活性污泥法

活性污泥法工艺

作为有较长历史的活性污泥法生物处理系统，在长期的工程实践过程中，根据水质的变化、微生物代谢活性的特点和运行管理、技术经济及排放要求等方面的情况，又发展成为多种运行方式和池型。其中按运行方式，可以分为普通曝气法、渐减曝气法、阶段曝气法、吸附再生法（即生物接触稳定法）、高速率曝气法等。

―、推流式活性污泥法

推流式活性污泥法，又称为传统活性污泥法。推流式曝气池表面呈长方形，在曝气和水力条件的推动下，曝气池中的水流均匀地推进流动，废水从池首端进入，从池尾端流出，前段液流与后段液流不发生混合。其工艺流程图见图2-5-18所示。

在曝气过程中，从池首至池尾，随着环境的变化，生物反应速度是变化的，F/M值也是不断变化的，微生物群的量和质不断地变动，活性污泥的吸附、絮凝、稳定作用不断地变化，其沉降-浓缩性能也不断地变化。

推流式曝气的特点是：①废水浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推

动力较大，效率较高；②推流式曝气池可采用多种运行方式；③对废水的处理方式较灵活。但推流式曝气也有一定的缺点，由于沿池长均匀供氧，会出现池首曝气不足，池尾供气过量的现象，增加动力费用。

推流式曝气池一般建成廊道型，根据所需长度，可建成单廊道、二鹿道或多廊道（见图2-5-18）。廊道的长宽比一般不小于5:1，以避免短路。

用于处理工业废水，推流式曝气池的各项设计参数的参考值大体如下：

BOD负荷(Ns）0.2~0.4kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）0.3~0.6kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr、ts)5~15d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)1500~3500mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

1200~2500mg/L；

污泥回流比(R)25%~50%；

曝气时间(t）4~8h；

BOD5去除率85%~95%。

二、完全混合活性污泥法

完全混合式曝气池，是废水进入曝气池后与池中原有的混合液充分混合，因此池内混合液的组成、F/M值、微生物群的量和质是完全均匀一致的。整个过程在污泥增长曲线上的位置仅是一

个点。这意味着在曝气池中所有部位的生物反应都是同样的，氧吸收率都是相同的。工艺流程见图2-5-19。

完全混合式曝气池的特点是：①承受冲击负荷的能力强，池内混合液能对废水起稀释作用，对高峰负荷起削弱作用；②由于全池需氧要求相同，能节省动力；③曝气池和沉淀池可合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理。

完全混合式曝气池的缺点是，连续进水、出水可能造成短路；易引起污泥膨胀。

本工艺适于处理工业废水，特别是高浓度的有机废水。

用于处理城市废水，完全混合曝气池的各项设计参数的参考值如下：

BOD负荷(Ns）0.2~0.6kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）0.8~2.0kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr)5~15d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)3000~6000mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

2400~4800mg/L；

污泥回流比(R)25%~100%；

曝气时间(t）3~5h；

BOD5去除率85%~90%。

三、分段曝气活性污泥法

分段曝气活性污泥运行模式又称阶段进水活性污泥法或多段进水活性污泥法，其特点是废水沿池长多点进水，有机负荷分布均匀，使供氧量均化，克服了推流式供氧的弊病。沿池长F/M 分布均匀，充分发挥其降解有机物的能力。该法可提高空气利用率，提高池子工作能力，适用各种范围水质。该工艺的不足是，进水若得不到充分混合，会引起处理效果的下降。图2-5-20是分段式曝气法平面布置示意图。

分段曝气法处理工业废水的各项设计参数如下：

BOD负荷(Ns）0.2~0.4kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）0.6~1.0kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr)5~15d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)2000~3500mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

