浮態。7/1/2025水污染控制工程132活性污泥的性能指標

（1）形態外觀呈黃褐色的絮絨顆粒狀;

粒經：0.02～0.2mm,有較大的表面積;

含水率在99%以上;

密度：1.002～1.006g/ml。7/1/2025水污染控制工程14

（2）組成活性微生物群體(Ma)

微生物自身代謝殘留物(Me)

污泥吸附的惰性有機物(Mi)

污水中的無機物(Mii)7/1/2025水污染控制工程15（3）混合液懸浮固體濃度(MLSS)

即污泥濃度

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii

普通活性污泥法:MLSS=2～3g/l

完全混合法和吸附再生法：

MLSS=4～6g/l

混合液揮發性懸浮固體濃度（MLVSS):指污泥中有機固體物質的濃度,，較準確的表示其中活性成分。7/1/2025水污染控制工程16（4）污泥沉降比(SV)

指曝氣池混合液沉淀30min后，形成的沉淀污泥和原混合液體積之比。城市污水：SV=15～30%。可反映曝氣池運行時的污泥量，用于控制剩余污泥的排放，還可及早發現污泥膨脹等異常現象的發生。7/1/2025水污染控制工程17

（5）污泥體積指數(SVI)

指曝氣池混合液經30min沉淀后，每克干污泥所占的體積。

城市污水：SVI=50～150ml/g。

該數值反映活性污泥的疏散程度和凝聚沉降性能。7/1/2025水污染控制工程18（6）污泥齡(SRT)

又稱為：“新增細胞在反應器中的平均停留時間”“反應器中全部微生物更新一次所需要的時間”“生物固體平均停留時間”等

7/1/2025水污染控制工程19污泥齡θ可由下式計算：7/1/2025水污染控制工程20（7）水力停留時間(HRT)

HRT=V/Q

式中：V:曝氣池容積

Q:污水流量7/1/2025水污染控制工程213活性污泥增長規律活性污泥中微生物是多菌種的混合群體，仍可用純菌種的生長曲線表示。（見Fig.11-3P62)7/1/2025水污染控制工程22

適應期對數期靜止期衰老期微生物生長曲線時間細菌對數7/1/2025水污染控制工程23

活性污泥增長受營養物質(food)和微生物量(microorganism)的影響，即F/M值。

F/M=QS0/XV

式中：Q:污水流量

S0:污水起始濃度

X:MLSS濃度

V:反應器體積7/1/2025水污染控制工程24

（1）對數增長期

F/M值較大（≥2.2)；污泥增長不受食物限制；污泥活性強，具有很高的能量水平；凝聚性能差，松散，不易沉降；出水水質差。7/1/2025水污染控制工程25

（2）靜止期

F/M值一般(0.3～0.6)；污泥增長受食物的限制，增長速率下降；污泥活性較強，能量水平一般；污泥凝聚性能和沉降性能好；出水水質好；一般情況下，活性污泥的工作階段。7/1/2025水污染控制工程26

（3）內源呼吸期（衰老期）

F/M值最低(＜0.1)；營養物質很少，微生物開始分解，代謝自身的細胞物質，污泥減少；污泥活性弱；污泥凝聚性能差，沉降性能好；出水水質好。7/1/2025水污染控制工程274活性污泥凈化反應過程該過程分成二個階段：

（1）初期吸附階段活性污泥有很大的表面積，且表面上的微生物分泌較多的粘性物質，在與水相接觸時可吸附大量的有機物。該過程進行較快，10～30min即可完成，BOD5去除率達85～90%。7/1/2025水污染控制工程28

反應時間有機物濃度有機物降解曲線7/1/2025水污染控制工程29

（2）穩定階段7/1/2025水污染控制工程30二活性污泥反應動力學

1勞倫斯-麥卡蒂模式微生物的增長與底物降解的關系：或7/1/2025水污染控制工程31式中：dX/dt:微生物凈增長速度

Y:理論合成系數

kd:內源呼吸代謝系數

Yobs:可檢合成系數

7/1/2025水污染控制工程32活性污泥每日凈增長量：

△X=Y(S0-Se)Q-kdVXv

式中：S0:進水有機物濃度

Se:出水有機物濃度

Q:進水流量

VXv:混合液中MLSS7/1/2025水污染控制工程33

式中

：:污泥齡(d)

:

污泥負荷

(KgBOD5/KgMLVSS·d)∴7/1/2025水污染控制工程34出水濃度：

反應器中活性污泥濃度：回流污泥濃度：回流比：7/1/2025水污染控制工程35三活性污泥法的運行方式

1普通活性污泥法

廢水和回流污泥從池首端流入，以推流形式到末端。初沉池

曝氣池

二沉池回流污泥剩余污泥進水出水7/1/2025水污染控制工程36

說明：

（1）氧氣的供應與消耗在前1/3階段，有機物較多，氧氣不足，利用率高；后1/3階段，氧氣供大于求，利用率低。（見Fig.14-23)

7/1/2025水污染控制工程37供氧曲線需氧曲線供氧和需氧率曲線7/1/2025水污染控制工程38（2）該法處理效果好，BOD5去除率達90～95%。7/1/2025水污染控制工程39

（3）運行參數：污泥濃度：MLSS=2～3g/l

污泥負荷：

F/M=0.2～0.4KgBOD5/KgMLVSS·d

污泥回流比：r=25～50%

曝氣時間：t=4～8h7/1/2025水污染控制工程40

（4）存在的問題曝氣池容積大，占地多；水質、水量變化的適應能力差；池前端供氧不足，后端供氧過剩，所以動力消耗大，容積負荷小。7/1/2025水污染控制工程41

2漸減曝氣活性污泥法改變傳統活性污泥法的等距離均量布置擴散器的缺點，而是合理的布置空氣擴散器，使布氣沿程變化，以提高處理效率。7/1/2025水污染控制工程42供氧曲線需氧曲線7/1/2025水污染控制工程437/1/2025水污染控制工程443階段曝氣活性污泥法（分步進水活性污泥法或多點進水活性污泥法）污水沿池長度分散進入，并不集中進入；污水分段進入，提高了反應器對水質、水量的沖擊負荷的適應能力；易于由普通活性污泥法改建，使用較普遍。7/1/2025水污染控制工程457/1/2025水污染控制工程46

運行參數：

MLSS=2～3.5g/lF/M=0.2～0.4kgBOD5/kgMLVSS·d

r=0.25～0.75t=3～5h7/1/2025水污染控制工程47

4完全混合活性污泥法污水與回流污泥在進入曝氣池后，立即與池中的混合液完全混合。池中微生物的種類和數量相等；對沖擊負荷有較強的適應能力；池中有機物濃度相同，需氧均勻；出水水質不及傳統法。7/1/2025水污染控制工程487/1/2025水污染控制工程495高負荷活性污泥法（短時曝氣活性污泥法或不完全處理活性污泥法）負荷高：

F/M=1.5～5.0kgBOD5/KgMLVSS·d

曝氣時間短：t=1.5～3.0h7/1/2025水污染控制工程50

處理效果低：70～75%

MLSS濃度低：200～500mg/l

適宜于處理對出水水質要求不高的污水。7/1/2025水污染控制工程51

6延時曝氣法（完全氧化活性污泥法）曝氣時間長：t=18～36h

負荷低：

F/M=0.05～0.15kgBOD5/kgMLVSS·dMLSS濃度高：3000～6000mg/l

污泥量少且穩定，不需另行處理可排放7/1/2025水污染控制工程52

出水水質好池容大適用于對處理水質要求高，且又不宜處理污泥的小城鎮污水和工業污水，水量不宜超過1000m3/d。7/1/2025水污染控制工程537/1/2025水污染控制工程547接觸穩定法（生物吸附活性污泥法或吸附-再生活性污泥法）活性污泥的凈化分成二個階段：吸附階段和穩定階段。使這二個階段在不同的池中進行，即為接觸穩定法。7/1/2025水污染控制工程557/1/2025水污染控制工程56

8純氧曝氣法純氧代替空氣，氧氣利用率提高，污水處理效果好，污泥性能良好；剩余污泥少；設備復雜，管理煩瑣；應不斷調節pH值。7/1/2025水污染控制工程577/1/2025水污染控制工程589吸附－生物降解工藝（AB法）（1）工藝流程及特點不設初沉池；A、B兩段各自擁有獨立的回流系統，有各自獨立的微生物群體，處理效果穩定。7/1/2025水污染控制工程59吸附沉淀沉淀剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥A段B段曝氣進水出水7/1/2025水污染控制工程607/1/2025水污染控制工程617/1/2025水污染控制工程627/1/2025水污染控制工程63（2）A段的效應與運行參數A段時一個開放性的生物系統；負荷高，2－6kgBOD5/kgMLSS·d；停留時間短，30－60min；有機物去除主要靠絮凝體的吸附作用，生物降解只占1/3。7/1/2025水污染控制工程64（3）B段效應與運行參數B段所接收廢水的水質、水量都較穩定，則可以充分發揮其凈化功能；負荷低，0.1－0.3kgBOD5/kgMLSS·d；污泥齡長，可部分脫氮。7/1/2025水污染控制工程65

