水污染控制工程：第四章 污水的好氧生物处理--活性污泥法2除磷脱氮工艺设计
脱氮除磷活性污泥法工艺
提高水质：脱氮除磷活性污泥法可以有效去除废水中的氮、磷等污染物，提高水质。
促进水生态平衡：通过脱氮除磷活性污泥法处理废水，可以减少废水对水生态平衡的破坏。
降低环境污染：脱氮除磷活性污泥法可以减少废水中的污染物排放，降低环境污染。
促进可持续发展：脱氮除磷活性污泥法是一种可持续发展的污水处理技术，具有很好的经济效 益、社会效益和环境效益。
工艺流程：简单，易于操作 脱氮除磷效果显著 去除有机物效率高 适应性强，可处理各种类型的污水
适用于处理城 市污水、工业 废水和自然水
体
在不同的脱氮 除磷活性污泥 法工艺中，适 用范围和条件
也不同
一般情况下， 脱氮除磷活性 污泥法适用于 处理低浓度、 大水量的废水 或处理高浓度、 高负荷的废水
处理效果受水 质、水量、温 度、pH值等因
脱氮除磷活性污泥法的基本 原理
脱氮除磷活性污泥法的工艺 特点
脱氮除磷活性污泥法的应用 范围
曝气池：将活性污泥与废水混合，进行好氧反应 缺氧池：进行反硝化反应，去除硝酸盐和亚硝酸盐 沉淀池：分离固体和液体，去除污泥中的污染物 回流泵：将部分污泥回流到曝气池，维持污泥浓度和活性 出水：经过处理后的废水达标排放
起源：20世纪80年代
背景：为了解决水体富营应用领域：污水处理、水体修 复等领域
起源：20世纪 80年代
应用领域：污水 处理领域
发展趋势：逐渐 被广泛应用
技术突破：近年 来技术不断得到 改进和完善
当前应用广泛，技术成熟 未来发展方向：提高脱氮除磷效率、减少污泥产生、降低成本 技术创新：开发新型脱氮除磷工艺，提高处理效率 政策支持：政府加大对脱氮除磷技术的支持力度
素影响较大
城市污水处理厂： 去除氮、磷等污 染物，提高水质
脱氮除磷活性污泥法
备注
h-缺氧池有效水深，m S1单-单组曝气池有效积，m2
B-缺氧池总宽宽度，m
缺氧池分隔格数 格
单组缺氧池长度，m
水池超高 m 取值0.5-1
缺氧池总高度 m
输入 6
26.20827489
157.2496493 3
52.41654978 60.27903225
备注
1m³废水所需功率，W/m³ 取值一般在5-10W/m³ V2单-单组缺氧池容积，m³
qdn,T-温度T℃反硝化速率。(kgNO3-N)/(kgMLVSS·d) V2=NT×1000/qdn,T×Xv
备注 qdn,T-温度T℃反硝化速率。(kgNO3-N)/(kgMLVSS·d) NT-需要去除(还原)的硝酸氮量，kg(NO3-N)/d (注意：此处为kg/d) Xv-挥发性悬浮固体浓度 MLVSS,kg/m³ V2-缺氧池容积 m
θc=θcm×F
θcm=1/μn
输入
备注
0.655441125 μn-硝化速率，d-1
3.5
F-设计安全系数 此处为城镇污水在1.5-3.0之间，工业废水实验确定
1.525690046 θmc-硝化反应所需最小泥龄。d
5.33991516 θc-设计污泥泥龄。 d V1=YθcQ(S0-Se)/Xv（1+Kdθc）
指标 P-所在地区大气压力。Pa
α-氧总转移系数，α=0.85
ρ-海拔高度差压力修正系数，
β-氧在污水中饱和溶解度修正系数，β=0.95
ρ
ρ-因海拔高度的不同引起的压力修正系数，
C-曝气池内平均溶解氧浓度，mg/l，取C=2mg/l.