1600~2800mg/L；

污泥回流比(R)25%~75%；

曝气时间(t）3~8h；

BOD5去除率85%~95%。

四、吸附再生活性污泥法

吸附-再生活性污泥法又称生物吸附法或接触稳定法。这种运行方式的主要特点是将活性污泥对有机污染物降解的两个过程一吸附、代谢，分别在各自的反应器内进行。

废水在再生池得到充分再生，具有很强活性的活性污泥同步进入吸附池，两者在吸附池中充分接触，废水中大部分有机物被活性污泥所吸附，废水得到净化。由二次沉淀池分离出来的污泥进入再生池，活性污泥在这里将所吸附的有机物进行代谢活动，使有机物降解，微生物增殖，微生物进人内源代谢期，污泥的活性、吸附功能得到充分恢复，然后再与废水一同进入吸附池。见图2-5-21。

吸附-再生活性污泥法的特点是：①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，由于再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积亦小，吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积；②本方法能承受一定的冲击负荷，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池内的污泥予以补救。

本方法的主要缺点是对废水的处理效果低于传统

活性污泥法；此外，对溶解性有机物高的废水，处理效果差。

本系统处理工业废水的各项设计参数如下：

BOD负荷(Ns）0.2~0.6kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）1.0~1.2kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr)5~15d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)1000~3000mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)再生池

4000~10000mg/L；

吸附池800~2400mg/L；

再生池3200~8000mg/L；

反应时间吸附池0.5~1.0h，

再生池3~6h；

污泥回流比(R)25%~100%；

曝气时间(t）3~6h；

BOD5去除率80%~90%。

五、延时曝气活性污泥法

该工艺又称完全氧化活性污泥法。工艺的主要特点是：有机负荷低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少，且污泥稳定、不需再进行消化处理，这种工艺可称为废水、污泥综合处理工艺。该工艺还具有处理水质稳定性较高，对废水冲击负荷有较强的适应性和不需设初次沉淀池的优点。主要缺点是池容大，曝气时间长，建设费和运行费用都较髙，而且占用较大的土地等。

本工艺（工艺流程图同图2-5-19）适用于对处理水质要求高，又不宜采用单独污泥处理的小型城镇污水和工业废水。工艺采用的曝气池均为完全混合式或推流式。

本工艺处理城镇污水和工业废水所采用的各项设计参数的参考值如下：

BOD负荷(Ns）0.05~0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）0.1~0.4kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr、ts)

20~30d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)3000~6000mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

2400~4800mg/L；

污泥回流比(R)75%~100%；

曝气时间(t）18~48h；

BOD5去除率75%~95%。

从理论上来说，延时曝气活性污泥法是不产生污泥的，但在实际上仍产生少量的剩余污泥，其成分主要是一些无机悬浮物和微生物内源代谢的残留物。

六、高负荷活性污泥法

高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全活性

污泥法。工艺的主要特点是负荷率高，曝气时间短，对废水的处理效果低。在系统和曝气池构造方面，本工艺与传统活性污泥法基本相同。

本工艺处理城市污水和各种工业废水各项设计参

数的参考数值如下：

BOD负荷(Ns）1.5~5.0kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）1.2~2.4kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr、ts)

0.25~2.5d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)200~500mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

160~400mg/L；

污泥回流比(R)5%~15%；

曝气时间(t）1.5~3.0h；

BOD5去除率60%~75%。

七、浅层曝气、深水曝气、深井曝气活性污泥法

1.浅层曝气活性污泥法

浅层低压曝气又名因卡曝气（INKA aeration），是瑞典ka公司所开发的，其原理基于气泡在刚刚形成的瞬息间，其吸氧率最高。如图2-5-22所示。曝气设备装在距液面800~900mm处,可采用低压风机。单位输入能量的相对吸氧量可达最大，它可充分发挥曝气设备的能力。风机的风压约1000mm左右即可满足要求。池中间设置纵向隔板，以利液流循环，充氧能力可达1.80~2.60kg/(kW.h)。工艺缺点是曝气栅管孔眼易堵塞。

2.深水曝气活性污泥法

曝气池内水深可达8.5~30m，由于水压较大，故氧利用率较高；但需要的供风压力较大，因此动力消耗并不节省。近年来发展了若干种类的深水曝气池，主要有深水底层曝气、深水中层曝气，其中包括单侧旋流式、双侧旋流式、完全混合式等。为了减小风压，曝气器往往装在池深的一半，形成液―气流的循环，可节省能耗。当水深超过10~30m时，即为塔式曝气池。见图2-5-23。

