水质工程：传统活性污泥法系统工艺设计计算
国家精品课程《水污染控制工程》3-活性污泥法
第四章、污水的生物处理
教学要求
1、掌握活性污泥法的基本原理及其反应机理 2、理解活性污泥法的重要概念与指标参数：如活性 污泥、剩余污泥、MLSS、MLVSS、SV、SVI、Qc、 容积负荷、污泥产率等。 3、理解活性污泥反应动力学基础及其应用。 4、掌握活性污泥的工艺技术或运行方式； 5、掌握曝气理论。 6、熟练掌握活性污泥系统的计算与设计； 时间安排 20h（其中机动2h）
7
后生动物(主要指轮虫），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳 定的标志。因而利用镜检生物相评价活性污泥质量与污水处 理的质量。
• 思考题：后生动物的出现反映了处理水质较好，因此能否说 明出水氨氮较低，氨氮在生物处理过程中被硝化？
③微生物增殖与活性污泥的增长：
a、微生物增值：在污水处理系统或曝气池内微生物的增殖规 律与纯菌种的增殖规律相同，即停滞期（适应期），对数期， 静止期（也减速增殖期）和衰亡期（内源呼吸期）。
③泥龄（Sludge age）Qc：生物固体平均停留时间或活性污泥在 曝气池的平均停留时间，即曝气池内活性污泥总量与每日排 放污泥量之比，用公式表示：θc＝VX/⊿X＝VX/QwXr 。式中： ⊿X为曝气池内每日增长的活性污泥量，即要排放的活性污泥 量。
Qw为排放的剩余污泥体积。 Xr为剩余污泥浓度。其与SVI的关系为(Xr) max＝106 /SVI • Qc是活性污混处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也 具重要意义。因为不同泥龄代表不同微生物的组成，泥龄越 长，微生物世代长，则微生物增殖慢，但其个体大；反之， 增长速度快，个体小，出水水质相对差。 Qc长短与工艺组合 密切相关，不同的工艺微生物的组合、比例、个体特征有所 不同。污水处理就是通过控制泥龄或排泥，优选或驯化微生 物的组合，实现污染物的降解和转化。
污水处理设计计算
污水处理设计计算引言概述在现代城市生活中，污水处理是一项重要的环保工作。
合理的污水处理设计计算是确保污水处理设施运行效率和效果的关键。
本文将介绍污水处理设计计算的相关内容，包括设计原则、设计参数、设备选型、运行维护和效果评估等方面。
一、设计原则1.1 确定处理工艺：根据污水性质和处理要求，选择适合的处理工艺，如生物处理、物理化学处理等。
1.2 确定处理规模：根据污水产生量和质量，确定处理设施的处理规模，包括处理能力和处理效果。
1.3 确定处理流程：根据处理工艺和处理规模，设计合理的处理流程，包括进水处理、主处理和出水处理等环节。
二、设计参数2.1 污水水质参数：包括COD、BOD、氨氮、总磷等参数，根据不同水质参数确定处理工艺和设备。
2.2 处理设施参数：包括处理设施的设计流量、停留时间、曝气量等参数，确保设施运行效果。
2.3 出水标准参数：根据国家环保标准和地方要求，确定出水的水质标准，保证出水符合排放标准。
三、设备选型3.1 污水处理设备：根据处理工艺和处理规模，选择适合的污水处理设备，如曝气器、混合器、除磷装置等。
3.2 设备布局设计：根据处理流程和设备选型，设计合理的设备布局，确保设备运行效率和维护便捷。
3.3 设备运行参数：根据设备选型和设计参数，确定设备的运行参数，包括曝气量、搅拌速度、投加药剂量等。
四、运行维护4.1 设备运行监控：定期监测处理设施的运行情况和水质参数，及时调整设备运行参数，确保设施稳定运行。
4.2 设备维护保养：定期对处理设施进行维护保养，清理设备、更换滤料、修复漏水等，延长设备使用寿命。
4.3 应急处理措施：制定应急处理方案，处理设施浮现故障或者异常情况时，及时采取措施，防止污水泄漏或者排放超标。
五、效果评估5.1 出水水质检测：定期对出水进行水质检测，检测出水是否符合排放标准，评估处理效果。
5.2 处理效率评估：根据处理设施的运行情况和水质参数，评估处理效率和运行效果，及时调整处理工艺和设备。
水污染控制工程_第十二章_ 活性污泥法
第一节 基 本 概 念
什么是活性污泥？