該工藝處理效果穩定，具有一定的抗沖擊負荷的能力。7/1/2025水污染控制工程6610序批式活性污泥法（SBR法）（1）工藝流程由進水、反應、沉淀、出水、閑置等基本過程組成。結構簡單，沒有二沉池和污泥回流設備。7/1/2025水污染控制工程67格柵沉砂池初沉池間歇式曝氣池進水出水SBR工藝流程圖7/1/2025水污染控制工程68（2）特征SBR法在流態上屬完全混合，有機物降解上卻是時間上的推流；耐沖擊負荷；出水水質好；可以脫氮除磷；污泥沉降性能好，可有效的防止污泥膨脹；便于自控運行，易于維護管理。7/1/2025水污染控制工程69四曝氣原理和曝氣池（一）曝氣原理

1雙膜原理基本點：在氣液界面兩側存在氣膜和液膜；氣液兩相處于紊流狀態，其中物質濃度均勻，不存在濃度差，也不存在傳質阻力，阻力僅存在于氣液膜中；7/1/2025水污染控制工程70氣體液體層流紊流紊流pρo氣膜液膜ρsoPi

界面7/1/2025水污染控制工程71

氣膜中存在氧氣的分壓梯度，液膜中存在氧氣的濃度梯度，它們是氧轉移的推動力；氧氣難溶于水中，其轉移的阻力主要存在于液膜上。7/1/2025水污染控制工程72

氧氣通過液膜的傳遞速率為：

式中：dm/dt:氣體傳遞速率

Kg:氣體擴散系數

A:氣體擴散通過的面積

ρso:氣體在溶液中的飽和濃度

ρo:氣體在溶液中的濃度7/1/2025水污染控制工程73

而，則有：

對上式積分可得：7/1/2025水污染控制工程74

2氧氣轉移影響因素

（1）污水水質污水中的雜質對氧氣的轉移以及溶解度有一定影響，所以引入修正系數，則有：7/1/2025水污染控制工程75

（2）水溫水溫上升，水的粘度降低，液膜厚度減小，Kla值增高；氧氣在水中的溶解度隨溫度上升而降低。溫度對氧氣轉移有二種相反的影響，但不能相互抵消，總之，低溫有利于氧氣的轉移。7/1/2025水污染控制工程76

（3）氧分壓氧分壓越高，越有利于氧氣的轉移。7/1/2025水污染控制工程77（二）曝氣設備曝氣設備主要有二種：鼓風曝氣和機械曝氣。

1鼓風曝氣（1）系統組成空氣凈化器、鼓風機、空氣輸配管系統和擴散器。7/1/2025水污染控制工程78

（2）擴散器的作用及種類作用：將空氣分散成小氣泡，以增大與水的接觸面積。

種類：小氣泡擴散器中氣泡擴散器大氣泡擴散器微氣泡擴散器7/1/2025水污染控制工程797/1/2025水污染控制工程807/1/2025水污染控制工程817/1/2025水污染控制工程82

2機械曝氣

（1）豎式曝氣機（2）臥式曝氣刷

7/1/2025水污染控制工程837/1/2025水污染控制工程847/1/2025水污染控制工程857/1/2025水污染控制工程867/1/2025水污染控制工程873曝氣設備性能指標（1）氧轉移效率(mgO2/l·h)

（2）充氧能力(kgO2/kW·h)

（3）氧利用效率(%)7/1/2025水污染控制工程884曝氣設備的性能測試原理：以氯化鈷作為催化劑，用還原劑亞硫酸鈉脫氧，然后測試復氧過程中水中溶解氧的濃度，計算總傳質系數Kla和氧的傳遞速率。7/1/2025水污染控制工程89進氣進水7/1/2025水污染控制工程90過程：曝氣筒中注入清水，曝氣10min至飽和，測溶解氧的飽和值，計算水中的氧氣總量和投藥量；投加藥劑，當水中溶解氧為零后，開始曝氣，間隔一定時間取樣分析，至溶解氧為飽和值的95%。計算總傳質系數Kla和氧的傳遞速率。

7/1/2025水污染控制工程91數據處理：總傳質系數：

以t對ln(ρso-ρo)作圖，得一直線，斜率即為Kla值。7/1/2025水污染控制工程92氧轉移速率：(mgO2/l·h)7/1/2025水污染控制工程93動力效率：

