曝气沉砂池如何设计

曝气池是污水处理工艺的核心，其运营状况和出水水质息息相关，今天我把有关于曝气池的问题都汇总在一起，希望对大家的工作有所帮助。

本文共计7000字，阅读时长20min，前两个问题是涉及设计计算，后四个问题是关于运营，建议马住（收藏）。

一、曝气池容积计算

1、BOD—污泥负荷率(Ns)曝气池容积计算法

1）BOD—污泥负荷率(Ns)的物理概念

曝气池内单位重量(千克)的活性污泥，在单位时间内能够接受并将其降解到某一规定额数的BOD5重量值，被称为BOD—污泥负荷率(Ns)。即[1][2]：

式中 Ns——BOD—污泥负荷率，kg BOD5/kgMLSS·d

Q——污水设计流量，m3/d

Sa——原污水的BOD5值，mg/l

X——曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS),mg/l

V——曝气池容积，m3

2）曝气池物料平衡方程式

如图1为完全混合活性污泥系统的物料平衡图[1][4]。

在稳定条件下，对于系统中的有机物进行物料平衡，则有：

整理得：

由莫诺(Monod)方程式的推论知[1][4] ：

代入式⑶，并整理得：

或

又

代入式⑹得：

或

式中 X——曝气池混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS),mg/l

Se——处理水出水有机物浓度，mg/l

V——有机物降解速度，

K2——有机物降解常数。

曝气池容积计算

由式⑴有：

将式⑼代入式⑽得：

式⑽即为按BOD—污泥负荷率法计算曝气池容积得计算公式，式⑾为经变换后得计算公式。

2、污泥龄(θc)曝气池容积计算法

1）污泥龄(θc)的物理概念

曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，称为污泥龄(θc)。也即劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)的“生物固体平均停留时间” [1]。即：

式中 θc——污泥龄，d

ΔXv——曝气池内每日增加的挥发性污泥量(Vss)，kmg/l

其它——同前

2）生物增长基本方程式

在曝气池内，活性污泥微生物的增殖是微生物的合成和内源代谢共同活动的结果。即：

或

此式⒁经整理即可得劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)方程式的推论—曝气池内活性污泥浓度与污泥龄之间的关系式[1]

该式即为资料[1][2]推荐的按污泥龄计算曝气池容积公式:

曝气池容积计算

由式（12）有

将式（5）、（12）式代入式（13），并整理得：

式（18）为经变换后的计算公式。

二、曝气池进出水设计

1、曝气池的进水设计

初沉池的来水通过DN1000mm的管道送入厌氧—缺氧—好氧曝气池首端的进水渠道，管道内的水流速度为0.84m/s。在进水渠道中污水从曝气池进水口流入厌氧段，进水渠道宽1.0m，渠道内水深为1.0m，则渠道内最大水流速度

式中：v1 ——渠内最大水流速度(m/s )；

b1 ——进水渠道宽度(m)；

h1——进水渠道有效水深(m)。

设计中取 b1 =1.0m，h1=1.0m

v1 =0.66/(2×1.0×1.0)=0.33m/s

反应池采用潜孔进水，孔口面积

F=Qs/Nv2

式中：F——每座反应池所需孔口面积(m2)；

v2 ——孔口流速(m/ s )，一般采用0.2～1.5 m/ s 。

设计中取v2=0.4 m/s

F=0.66/2×0.4=0.66m2

设每个孔口尺寸为0.5m×0.5m，则孔口数

N=F/f

式中：n——每座曝气池所需孔口数(个)；

f——每个孔口的面积( m2 )。

n=0.66/0.5×0.5=2.64，取n=3

孔口布置图如下图图所示：

2、曝气池出水设计

厌氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头：

式中：H——堰上水头(m)；

Q——每座反应池出水量(m3/s)，指污水最大流量( 0.579m/s)；与回流污泥量、回流量之和(0.717×160% m3/s)；

m——流量系数，一般采用0.4～0.5；

b——堰宽(m)；与反应池宽度相等。

设计中取m=0.4，b=5.0m

设计中取为0.19m。

厌氧—缺氧—好氧池的最大出水流量为(0.66+0.66/1.368×160%)=1.43m3/s，出水管管径采用DN1500mm，送往二沉池，管道内的流速为0.81m/s。