设计水温曝气池内溶解氧
Csb(T)-设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度，mg/l，最不利温度（取30℃）
城镇污水处理厂工艺设计(生物脱氮除磷工艺)水污染课程设计精品
目录1．设计任务书 (3)2.设计说明书 (4)2.1 工程概况 (4)2.2污水处理厂设计规模及污水水质 (5)2.2.1 设计规模 (5)2.2.2 污水水质及污水处理程度 (5)2.3 污水处理厂工艺设计 (5)2.3.1污水处理工艺设计要求 (5)2.3.2污水处理工艺选择 (6)2.3.3污泥处理工艺选择 (10)2.4 污水处理厂工程设计 (12)2.4.1污水处理厂总平面设计 (12)2.4.2污水处理厂总高程设计 (15)2.5 各主要构筑物及设备说明 (16)2.5.1粗格栅间 (16)2.5.2水提升泵房 (17)2.5.3细格栅间 (17)2.5.4曝气沉砂池 (18)2.5.5氧化沟 (18)2.5.6二沉池 (19)2.5.7 接触池 (19)2.5.8加氯间 (20)2.5.9污泥回流泵房 (20)2.5.10污泥浓缩池 (21)2.5.11污泥脱水间 (21)2.5.12其他建筑物 (21)3.设计计算书 (22)3.1 设计依据 (22)3.2设计流量 (22)3.3格栅设计 (23)3.3.1设计参数 (23)3.3.2设计计算 (23)3.4曝气沉砂池 (28)3.4.1设计参数 (28)3.4.2设计计算 (28)3.5氧化沟 (30)3.5.1设计参数 (30)3.5.2设计计算 (30)3.6辐流式二沉池 (36)3.6.1设计参数 (36)3.6.2 设计计算 (36)3.7消毒池 (38)3.7.1设计参数 (38)3.7.2 设计计算 (38)3.8液氯投配系统 (39)3.8.1设计参数 (39)3.8.2设计计算 (39)3.9计量堰 (39)3.10泥回流泵房 (40)3.11浓缩池 (40)3.12泥脱水间 (41)4.污水厂成本概算 (41)4.1 水厂工程造价 (41)4.1.1 计算依据 (41)4.1.2 单项构筑物工程造价计算 (41)4.2 污水处理成本计算 (43)参考文献 (44)课程设计任务书城镇污水处理厂工艺设计（生物脱氮除磷工艺）1．设计任务书一、设计任务根据所给的其他原始资料,设计污水处理厂,具体内容包括:(1)确定污水处理厂的工艺流程,选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸；(2)画出污水厂的工艺流程图内容；(3)编写设计说明书、计算书。
第四章 污水的好氧生物处理--活性污泥法2除磷脱氮工艺设计
5）氧化沟工艺
曝气池
进水
厌氧
好氧
缺氧
二沉池
出水
回流活性污泥
剩余污泥
重点：
各种脱氮、除磷工艺的类型和特点。 脱氮/除磷工艺设计计算要点。
污水的好氧生物处理 ——运行、管理
内容
1）活性污泥法启动 2）活性污泥的运行管理 3）常见的问题与对策
1）启动与试运行
(1) 活性污泥的培养与驯化 接种污泥： ①同类污水厂的剩余污泥； ②粪便污水等。 培养方法： ①间歇培养法； ②流量分阶段直接培养法； ③全流量连续直接培养法； 驯化方法： ①异步驯化法（先培养后驯化）； ②同步驯化法
• b.好氧区容积计算
根据污泥泥龄计算曝气池体积公式：
QYθ co (S0 Se) V Xv(1 K d θ co )
6） 生物脱氮工艺计算
c.需氧量计算
去除有机物的需氧量加上氨氮硝化需氧量。前置反硝化系 统中，需扣除还原硝酸盐提供的氧当量。
O2 = Q (S0-Se）/0.68-1.42△Xv
直接污泥回流 沉淀池 石灰 含磷 污泥 含 磷 污 水
脱磷水
II 缓速搅拌 含磷污泥 混合池
释 磷 （厌氧） 池
脱磷污泥回流 （用于吸收磷）
含磷污水 生物除磷 化学除磷
3) 生物除磷工艺设计
1）厌氧区计算（水力停留时间法） Vp=Q· tp (tp=1-2h) 2）好氧区容积计算（污泥泥龄法）
QY(S0 Se) θ c V X(1 K d θ c)
微小絮体，出水透明度下降。
• 原因： 曝气过度；负荷下降，活性污泥自身
氧化过度；
• 对策：减少曝气；增大负荷量
3）常见问题与对策
8.2 脱氮、除磷活性污泥法工艺
七 脱氮、除磷活性污泥法工艺1 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标6/26/2014 10:26 AM水污染控制工程16/26/2014 10:26 AM水污染控制工程21 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标6/26/2014 10:26 AM水污染控制工程3 二级处理出水水质 BOD5: 20～30mg/L COD: 40～100mg/L SS: 20 ～30mg/L TN: 20～50mg/L P: 6～10mg/L 此外，含有较多的细菌、重金属离子等。