由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及 吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、 具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。
活性污泥的性质
颜色 味道 状态 相对密度 比表面积
黄褐色
土腥味
似矾花絮绒颗粒
曝气池混合液：1.002～ 1.003
Lawrence、McCarty导出的活性污泥数学模型
第四节 气体传递原理和曝气设备
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物，也 就是活性污泥；
二是污水中的有机物，它是处理对象，也是 微生物的食料；
回流污泥
RQ、Se、XR
系统边界
剩余污泥
QW、Se、XR
完全混合活性污泥法系统的典型流程
二、劳伦斯和麦卡蒂 （Lawrence－McCarty)模型
c (QQW） XXV eQWXR
污泥龄（SRT）
SRT：曝气池中污泥全部更新一次所需 要的时间。
（一）在稳态下，作系统活性污泥的物料平衡：
Q 0 （ X [Q Q W ） X Q e W X R ] （ d d)g X V t 0
▪ 在一定的污泥量下，SVI反映了活性污泥的凝聚沉淀性。 如SVI较高，表示SV值较大、沉淀性较差；如SVI较小，
污泥颗粒密实，污泥无机化程度高，沉淀性好。但是，
如SVI过低，则污泥矿化程度高，活性及吸附性都较差。
▪ 通常，当SVI为100~150，沉淀性能良好；而当SVI
＞200时，沉淀性较差，污泥易膨胀。但根据废水性 质不同，这个指标也有差异。如废水溶解性有机物含
量高时，正常的SVI值可能较高；相反，废水中含无机
《水污染控制工程》第三章 活性污泥法
• 式中:
• Ma——具有代谢功能活性的微生物群体（细菌,真菌, 原生动物,后生动物）；
• Me——代谢产物； • Mi——活性污泥吸附的难降解惰性有机物； • Mii——活性污泥吸附的无机物。
活性污泥的物质组成与性状是随环境而 变化的，对评价系统运行情况和处理功效具 有重要的意义。
活性污泥法基本概念：
根据（3-1）式得：
c
VX X
（3-2）
c
QW
Xr
VX （Q QW）X e
（3-3）
在一般条件下，Xe值极低可忽略不计，上式可简化为:
c
VX QW X r
（3-4）
Xr值是从二沉池底部流出,回流至曝气池的污泥浓度,即剩余污泥浓度:
（X
）
r max
10 6 SVI
（3-5）
活性污泥降解污水中有机物的过程
构成 活性污泥法的三个要素
一是引起吸附和氧化分解作用的微生物， 也就是活性污泥；
二是废水中的有机物，它是处理对象，也 是微生物的食料；
三是溶解氧，没有充足的溶解氧，好氧微生 物既不能生存，也不能发挥氧化分解作用。
活 性 污 泥 法 的 基 本 流 程
活性污泥法的基本流程
初沉池
去除污水中大颗粒的悬浮物质，根据废水的特性不同，有 时可以省去。
普通活性污泥法城市污水：SV取30%； SV能够反映曝气池运行过程中的活性污 泥量，可以调节剩余污泥排放量； 是活性污泥处理系统重要的运行参数， 是评定活性污泥数量和质量的重要指标。
评价活性污泥的重要指标—污泥沉降性能
为什么用30min沉降时间？
正常的活性污泥在30min内即可完成絮凝沉淀和成层 沉淀，并进入压缩沉淀过程；
《水质工程学》教学大纲
《水质工程学》教学大纲课程名称：《水质工程学》课程英文名称： Water and Wasterwater Treatment Engineering 总学时： 152学时；授课学时： 132学时，实验：20学时学分： 8.0分开课单位：市政环境工程学院市政工程系适用专业：给水排水专业及其他有关专业主要先修课程：水分析化学、水微生物学、水力学、泵与泵站等开课学期：第6学期选用教材：《水质工程学》，中国建筑工业出版社一．本课程的教学目的、基本要求及其在教学计划中的地位《水质工程学》是水工艺与工程专业的重要主干课。
它是围绕着水的性质、给水和污水的水质特征与水质指标、水体污染及危害、改善水质的工程学原理、设计计算方法、各种水处理的理论、方法、技术以及各种给水和污水处理系统而展开的。