三、曝气池进水常规监测的五大项目

1、温度

好氧活性污泥微生物能正常生理活动的最适宜温度范围是15-30℃。一般水温低于10℃或高于35℃时，都会对好氧活性污泥的功能产生不利影响。当温度高于40℃或低于5℃时，甚至会完全停止。

在一定范围内，随着温度的升高，虽然不利于氧向水中转移，却可以加快生化反应速率，微生物增殖速率也会加快。但温度突升并超过一定限度时，就会产生不可逆破坏。相比之下，温度降低对微生物的影响要小一些，一般不会出现不可逆破坏。

如果水温的降低变化缓慢，活性污泥中的微生物可以逐步适应这种变化，通过采取降低负荷、提高溶解氧浓度、延长曝气时间等措施，仍能取得较好的处理效果。

因此，在实际生产运行中，要重视水温的突然变化，尤其是水温的突然升高。为防止水温过高的工业废水对好氧生物处理产生不利影响，应进行降温处理。

2、pH值

活性污泥微生物最适宜的pH值介于6.5~ 8.5之间。pH值降至4.5以下，活性污泥中原生动物将全部消失，大多数微生物的活动会受到抑制，优势菌种为真菌，活性污泥絮体受到破坏，极易产生污泥膨胀现象。

当pH值大于9后，微生物的代谢速率将受到极大的不利影响，菌胶团会解体，也会产生污泥膨胀现象。当污水pH值高于10或低于5时，在进入曝气池之前，必须进行酸碱中和调整pH值，使进入曝气池的污水pH值至少在6-9之间。

活性污泥混合液本身对pH值变化具有一定的缓冲作用，因为好氧微生物的代谢活动能改变其活动环境的pH值。比如说好氧微生物对含氮化合物的利用，由于脱氮作用而产生酸，降低环境的pH值；由于脱羧作用而产生碱性酸，又可使pH值上升。因此，经过长时间的驯化，活性污泥法也能处理具有一定酸性或碱性的污水。此外，污水本身所具有的碱度对pH值的下降有一定的抑制作用。

但是，污水的pH值发生突变，例如碱性污水进人已适应酸性环境的活性污泥系统时，将会对其中微生物造成冲击，甚至有可能破坏整个系统的正常运行。

因此，酸碱污水是否进行中和处理，要根据实际情况而定，若是进入活性污泥系统的污水pH值变化不大，尤其是只有微酸性水或微碱性水其中之一时，往往不需要中和处理，而pH值变化幅度较大时，应事先进行中和处理调整pH值至中性。

3、COD和BOD5

无论采用哪种活性污泥法，曝气池所能承受的有机负荷都是有一定限度的，超过限度，曝气池的运行效果将难以保证。对于正在运行的曝气池，进水BOD5最高值都是固定的，由于BOD5分析周期较长，实际上多以COD分析结果指导生产。

曝气池进水有机负荷一旦超标，就应当立即采取降低进水量、加大污泥回流量、提高充氧效率等措施，以免对整个二级生物处理系统造成冲击和保证出水水质。

如果进水COD值偏低，就应当立即采取增加进水量、减少污泥回流量和减少风机运转台数，降低表曝机转速等，降低充氧效率的措施，以免造成不必要的动力浪费。

4、氨氮和磷酸盐

理论上，微生物对氮、磷的需要量要按BOD5:N: P - 100:5:1来计算，但实际活性污泥法处理系统曝气池进水中的BOD5与氮、磷的比例往往低于此值，系统也能正常运转。

氮、磷的含量因处理的工业废水种类不同差别很大，有的污水氮、磷的含量很高，不经过脱磷除氮，二沉池出水氮、磷的含量就会超标。而对于氮、磷的含量很低的污水，如果不能及时补充一定量的氮、磷，微生物的功能会受到限制，二沉池出水的COD和BOD5就难以保证达标。

当处理氮、磷的含量很低的工业废水时，对于正在运行的曝气池，曝气池进水中氨氮和磷酸盐的含量分别为10mg/L和5mg/L左右，即可满足混合液微生物对氮、磷的需要。如果曝气池进水中氨氮和磷酸盐的含量长时间低于上述值，就应当及时增加氮、磷的投加量。

5、有毒物质

对于特定的工业废水，有毒物质的种类一般不变，含量和排水量却难以恒定。除了需要采取均质调节等一级处理措施之外，必须对曝气池进水中有毒物质的含量进行监测和控制。

活性污泥驯化结束后，要根据混合液对进水中有毒物质的适应程度，结合运行经验，确定影响生化系统的进水有毒物质最高限值。

如果曝气池进水中有毒物质的含量长时间超过限值，就应当采取降低进水量、加大污泥回流量、提高充氧效率等措施，避免因混合液微生物中毒而影响处理效果。

四、曝气池混合液常规监测项目

1、曝气池MLSS或MLVSS数值怎样控制为好?