传统活性污泥法总氮去除率约为10-20%，总磷去除率 约为5-20%。
6/26/2014 10:26 AM水污染控制工程4为了帮助保护您的隐私，Po werPoint 禁止自动下载此外部图片。
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太湖的富营养化 什么是蓝藻？蓝藻又称蓝绿藻，是一种最原始、最古老 的藻类植物。
蓝藻在地球上出现在距今35亿至 33 亿年前，现在已知 1500 多种，分布十分广 泛，遍及世界各地，但主要为淡水产。
有少数 可生活在 60℃至 85℃的温泉中，有些种类和 真菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生。
在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于 夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有 腥臭味的浮沫，称为“水华”，加剧了水质恶 化，对鱼类等水生动物，以及人、畜均有较大 危害，严重时会造成鱼类的死亡。
6/26/2014 10:26 AM水污染控制工程56/26/2014 10:26 AM水污染控制工程66/26/2014 10:26 AM水污染控制工程71 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标去除悬浮物和胶体 去除溶解性有机物 去除无机盐 消毒杀菌6/26/2014 10:26 AM水污染控制工程8（一） 生物脱氮工艺 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种 形式存在。
生物处理2(活性污泥法、厌氧、脱氮除磷)
利用聚磷菌在好氧条件下过量摄取磷， 并在缺氧条件下释放磷的原理，通过 排放富磷污泥达到除磷目的。
同步脱氮除磷技术
A2/O工艺
即厌氧-缺氧-好氧工艺，是最典型的同步脱氮除磷工艺。在厌氧区，聚磷菌释放磷并摄取有机物；在 缺氧区，反硝化菌将硝酸盐还原为氮气；在好氧区，聚磷菌过量摄取磷，同时硝化菌将氨氮氧化为硝 酸盐。
脱氮原理及方法
氨化作用
01
将有机氮转化为氨氮。
硝化作用
02
在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧
化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。
反硝化作用
03
在缺氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为氮气，
达到脱氮目的。
除磷原理及方法
化学沉淀法
通过投加化学药剂，使磷酸根离子与 钙、镁等离子反应生成难溶性的磷酸 钙、磷酸镁等沉淀物，从而去除磷。
02
生物强化技术
通过投加特效菌种或基因工程菌，提）
结合活性污泥法和生物膜法的优点，具有高效、节能、占地面积小等优
点。
生物处理与膜技术结合
膜生物反应器（MBR）
将膜分离技术与生物处理相结合，实现高效固液分离，提高出水水质。
动态膜生物反应器（DMBR）
采用动态膜代替静态膜，降低膜污染，提高膜通量和使用寿命。
影响因素及优化措施
影响因素
包括污泥浓度、曝气量、污水水质、 温度等。
优化措施
通过合理控制污泥回流量和剩余污泥 排放量，调整曝气量，提高污水水质 稳定性等措施来优化活性污泥法的运 行效果。
应用实例
城市污水处理
活性污泥法广泛应用于城市污水处理中，可有效去除污水中的有机污染物和营 养盐，提高出水水质。
水污染控制-4-5去除有机污染物的活性污泥法过程设计(课件模板)
u
1
K (1 K ) S (Yr K ) 1
出水有机物浓度仅仅是污泥龄和动力学参数 的函数，与进水有机物浓度无关。
《水污染控制工程》 第四章
曝气池 二沉池 进水 Q,S0,X0 Se, X, V (1+R)Q, Se,X 出水 (Q-QW),Se,Xe
u C
u
1
d
d
1
C
μ:活性污泥的比增长速率，g（新细胞）/[g（细胞） · d] 通过控制污泥泥龄，可以控制微生物的比增长速率 及系统中微生物的生理状态。
《水污染控制工程》 第四章
1 dS Y ( ) K S d C X dt e dS S ( ) r C max d dt K S dS ( ) :底物利用速率，gBOD5/（m3 · d) dt rmax:最大比底物利用速率，gBOD5/（gVSS · d) KS:饱和常数，r=rmax/2时的底物浓度，gBOD5/m3