3.深井曝气活性污泥法

深井曝气是20世纪70年代中期开发的废水生物处理新工艺。深井曝气处理废水的特点是：处理效果良好，并具有充氧能力高、动力效率高、占地少、设备简单、易于操作和维修、运行费用低、耐冲击负荷能力强、产泥量低、处理不受气候影响等优点。此外，在大多数情况下可取消一次沉淀池，对高浓度工业废水容易提供大量的氧，也可用于污泥的好氧消化。深井曝气装置，一般平面呈圆形，直径大约为1~6m，深度50~150m。在井身内,通过空压机的作用形成降流和升流的流动。见图2-5-24。

采用深井曝气装置处理城市和工业废水设计参数的参考值如下：

BOD负荷(Ns）1~1.2kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）3.0~3.6kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr)5d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)3000~5000mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

2400~4000mg/L；

污泥回流比(R)40%~80%；

曝气时间(t）1~2h；

BOD5去除率85%~90%。

八、纯氧曝气活性污泥法

纯氧曝气又称富氧曝气，与空气曝气相比，具有以下几个特点：

(1）空气中含氧一般为21%，一般纯氧中含氧为90%~95%，而氧的分压纯氧比空气高4.4~4.7倍，因此纯氧曝气能大大提高氧在混合液中的扩散能力；

(2）氧的利用率可髙达80%~90%，而空气曝气活性污泥法仅10%左右，因此达到同等氧浓度所需的气体体积可大大减少；

(3）活性污泥浓度(MLSS)可达4000~7000mg/L，故在相同有机负荷时，容积负荷可大大提高；

(4）污泥指数低，仅100左右，不易发生污泥膨胀；

(5）处理效率高，所需的曝气时间短；

(6）产生的剩余污泥量少。

纯氧曝气池有三类：①多级密封式，氧从密闭顶盖引入池内，污水从第一级逐级推流前进，氧由离心压缩机经中空轴进入回转叶轮，它使池中污泥与氣保持充分混合与接触，使污泥能极大地吸收氧，未用尽的氧与生化反应代谢产物从最后一级排出；②对旧曝气池进行改造，池上设幕蓬，既通入纯氧，又输入压缩空气，部分尾气外排，也可循环回用；③敞开式纯氧曝气池。见图2-5-25。

BOD负荷(Ns）0.4~1.0kgBOD5/(kgMLSS.d)

容积负荷(Nv）2.0~3.2kgBOD5/(m3.d)

污泥龄(生物固体平均停留时间)(θr、ts)

05~15d；

混合液悬浮固体浓度(MLSS)6000~10000mg/L；

混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)

4000~6500mg/L；

污泥回流比(R)25%~50%；

曝气时间(t）1.5~3.0h；

溶解氧浓度（DO）6~10mg/L；

剩余污泥生成量（ES）0.3~0.45kgTSS/kgBOD去除；

污泥容积指数（SVI）30~50。

九、氧化沟工艺

氧化沟作为传统活性污泥法的变型工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形，由于污水和活性污泥混合液在渠内呈循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称环行曝气池”。流程形式见图2-5-26。

氧化沟的工艺运行特点主要有以下几方面。

(1）预处理得到简化

由于氧化沟的水力停留时间和污泥龄一般较其他

生物处理法长，因此悬浮有机物和溶解性有机物可同时得到较彻底的去除，因而经氧化沟处理后的剩余污泥已得到高度稳定。所以氧化沟通常不必设初沉池，也不需要进行厌氧硝化，可直接进行浓缩与脱水。(2）占地小

由于在工艺流程中省去了初沉池、污泥消化系统，甚至还省去了二沉池和污泥回流装置，因此污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小。

(3）流态的特征呈推流式

由于环形曝气的特点，使氧化沟具有推流特性，溶解氧浓度在沿池长方向呈浓度梯度，并形成好氧、缺氧和厌氧条件，

因此通过合理的设计与控制，氧化沟系统可以取得较好的除磷脱氮效果。

(4）取消二沉池使工艺更简化

通过将氧化沟和二沉池合建的一体设计形式，可取消二沉池，从而可大大简化处理流程。

同活性污泥法一样，氧化沟的型式和构造也是多种多样的，自从第一座氧化沟问世以来，氧化沟已演变成多种工艺方法和设备。按构造和运行特征以及不同的发明者和专利情况，氧化沟可分为如下几种有代表性的类型：