曝气池混合液须维持相对固定的污泥浓度MLSS，才能维持好处理效果和处理系统稳定运行。每一种好氧活性污泥法处理工艺都有其最佳曝气池的MLSS，比如普通空气曝池活性污泥的MLSS最佳值为2g/L左右，而AB法工艺A段的MLSS最佳值为5g/L左右，两者差距很大。

一般而言，曝气池中MLSS接近其最佳值时，处理效果最好。而MLSS过低时往往达不到预期的处理效果。

当MLSS过高时，泥龄延长，维持这些污泥中微生物正常活动所需的溶解氧数会增加许多，导致对充氧系统能力的要求增大。同时曝气池混合液的密度会增大，阻力增大，也就会增加机械曝气或鼓风曝气的电耗。

也就是说，虽然MLSS偏高时，可以提高曝气池对进水水质变化和冲击负荷的抵抗能力，但在运行上往往是不经济的。而且有时还会导致污泥过度老化，活性下降，最后甚至影响处理水质。

在实际运行时，有时需要通过加大剩余污泥排放的方式强制减少曝气池的MLSS值，刺激曝气池混合液中的微生物的生长和繁殖，提高活性污泥分解氧化有机物的活性。

2、什么是曝气池混合液污泥沉降比(SV)?有什么作用?

污泥沉降比(SV)的英文是Settling Velocity，又称30min沉降率，是曝气池混合液在量筒内静置30min后所形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的比例，以%表示。

一般取混合液样1000ml，用满量程1000ml量筒测量，静置30min后泥面的高度恰好就是SV的数值。由于SV值的测定简单快速，因此是评定活性污泥浓度和质量的常用方法。

SV值能反映曝气池正常运行时的污泥量和污泥的凝聚性、沉降性能等。可用于控制剩余污泥排放量，SV的正常值一般在15%-30%之间，低于此数值区说明污泥的沉降性能好，但也可能是污泥的活性不良。

可少排泥或不排泥或加大曝气量。高于此数值区，说明需要排泥操作，或应采取措施加大曝气量，也可能是丝状菌的作用使污泥发生膨胀，需加大进泥量或减少曝气量。

3、测定SV值时容易出现什么异常现象？为什么？

(1)污泥沉淀30-60min后呈层状上浮且水质较清澈。说明活性污泥反应功能较强，产生了硝化反应，形成了较多的硝酸盐，在曝气池中停留时间较长，进人二沉池中发生反硝化，产生气态氮；使一些污泥絮体上浮。可通过减少曝气量或减少污泥在二沉池的停留时间来解决。

(2)在量筒中上清液含有大量的悬浮状微小絮体，而且透明度差、混浊。说明是污泥解体，其原因有曝气过度、负荷太低造成活性污泥自身氧化过度、有害物质进入等。可减少曝气量，或增大进泥量来解决。

(3)在量筒中泥水界面分不清，水质混浊其原因可能是流人高浓度的有机废水，微生物处于对数增长期，使形成的絮体沉降性能下降，污泥发散。可采取加大曝气量，或延长污水在曝气池中的停留时间来解决。

4、污泥容积指数(SVI)是什么?