本课程的主要任务是：1．使学生全面系统地了解水的性质、给水和污水的水质特征与水质指标、水体污染及危害与自净等基本概念与理论；2．使学生较扎实地掌握水的各种处理的基本概念、基本理论、基本方法及其发展状况；3．使学生基本掌握各种水处理的工程技术与方法、应用条件，以及新工艺与新技术，为将来从事本专业的工程设计、科研及运行管理工作等奠定必要的理论和应用基础。
4.培养学生具有设计、计算水质工程中的各构筑物、工艺系统的初步能力以及初步掌握水质工程经济设计的概念。
本课程的基本要求1．了解水的性质、饮用水水质与水质标准及其与人体健康的关系等；2．了解水的污染指标、污水特性、我国的污水排放标准和污水处理现状与发展等、污水处理的目标和我国现行法规对污水处理技术提出的要求；3．掌握水体（河流、湖泊、海洋、地下水等）污染的规律和危害、及其自净过程，水体质量评价及水污染防治措施等；4．加深对水处理工艺中反应器概念的理解，全面系统地掌握水的物理、化学、物理化学、生物处理法以及污泥处理与处置的基本概念、基本理论与基本方法；5．基本掌握城市水处理工程和工业企业水处理工艺技术、方法以及新工艺与新技术的应用条件，为进一步学习其他专业课奠定理论基础，培养学生具有水处理工程的设计、运行管理与科学研究的基本能力。
污水处理厂设计计算说明书
目录摘要 (1)Abstract (1)设计说明书1. 工程概况 (2)1.1. 自然条件 (2)1.2. 进厂污水 (3)1.3. 出水水质要求 (3)2. 主工艺比选 (3)2.1. 污水水质分析 (4)2.2. 可选工艺 (5)2.2.1. 传统A2/O工艺 (5)2.3. 主工艺确定 (5)3. 工艺流程设计说明 (6)3.1. 一级处理设计说明 (6)3.1.1. 中隔栅 (6)3.1.2. 细格栅 (6)3.1.3. 沉砂池 (7)3.1.4. 污水提升泵房 (7)3.3. 污泥处理系统设计说明 (8)3.3.1. 储泥、搅拌、提升 (8)3.3.2. 污泥浓缩脱水车间 (8)3.4. 加药系统设计说明 (9)3.4.1. 加药（碱度补充）系统 (9)4. 污水厂布置说明 (9)4.1. 整体布局 (10)4.2. 办公生活区 (10)4.3. 污水处理区、动力区 (10)4.4. 污泥区、加药区 (10)摘要本工程为城市污水处理厂工艺设计（7万m3/d），地处，日处理城市污水7万方。
进厂污水氮含量较高，磷含量正常，污水处理重在脱氮，兼顾除磷。
本工程采用不设初沉池的三沟不等体积A2O工艺，采用新型的8阶段同步脱氮除磷运行模式，较传统的6阶段模式强化了除磷功能，减小了边沟体积从而减少了厌氧释磷量，具有良好的脱氮除磷效果。
三沟交替运行，构筑物集中个数少，无需初沉池二沉池；抗冲击负荷能力强，出水水质稳定，污泥稳定无需消化。
本工程采用水下推流器和薄膜微孔曝气器组合的复合曝气模式，突破了氧化沟的深度限制，达到6m，提高了氧利用效率，节能省地。
污水经过中细格栅、沉砂池等一级处理和A2O二级处理后达到排放标准，直接排放或回用。
本工程处理效果好，能耗低，厂构筑物集约，自动化程度高，管理方便。
AbstractThis projiect is "Jinan wastewater treatment factory technological design (70000m3/d) ". This project locates at Jinan in Shanxi province . Entering factory sewage nitrogen content is higher, the phosphor content is normal, the wastewater treatment is heavy to be taking off nitrogen, gives attention to both in phosphor.This project adoption doesn't establish three ditches that the beginning sinks pond not to wait the physical volume A2O type to oxidize a ditch craft and