①卡鲁塞尔氧化沟

主要应用立式低速表面曝气器供氧并推动水流前进，为适应脱磷脱氮的要求，目前又开发了卡鲁塞尔2000等类型的氧化沟；

②交替式氧化沟

主要是双沟（D）式氧化沟，即双沟式交替地在好氧和沉淀的状态下工作，以免除分离式的二次沉淀池，并可完成硝化与反硝化。但由于双沟式氧化沟设备闲置率较高（大于50%)，因此又开发了三沟式（T型〗氧化沟，从而提高了设备利用率（大于58.3%)；

③Orbal氧化沟

为多个同心的沟渠组成，污水从外沟依次流入内沟。各沟内有机物浓度和溶解氧浓度均不相同，因此可实现脱氮除磷的目的；

④一体化氧化沟

将氧化沟和二沉池合为一体的氧化沟，该工艺可节省污泥回流系统和基建投资；

⑤其他类型氧化沟

包括射流曝气（JAC）系统、U-型化沟和采用微孔曝气的逆流氧化沟等。

目前氧化沟工艺在国内外均有较多应用，是活性污泥法中应用较多的工艺流程。

十、序批活性污泥法

序批活性污泥法又称SBR法，由于运行中采用间歇式的形式，因此每一反应池是一批一批地处理污水，故此得名。由于SBR运行操作的高度灵活性，在大多数场合都能代替连续活性污泥法，实现与之相同或相近的功能。改变SBR的操作模式，就可以模拟完全混合式和推流式的运行模式。在反应阶段，随着时间的推移，反应池中的有机物被微生物降解，废水浓度越来越低，非常类似稳态推流式，只不过这是一种时间意义上的推流。如果进水期很长，反应池中废水的有机物在这个时期累积程度非常小，那么这种情况就接近于完全混合式。

与连续流相比，SBR有许多优点，具体有以下几点。(1）运行管理简单

系统控制硬件如电动阀、气动阀、电磁阀、液位传感器、流量计、时间控制器及微电脑已产品化，能够为SBR系统提供

可靠的自动化控制，大大缩短了管理人员的操作时间，甚至可以实现无人化管理。

(2）降低了造价，减少占地由于SBR将曝气与沉淀两个过程合并在一个构筑物中进行，不需要二次沉淀池和污泥回流系统，甚至在大多数情况下可以不设初次沉淀池，所以占地面积可缩小1/3~1/2，基建投资节省20%~40%。

(3）耐冲击负荷

SBR充水时可作为均化池，对水质、水量的变化具有调节作用。在采用长时间进水和每周期换水体积很小的运行模式时，SBR可以模拟完全混合式流态，对进水有稀释作用，这也是SBR 耐冲击负荷的一个原因。

(4）出水水质好

主要原因是：第一，SBR系统可随时调整运行周期和反应曝气时间等的长短，使处理水达标后才排放；第二，沉淀是在静止条件下进行的，没有进出水的干扰，泥水分离效果好，可避免短路、异重流的影响；第三，可根据泥水分离情况的好坏控制沉淀时间，使出水SS最少；第四，SBR不仅可以处理一般有机物，还可以去除氮、磷等营养物，某些难降解物也可得到降解。

(5）可抑制活性污泥丝状菌膨胀

废水进入反应池后，浓度随反应时间而逐渐降低，因此，存在有机物的浓度梯度。这一浓度梯度的存在对于抑制丝状菌膨胀，保持良好的污泥性状，具有重要作用。从另一方面看，缺氧、

好氧状态并存，能够抑制专性好氧丝状菌的繁殖。研究和工程应用表明，SBR污泥的SVI值多在100左右，能有效地抑制丝状茵污泥膨胀。(6）脱氮除磷

适当控制运行条件，SBR系统可在不投加任何化学药剂的情况下，同时去除氮、磷等营养物，十分简便。