污泥容积指数(SVI)的英文是Sludge Volume Index，是指曝气池出口处混合液经过30min静置沉淀后，每克干污泥所形的沉淀污泥所占的容积。单位以ml/g计。

计算公式如下：

SVI与SV值的关系:

SVI值排除了污泥浓度对污泥沉降体积的影响，因而比SV值能更准确地评价和反映活性污泥的凝聚、沉淀性能。一般来说，SVI值过低说明污泥颗粒细小，无机物含量高，缺

6.2.4 污水处理构筑物的设计流量，应按分期建设的情况分别计算。当污水为自流进入时，应按每期的最高日最高时设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量校核管渠配水能力。生物反应池的设计流量，应根据生物反应池类型和曝气时间确定。曝气时间较长时，设计流量可酌情减少。

根据《水污染控制工程》课程，曝气池水力停留时间6h以上，可采用平均流量作为设计流量。

传统推流式活性污泥法；②

完全混合活性污泥法；③

阶段曝气活性污泥法；④

吸附—再生活性污泥法；⑤

延时曝气活性污泥法；⑥

高负荷活性污泥法；⑦

纯氧曝气活性污泥法；⑧

浅层低压曝气活性污泥法；⑨

深水曝气活性污泥法；⑩

深井曝气活性污泥法。

1、传统推流式活性污泥法：

①

工艺流程：

②

供需氧曲线：

③

主要优点：1)

处理效果好：BOD5的去除率可达90-95%；2)

对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。

④

主要问题：1)

为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；2)

在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；3)

对冲击负荷的适应性较弱。

⑤

一般所采用的设计参数(处理城市污水)：

2、完全混合活性污泥法

①

主要特点：a.可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度的有机工业废水。

②

主要结构形式：a.合建式（曝气沉淀池）：b.分建式

3、阶段曝气活性污泥法——又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法

①

工艺流程：

②

主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供养速率与需氧速率间的矛盾，有利于降低能耗；b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；

③

主要设计参数：

4、吸附再生活性污泥法——又称生物吸附法或接触稳定法。

课程设计是课程环节的主要内容，是最大可能地面向社会、面向生产实际，已有于培养和调动学生主动性、积极性增强学生对国家建设的责任感，激发学生创新精神提高学生严禁作风，树立正确设计思想和努力贯彻国家有关方针政策观念。课程设计是综合运用所学的知识的全面训练，以便培养和提高学生调查研究，查阅文献，收集运用资料的能力，为即将开始的实际工作打下坚实的基础。

水资源短缺时人类必须面对的问题，而合理的利用现有资源是解决这一问题的有效办法。工业生产要耗费大量的水资源，并且产生大量废水，这些废水有巨大的回收利用价值，这部分废水若未经处理直接排入水体，不但不能使该部分得不到回收利用而且会对其他水体造成污染，从而形成更大的水资源浪费。所以，现在许多工厂及科研单位在研究废水的回收利用技术。本设计根据所需处理水的水质特征采用的是厌氧、缺氧和好氧相结合的处理工艺，污水处理中产生的污泥进行浓缩，消化和脱水等处理。

1.1 当前水污染处理现状

据国家环保总局发布的《2008年中国环境状况公报》显示，目前我国水污染形势仍然严峻。江、河、湖泊水污染负荷早已超过其水环境容量。但是污水排放量仍在增长，七大江河水质继续在恶化，Ⅴ类和劣于Ⅴ类水所占比例仍很高。水污染严重的河流依次为：海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江、珠江。其中海河劣于Ⅴ类水质河段高达50.8%，辽河达32.5%，黄河达20.5%。现在工业水污染仍旧突出，仍是江河水污染的主要来源。

湖泊、水库富营养化是导致水污染的重要因素。由于湖泊、水库的水体流动性差，自净能力低，所以富营养化比较严重，即天然水体由于过量营养物质（主要是指氮、磷等）的排入，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，造成水质恶化。这些营养物质主要来自农田施肥、城市生活污水和工业废水。2007年太湖、巢湖、滇池等重要湖泊的“蓝藻事件”就是富营养化问题而引起的。同时，地下水污染使饮用水安全存在隐患。地下水污染主要来自地表或土壤水的下渗、农用氮肥及垃圾中的油、酚类物质。2006年，我国125个受监控城市中，浅层地下水水质呈恶化的有21个，呈好转的只有9个。全国有3亿多农村人口存在引用水不安全问题。农村饮用水符合引用卫生标准的比例约为六成六，有三成四的农村人口饮用水存在水质污染或者污染隐患。其中约有1.9亿人饮用水有害物质含量超标，有6300万人饮用高氟水，200多万人饮用高砷水，3800多万人饮用苦咸水。全国113个环保重点城市的222个地表水水源地平均水质达标率只有72%。