adopt new of 8 stages synchronously take off nitrogen the phosphor circulates mode, besides which, more traditional of 6 stage modes enhanced in addition to phosphor function, let up the side ditch physical volume to reduce to be disgusted with oxygen to release amount of Lin thus, had to goodly take off nitrogen in addition to phosphor effect. the water fluid matter stabilizes, dirty mire's stabilizing don't need digest.This engineering adoption underwater pushes to flow a tiny bore Pu spirit machine of machine and thin film to combine of compound Pu spirit mode, broke the depth restriction of oxidizing the ditch, raised oxygen to make use of an efficiency, economize on energy ground in the province.Sewage through medium thin space grid, sink sand pond etc. an attain exhaustion standard after oxidizing the second class processing of ditch, directly emissions or time is used.This engineering handles effective, can consume low, construct a thing inside the factory intensive, automate degree Gao, manage convenience.设计计算说明书1.工程概况1.1.自然条件本工为“城市污水处理厂工艺设计”，工程所在地为地区，工程所在地的人口、自然、气象、地址条件如下：1、设计人口（近期）46万人。
水质工程学计算题题型及相关计算公式
《水质工程学》计算题题型、相关计算公式及习题一、化学反应动力学 1、反应器水力停留时间计算完全混合间歇式反应器CMB)ln(10iC C k t =完全混合连续式反应器 CSTRnt T kt C C t Q V C C k t nn i⨯=+=⨯=-=)11()1(100活塞流式反应器（推流式反应器） PF)ln(10iC C k t =【题型举例】1、已知化学反应符合一级反应动力学，要求经过反应后某污染物质浓度下降90%，反应速率k =0.45min -1，若采用理想CSTR 型反应器，需要多少反应时间？若采用PF 反应器需要多少反应时间？2、已知化学反应符合一级反应动力学，要求经过反应后某污染物质浓度下降99%，反应速率k =0.45min -1，若采用恒流搅拌串联型反应器，已知串联级数是3级，求污水在该串联型反应器系统中的水力停留时间。
3、已知进入反应器的废水量为Q=4000m 3/d ，进水浓度为C 0=100mg/L ，要求经处理后的出水浓度C e ≤20mg/L 。
假定反应器中的反应为一级反应，反应速率常数K=0.8d-1。
试比较下列四种系统所需的反应器总容积。
（1）单级完全混合反应器（CSTR ）（2）两级串联完全混合反应器（CSTR ）（3）四级串联完全混合反应器（CSTR ） （4）推流式反应器（PF ） 4、（1）设物料i 分别通过CSTR 型和PF 型反应器进行反应，进水和出水中I 浓度之比为C 0/C e =10，且属于一级反应，k=2h -1。