式中：V：水的體積

N：輸入功率（kgO2/kW·h）7/1/2025水污染控制工程94（三）曝氣池池型

1推流曝氣池

2完全混合曝氣池分建式合建式

3兩種池型的結合7/1/2025水污染控制工程957/1/2025水污染控制工程967/1/2025水污染控制工程977/1/2025水污染控制工程987/1/2025水污染控制工程99

五活性污泥法的設計計算

1設計內容選定工藝流程；曝氣池容積計算及工藝設計；曝氣系統設計計算；污泥回流系統設計；二沉池池型選擇及計算。7/1/2025水污染控制工程1002設計依據處理水量、一級處理出水后的水質和出水水質。7/1/2025水污染控制工程1013曝氣池容積計算

負荷法

式中：Ns:污泥負荷率(kgBOD5/kgMLSS·d)qv:進水流量

ρso:進水的平均BOD5值

ρx:曝氣池中的污泥濃度7/1/2025水污染控制工程1024曝氣系統（1）需氧量和供氣量的計算對完全混合曝氣池：

式中：V:曝氣池容積

θc:污泥齡

Q:進水流量

Y:合成系數

S0、S:進水、出水有機物濃度

kd:內源呼吸系數7/1/2025水污染控制工程103（2）剩余活性污泥量

（3）需氧量為：7/1/2025水污染控制工程104

（4）空氣量

式中:β：安全系數

23.2%：空氣中氧氣的百分含量

1.201：氧氣的密度

EA：氧的利用率7/1/2025水污染控制工程105

（4）曝氣系統設計

鼓風曝氣系統：空壓機、空氣輸送管和空氣擴散器機械曝氣系統：選擇葉輪的形式和確定其直徑7/1/2025水污染控制工程1065污泥回流系統

回流污泥系統濃度回流污泥量的計算污泥的提升設備選擇污泥泵空氣提升泵螺旋泵7/1/2025水污染控制工程107

6二次沉淀池選池型沉淀池設計計算7/1/2025水污染控制工程108六活性污泥系統的運行管理

1活性污泥的培養與馴化異步培訓法同步培訓法接種培訓法7/1/2025水污染控制工程109異步培訓法

先用糞便水或生活污水培養活性污泥，在污泥成熟后，即可在進水中逐漸增加工業廢水的比例，使分解工業廢水中的微生物得到生長繁殖，不能適應的微生物則逐漸被淘汰，從而使污泥得以馴化，能夠處理某種廢水。7/1/2025水污染控制工程110同步培訓法

在培養的同時就加入水量的工業廢水，并在培養過程中逐漸增加比重，使活性污泥在生長的過程中逐漸適應工業廢水并具有處理的能力。7/1/2025水污染控制工程111接種培訓法

直接從附近污水處理廠或性質類似的工業廢水處理站引來活性污泥，作為種泥進行曝氣培養。7/1/2025水污染控制工程112

2試運行目的：確定最佳的運行條件運行參數：MLSS、Q、供氧量等測定值：SS、ρso

、ρo

、X、SVI、DO……7/1/2025水污染控制工程113

3污泥膨脹正常的活性污泥沉降性能良好，污泥體積指數SVI為50～150，當活性污泥不正常時，污泥不易沉淀，SVI值升高，出水水質惡化，這種現象就是污泥膨脹。污泥膨脹分為：絲狀菌性膨脹和非絲狀菌性膨脹7/1/2025水污染控制工程114絲狀菌性膨脹污泥中絲狀菌過度增長繁殖，絲狀體相互支撐、交錯，大大惡化了污泥的沉降、壓縮性能，形成污泥膨脹。形成原因污水水質運行條件工藝方法7/1/2025水污染控制工程115非絲狀菌性膨脹污泥中含有大量的吸附水，細菌表面包有粘度很高的物質，使污泥的SVI值很高，形成膨脹污泥。主要發生在污水水溫較低而污泥負荷太高時。7/1/2025水污染控制工程116防治措施控制曝氣量，使曝氣池中維持適量的溶解氧（不低于1-2mg/l，不高于4mg/l）；調整pH值；如氮、磷比例失調，可以適量投加含氮、磷的物質；投加化學藥劑；不設初沉池。7/1/2025水污染控制工程1174活性污泥系統經常出現的其它問題污泥解體污泥腐化污泥上浮泡沫問題7/1/20259:30AM水污染控制工程118

第三節生物膜法7/1/20259:30AM水污染控制工程119

生物膜法是污水灌溉和土地處理的人工化和強化。生物膜法的主要設施有：生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池和生物流化床。7/1/20259:30AM水污染控制工程120初沉池生物濾池二沉池進水生物膜法基本流程圖7/1/20259:30AM水污染控制工程1217/1/20259:30AM水污染控制工程122