确定曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量。已知下列条件： （1）污水温度为20℃； （2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固 体（MLSS）之比为0.8； （3）回流污泥SS浓度为10000mg/L； （4）曝气池中MLSS为3500 mg/L； （5）设计的θc为10d； （6）出水中含有15mg/L生物固体，其中65％是可生化的； （7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素； （8）污水流量的总变化系数为1.5。
应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝 气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处置。 主要设计内容： （1） 工艺流程选择； （2） 曝气池容积和构筑物尺寸的确定； （3）二沉池澄清区、污泥区的工艺设计； （4） 供氧系统设计； （5）污泥回流设备设计。 主要依据：水质水量资料 生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验 工业废水：试验研究设计参数
水污染控制工程生物脱氮除磷工艺
1 厌氧—好氧生物除磷工艺（A－O工艺） 2 Phostrip除磷工艺
硝化：NH 3 3/2O2 亚硝化菌 NO-2 H2O H
NO-2 1/2O硝酸菌 NO3NH3 2O2 硝化菌 NO3- H2O H
（1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全 硝化需氧4.57g——硝化需氧量。
（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化 需碱度7.1g（以CaCO3计），废水中应有足 够的碱度，以维持PH值不变。
反硝化：6NO
3
5CH3OH 反硝化菌5CO2
3N2
7H2O
6OH-
在反硝化菌代谢的同时，伴随着在反硝化菌的合成：
3NO3- + 14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7NO2+19H2O 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐
中的氧，每还原1gNO3—N所利用的氧量约2.6g。
DO<0.5mg/L，一般为0.2~0.3mg/L（处于缺 氧状态。
搅拌
原污水
混合液回流
搅拌
N2
厌氧反应器
缺氧反应器
好氧反应器
磷释放
脱氮
污泥回流
BOD 去除、硝化 磷吸收
传统A2O工艺
沉淀池 处理出水
剩余污泥
污泥回流 混合液回流
泥
序批池
预水
厌厌
缺
好
缺分
氧氧
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6） 生物脱氮工艺计算
• a.缺氧区容积计算
Vn Q(Nk - Nte) - 0.12 △Xv KdeXv
Vn :缺氧池容积，m3; Kde :反硝化速率，gNO3--N/(gMLVSS·d); Nk,Nte:进出水总氮浓度，g/m3; Xv :混合液挥发性悬浮固体浓度，g/m3; △Xv :剩余污泥量Gmlvss/d。
c
按表观产率系数计算：△Xv Yobs(S0 Se)Q
c. 需氧量的计算
耗氧量= 去除的bCOD-合成微生物的COD O2 = Q (S0-Se）/0.68-1.42△Xv
回顾： 脱氮除磷基本理论
➢生物脱氮：
1）好氧硝化
NH4++2O2
NO3- (NO2-) +2H++H2O
2）缺氧反硝化
C6H12O6 + 4 NO-3 (NO2-)
活性污泥法设计 ——除磷脱氮
回顾： 活性污泥法设计计算
a. 曝气池体积的设计计算
– 有机物负荷率法
V QS0 QS0 LsX Lv
– 污泥泥龄法
V
QY(S0 Se)θ·c
X(1
K
θ
dc
)
– 水力停留时间法
HRT V Q
回顾： 活性污泥法设计计算
b.剩余污泥计算
按污泥泥龄计算:
△X
VX θ
2）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺
原污水
污水内循环
碱
反硝 化池
曝气池
沉淀池 出水
回流污泥
剩余污泥
3）后置缺氧-好氧生物脱氮工艺
原污水
曝气池
缺氧
沉淀池 出水
回流污泥
剩余污泥
4）Bardenpho生物脱氮工艺
原污水
曝缺气氧池 好氧
缺氧 好氧
沉淀池 出水
回流污泥
剩余污泥
5）同步硝化反硝化