水流在CSTR 型和PF 型反应器内各需多少停留时间？（注：C 0—进水中i 初始浓度；C e —出水中i 浓度） （2）若采用4只CSTR 型反应器串联，其余条件同上。
求串联后水流总停留时间为多少？5、液体中物料i 浓度为200mg/L ，经过2个串联的CSTR 型反应器后，i 的浓度降至20mg/L 。
液体流量为5000m 3/h ；反应级数为1；速率常数为0.8h -1。
水污染控制工程课程设计任务书
水污染控制工程课程设计任务书一、设计题目: 污水处理厂设计二、设计内容:某小区的生活污水量为 1000 m3/d, 变化系数为 2.07 , CODCr 420 mg/l, BOD5 200 mg/l, SS 370 mg/l, 处理后出水排入Ⅲ类水体中。
通过上述参数设计一污水处理厂。
未提供的参数按照设计规范自行选取。
根据上述参数完成污水处理厂的设计计算书及相关图纸绘制。
三、设计要求:1. 设计计算书主要内容:（1）设计依据: 设计任务和基础资料。
（2）各主要构筑物的设计参数、计算公式、计算过程与结果, 主要设备的设计选型计算、规格等。
2. 绘制图纸:绘制高程图, 平面布置图及主反应池（1号图纸）。
3. 设计时间：贵州大学20010～2011年度第一学期第2周四. 设计计算说明书和图纸均鼓励采用计算机制作。
五. 参考文献水污染控制工程（下）, 高廷耀, 高等教育出版社排水工程（下）, 张自杰, 中国建筑工业出版社给水排水设计手册（第五分册）, 第二版, 中国建筑工业出版社一、水量计算:Q=1000 /d, = 200 mg/l, 420 mg/l, 370 mg/l, 水温10℃~20℃ 日变化系数: 0.112.7z K Q=2.07 最高日水量z Q =2.07×1000 =2070m 3/d=0.02395m 3/s 执行GB 18918—2002 中二级标准(mg/l): BOD 5 -- 30 COD -- 100 SS -- 20 二、处理工艺设计:由于污水的水质较好, 污水处理工程没有脱氮除磷的特殊要求, 主要的去处目标是BOD5, 重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标, 针对以上特点, 以及出水要求, 现有城市污水处理技术的特点, 即采用传统活性污泥法工艺处理本设计采取活性污泥法二级生物处理, 曝气池采用传统的推流曝气池。
污水处理流程设计:污水的处理工艺流程如下图:污水 → 格栅 → 污水泵房 → 沉砂池 → 初沉池 →曝气池→ 调节池→ 消毒池 → 出水 污泥浓缩池 污泥外排四、曝气池设计4.1污水处理程度计算:曝气池主要设计参数类 别污泥负荷/[kg/(kg*d)]污泥浓度/(g/L)容积负荷/[kg/(m3*d)]污泥回流 比/%总处理效 率/%普通曝气0.2--0。
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18.6.5 二次沉淀池 （池型选择、表面积、个数、有效水深和污泥区容积计算等）
18.7 活性污泥法系统的运行管理
18.7.1 活性污泥法的培养及驯化 试运行：活性污泥的培养、运行参数的确定和运行管理制度的 建立和完善。 活性污泥的培养：直接培养、接种培养和接种驯化。
另外，通过对活性污泥曝气池进行物料衡算，可以 得到污泥回流比和泥龄的关系式：
XV QRXrc Xc (Q RQ)
R 1 (1 V • 1 )
( X r 1) Q c
X
2.污泥回流提升设备 污泥泵、螺旋泵和空气提升器。
3.剩余污泥排除 （1）按污泥龄计算
X VX
c
（2）按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性 悬浮物计算
18.6 传统活性污泥法系统工艺设计计算
18.6.1 设计内容
（1）确定设计污水量、进出水水质、设计水温等； （2）合理选择工艺流程，选定曝气池、二沉池池型及曝气 设备； （3）确定曝气池容积计算方法和设计参数，进行曝气池设 计计算； （4）需氧量、供气量以及曝气系统的设计计算；
（5）回流污泥量、剩余污泥量与污泥回流系统的设计计算；
Kdt = Kd 20 (T )T 20 T ---- 温度系数，采用1.02~1.06。