1構造

（1）濾床由濾料組成，微生物生長于此。常用的濾料有以下兩類：

碎石、碎鋼渣和焦碳等：

d=30～80mm

空隙率45～50%

比表面積65～100m2/m3

濾床高度H=1～2.5m一生物濾池7/1/20259:30AM水污染控制工程123

塑料：比表面積81～340m2/m3

空隙率93～95%

濾床高度H=7～10m

7/1/20259:30AM水污染控制工程1247/1/20259:30AM水污染控制工程125

2布水設備

目的：使污水均勻的分布在整個濾池表面上。

回轉式布水器：使用較多

固定式布水器：使用較少

7/1/20259:30AM水污染控制工程1267/1/20259:30AM水污染控制工程127

3排水系統作用：收集濾床流出的污水和生物膜保證通風支撐濾料

組成：池底、排水假底和集水溝7/1/20259:30AM水污染控制工程1287/1/20259:30AM水污染控制工程129二生物濾池法的流程

普通生物濾池又稱為低負荷生物濾池，具有較好的處理效果，出水水質穩定，但占地面積大、易于堵塞、灰蠅很多、影響環境衛生。后來人們采用新型濾料，革新流程，提高濾池負荷率，采取回流水措施，發展了多種高負荷生物濾池。7/1/20259:30AM水污染控制工程1301單池系統初沉池生物濾池二沉池初沉池生物濾池二沉池7/1/20259:30AM水污染控制工程131

2二級生物濾池系統

初沉池一級濾池二級濾池二沉池初沉池一級濾池二級濾池二沉池二級生物濾池流程圖7/1/20259:30AM水污染控制工程132適用于處理高濃度污水或出水水質要求較高的場合；有機物去除率達90%以上，常能進行硝化作用；造價高，運行費用高，占地面積大。7/1/20259:30AM水污染控制工程133

3塔式生物濾池

構造：塔身、濾料、布水系統以及通風、排水系統

優點：處理能力大占地少耐沖擊負荷能力強

缺點：進水BOD＜500mg/l

回流系統造價高，能耗大維修難7/1/20259:30AM水污染控制工程1347/1/20259:30AM水污染控制工程1351生物膜的形成過程和脫膜更新

初生階段膜逐漸成熟變厚出現厭氧層厭氧層和好氧層保持平衡生物膜脫落三生物濾池的機理7/1/20259:30AM水污染控制工程1362生物膜法的主要特征參與凈化的微生物種類多生物食物鏈長能夠存活世代時間較長的微生物對水質、水量有較強的適應能力污泥沉降性能好能處理低濃度廢水7/1/20259:30AM水污染控制工程1371濾池類型選擇普通生物濾池高負荷濾池塔式濾池

四生物濾池的設計計算7/1/20259:30AM水污染控制工程1382流程選擇初沉池濾池的級數回流選擇（進水有機物濃度較高；水量很少；污水中存在可抑制微生物生長的污染物）7/1/20259:30AM水污染控制工程139

3濾池個數和尺寸的確定

（1）濾床總體積

式中：V:濾床總體積(m3)

ρso:進水BOD5(mg/l)qv:污水日平均流量(m3/d)N:有機負荷率(kgBOD5/m3·d)r:回流比7/1/20259:30AM水污染控制工程140（2）設計參數

普通生物濾池：

H=2m

D=20～35md=30～40mm

q=1～3m3/m2·dN=0.1～0.25kgBOD5/m3·d7/1/20259:30AM水污染控制工程141

高負荷生物濾池：

H=2～4mD=20～35md=75～100mmq=10～30m3/m2·dN=0.8～1.2kgBOD5/m3·d7/1/20259:30AM水污染控制工程142

塔式生物濾池：

H=8～24mD≤4mq=80～200m3/m2·dN=2～3kgBOD5/m3·d7/1/20259:30AM水污染控制工程143（3）濾池表面面積A

式中：H：濾料厚度

Atotal：濾池總表面面積

A：單個濾池的表面面積

n：濾池個數7/1/20259:30AM水污染控制工程144（4）校核水力負荷：

當計算的水力負荷不合適時，應對濾池的表面面積及高度進行修正。7/1/20259:30AM水污染控制工程1454回轉式布水器的設計計算主要內容：確定布水橫管根數和直徑；布水管上的孔口數和位置；布水器的轉速。7/1/20259:30AM水污染控制工程1461生物轉盤的構造組成：轉動軸、