机理： a.反应器DO分布不均理论 b.缺氧微环境理论 c.微生物学解释：好氧反硝化菌和异氧硝化菌。
6CO2 + 6H2O+2N2
➢生物除磷：
1）(聚磷菌)厌氧释磷 2）好氧/缺氧吸磷
脱氮、除磷工艺设计
1 脱氮工艺及设计 2 除磷工艺及设计 3 脱氮除磷工艺 4 生物除磷脱氮的影响因素
1 生物脱氮工艺
1）三段生物脱氮工艺 2）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 3）后置缺氧-好氧脱氮工艺 4）Bardenpho生物脱氮工艺 5）同步硝化反硝化
6） 生物脱氮工艺计算
• b.好氧区容积计算
µn µnm( Na ) Kn Na
θ co
1 F
µn
µ n：硝化菌比生长速率，d-1； µ nm：硝化菌最大比增长速率,d-1； Na：氨氮浓度, g/m3； Kn：硝化作用中半速率常数，g/m3。
θco：好氧区设计污泥泥龄，d。
6） 生物脱氮工艺计算
污水的好氧生物处理 ——运行、管理
5）同步硝化反硝化
NH3+ O2 NADH2
HNO2
NAD+
NH2OH + H20
NADH2
NAD+ 0.33N2 + 1.33H2O+ 0.33NO2-
6） 生物脱氮工艺计算
• a.缺氧区容积计算
NNOr = VnKdeXv
NNOr:缺氧池去除的硝酸盐量，g/d;
Vn :缺氧池容积，m3; Kde :反硝化速率，gNO3--N/(gMLVSS·d); Xv :混合液挥发性悬浮固体浓度，g/m3;
水
含磷污泥
脱磷污泥回流 （用于吸收磷）
含磷污水 生物除磷 化学除磷
3) 生物除磷工艺设计
1）厌氧区计算（水力停留时间法）
Vp=Q·tp
(tp=1-2h)
2）好氧区容积计算（污泥泥龄法）
V
QY(S0 Se) •θc
X(1
K
θ
dc
)
θc:2-3d
3 脱氮除磷工艺
1）A2/0工艺 2）改良Bardenpho工艺 3）UCT及改良UCT工艺 4）SBR工艺 5）氧化沟工艺
2）改良Bardenpho工艺
进水
回流
厌氧 缺氧
好氧
缺氧
好 氧
二沉池 出水
回流污泥
剩余污泥
3） UCT及改良UCT工艺
污水
缺氧回流
厌氧
缺氧
好氧
好氧(硝酸盐)回流 回流污泥
二沉池 出水 剩余污泥
3） UCT及改良UCT工艺
进水
回流1 曝厌气氧池 缺氧
回流2 缺氧 好氧
沉淀池 出水
回流污泥
剩余污泥
O2 = Q (S0-Se）/0.68-1.42△Xv
前置反硝化
+4.75[Q(Nk-Nke)-0.12 △Xv]
-2.86 [Q(Nt-Nke-Noe)-0.12 △Xv]
注：4.75-氨氮的氧当量系数；2.86-单位硝酸盐还原提供 的氧当量。
2 生物除磷工艺
1）Ap/O工艺 2）Phostrip除磷工艺
1）三段生物脱氮工艺
进水 曝气池
沉淀池 I
碱 硝化池
沉淀池 II
反硝 化池
沉淀池 出水 III
回流污泥 剩余污泥 回流污泥 剩余污泥 回流污泥 剩余污泥
投加外碳源两段生物脱氮工艺
进水 初沉池 I
曝气池
除碳、硝化
硝化 沉淀池
II
甲醇
反硝 化池
沉淀池 出水 III
回流污泥 剩余污泥
回流污泥 剩余污泥
• b.好氧区容积计算
根据污泥泥龄计算曝气池体积公式：
V
QY
θ co
(S0
Se)
Xv(1
K
θ
d co
)
6） 生物脱氮工艺计算
c.需氧量计算
去除有机物的需氧量加上氨氮硝化需氧量。前置反硝化系 统中，需扣除还原硝酸盐提供的氧当量。
O2 = Q (S0-Se）/0.68-1.42△Xv
+4.75[Q(Nk-Nke)-0.12 △Xv]
1） A2/0工艺 (anaerobic-anoxic-oxic)
污水
厌氧
磷释放 氨化
内循环 氧吸磷
回流污泥（含磷污泥）
二沉池 出水 剩余污泥
1） 倒置A2/0工艺
污水Q
短暂 沉淀池
回流混合液(0-200%)Q
缺氧 厌氧
好氧
二沉池 出水
回流污泥(25%-100%)Q
剩余污泥
4） SBR工艺
进水 厌氧
好氧 缺氧
（搅拌） （曝气）
沉淀
出水
闲置
好氧 （曝气）
4 生物脱氮除磷工艺设计及影响因素
1）常用生物脱氮除磷工艺设计参数和特点 2）生物脱氮除磷影响因素 环境因素、工艺因素、污水成分。
5）氧化沟工艺
进水
厌氧
曝气池
好氧 缺氧
二沉池 出水
回流活性污泥 剩余污泥
重点：
各种脱氮、除磷工艺的类型和特点。 脱氮/除磷工艺设计计算要点。
1） Ap/O工艺
原污水
厌氧 磷释放
曝气池 好氧吸磷
沉淀池 出水
回流污泥（富含磷污泥）
剩余污泥 （富含磷污泥）
2） Phostrip除磷工艺
脱磷水回流
原污水 (含磷)
好氧吸磷
含磷污泥 +脱磷水
沉淀池 处理水
I
脱磷水
沉淀池 II
直接污泥回流 石灰
缓速搅拌 混合池
剩余污泥
含磷 污泥
排放
含 磷 污
释 磷 （厌氧） 池