18.6.3 曝气系统设计计算
1. 需氧量与供氧量的计算
需氧量:
0.3~0. 6
0.05~0. 1
O2 aQ (S0 Se ) bV X
供氧量:
O
s
[βρC
O
S(T
C
2
)
s(20)
C ]1.024(T
20)
18.7.3 丝状菌膨胀及控制 （1）污水水质 （2）运行条件 （3）工艺方法
18.7.4 活性污泥法运行中的异常情况（见表18-8）
（1）过高的污泥浓度会改变混合液的粘滞性，增加扩散阻 力，供氧的利用率下降，能耗增加；
（2）曝气池污泥浓度受污泥回流比R和污泥指数SVI的影响；
2. 污泥泥龄计算法（经验+理论） （劳伦斯-麦卡蒂方程的动力学计算公式）
V = 24 QYc (S0 - Se ) 1000 Xv (1+ Kd c )
② 对曝气转刷，则为单个转刷的直径和长度，以及转刷的数量；
③ 应设有调节叶轮（转刷、转碟）速度或淹没水深的措施。
18.6.4 污泥回流系统及剩余污泥排除设计计算
（包括回流污泥量的计算、回流污泥提升设备的选择及计算 和剩余污泥量的计算）
1. 回流污泥量的计算
Xr
=
106 SVI
r
R X Xr X
QR = RQ
2. 鼓风曝气设备的设计计算
（1）供气量计算与鼓风曝气规格数量的确定
O
s
[βρC
O C2 s(20) S(T ) C ]1.024(T 20)
G
s
Os 0.28EA
•100(m3
/
h)
鼓风曝气系统中，压缩空气所需的绝对风压P：
P h1 h2 h3 h4 h5
鼓风曝气系统中，压缩空气所需的相对风压P：
（2）空气扩散装置（曝气器）的选择与布置
（3）空气管道的布置与计算
注：
① 总干管及支管中空气流速一般取10~15m/s，小支管和竖管中空气
流速一般取4~5m/s；
② 曝气池的空气立管管顶应高出曝气池水面0.5m以上； ③ 空气管道的管径、阻力损失等具体计算参阅《给水排水设计手册》
（第五册）：《城镇排水》等。
80~90 80~90
SVI
混合液经30min静沉后的污泥容积 这些污泥的干重
SV % M
10(m l/l)(m LSS(g/l)
l/g干污泥)
Xr
=
106 SVI
r
X
=
R 1+ R
Xr
=
R 1+ R
•
106 SVI
r
采用较高的污泥浓度能够减少曝气池容积，但也会带来 一些负面影响，污泥浓度的确定应综合考虑各项因素。
P h1 h2 h3 h4
注：
① 中小型污水处理厂选用罗茨风机较多，大中型污水处理厂选用离心风 机较多。噪声要达到《工业企业噪声卫生标准》和《城市区域环境噪 声标准》。
② 工作风机数量≤3台时，备用1台；工作风机数量＞3台时，备用2台。 ③ 按设计配置的最大机组考虑； ④ 核算各种工况条件，并有调节风量的装置。
%
%
0.2~0.4 1.5~2.5 0.4~0.9
25~75
90~95
阶段曝气 0.2~0.4 1.5~3.0 0.4~1.2
25~75
85~95
吸附再生曝气 0.2~0.4 2.5~6.0 0.9~1.8 合建式
完全混合曝气 0.25~0.5 2.0~4.0 0.5~1.8
50~100 100~400
18.7.2 活性污泥运行过程的检测与控制
类别 运行基本参数
活性污泥状态 环境条件 处理效果
检测与控制项目 进水流量、污泥负荷、回流污泥量、剩余污泥量、动力设备电耗 等 污泥浓度、污泥沉降比、污泥指数、微生物镜检等
pH值、溶解氧、水温、氮、磷等 进出水COD、BOD5、SS、氨氮、磷及不同类型废水的特征控制 指标
3. 机械曝气设备的设计计算
（1）曝气设备类型的选择及规格数(20) S(T ) C ]1.024(T 20)
Os 0.379v0.28 D 1.88 K
注：
① 对曝气叶轮，主要确定叶轮的直径和数量，叶轮的直径与曝气池 的直径之比1:3~1:7，叶轮线速度在3.5~5.0m/s之间效果较好；
（6）二沉池的设计计算；
18.6.2 曝气池（区）容积计算 （去除有机物为主的传统活性污泥法）
1. 污泥负荷计算法（纯经验公式）
V
24Q (S0 Se ) 1000L sX
传统活性污泥法去除碳源污染物的主要设计参数
类别 普通曝气
Ls
X
kg/(kg•d) g/L
Lv
污泥回流比 总处理效率
kg/(m3•d)