尽管国家加大了水环境治理力度，但总体看，水环境恶化趋势尚未得到根本扭转。其中，在我国有61.5%的城市没有建成污水处理厂，相当多的没有建成污水处理收费制度，污水收采管网建设滞后，污水处理收费普遍过低。及建成的城市污水处理厂中，能正常运行的只占13%，其他开开停停，还有13%不运行。因此除特大城市外，许多城镇污水没有得到有效的处理。

因此，面对水污染的严峻形势，确保人们安全饮水依然任重道远。

1.2 城市污水处理现状及规划

1.2.1 城市污水处理设施的建设与发展

我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪七十年代。一些城市利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等稍加整修或围堤筑坝，建成稳定塘，对城市污水进行净化处理。据调查，这个时期在全国已建成各种类型的稳定塘有38座，日处理城市污水约173万立方米。其中生活污水量占一半，其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。此阶段开始重视引进国外先进技术和设备，开展与国外的技术交流，逐步探索适合我国国情的工程技术和设计，为以后的建设奠定了基础。

80年代，随着城市化进程的加快和城市水污染问题日益受到重视，城市排水设施建设有较快发展。国家适时调整政策，规定在城市政府担保还贷的条件下，准许适用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款，由此推动了一大批城市污水处理设施的兴建。“八五”期间，随着城市综合环境治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。到1995年，我国城市排水系统排水管道长度约为110062km，按服务面积计算，城市污水管网普及率为64.8%。“九五”期间，我国正式启动对“三河”（淮河、海河和辽河）、“三湖”（太湖、巢湖和滇池）流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的支持。1996～1999年竣工投入运行的城市污水处理项目有22个，投资59.58亿元，日处理规模371.7万立方米；在建项目109个，计划投资161.83亿元，日处理规模832.0万立方米。

据统计，到2000年底，全国以建设城市污水处理厂427座,其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。2000年用于城市污水处理工程曾建设的总投资约为150亿元。但目前大多数小城镇尚未建污水处理设施。

1.2.2 目前存在的问题

⑴污水处理厂建设资金的短缺

我国虽然已建成污水处理厂一百多座，但在某一个城市本身的处理率不高，也就是污水处理的量不够。

目前大城市已着手进行污水处理厂建设的规划工作。但在中小城市，特别是在西北部中小城市还没有将污水处理的规划建设纳入城市发展的议程。其主要原因之一就是没有专门建设资金，地方政府没有多方筹措资金，加快水环境污染治理，为子孙后代留下一个优美的生活环境。

⑵污水处理厂运行经费不能到位

全国目前已经建成投产的污水处理厂中，满负荷运行的不到1/3。没有满负荷运行的原因：大多数均是由于运行经费不能到位，有的省市没有收取污水处理费，有的是只收工厂、企业的，没收居民的，有的是工厂、企业、居民的都收了，但收费标准定的很低，远不能满足污水处理厂正常运行所需的最低费用。

⑶进口设备的维修及设备备件的开发

大批的进口设备经过几年的运转后，已出现不同程度损坏，特别是索赔期后的维修和正常的大修。若请国外的专家来修，维修成本将会大幅度增加实在难以接受，若使进口设备能够维持正常运转，必须培养对进口设备维修保养的国内专业人员，使其掌握维修技能达到进口设备的维修标准。还得有充足的备品配件，特别是一些将要淘汰的设备被引进中国，备品配件国外也不会再生产了，就需要国内自行测绘、加工制造，只有这样才能使进口设备发挥出它的作用，否则设备的损坏、配件的缺乏会影响污水处理厂的正常运行。

⑷污水处理工艺选择有一阵风的现象，不结合本地区的实际情况选热门工艺

选择热门工艺是在选择污水处理工艺时出现的单纯追求工艺新，追求时髦工艺，不考虑本地区的进水水质、处理水量以及出水用途的问题，以致造成设施设备闲置，增大了建设投资，也提高了日常运转成本。

⑸污水处理后的再生水得不到充分利用

⑹污泥没有真正达到无害化，没有最终处置的途径

污水经过各种不同工艺处理后，出水达到了过家规定的排放标准，但是在污水处理过程中产生的污泥却未能得到妥善的处置，还会给环境造成二次污染。污泥进行干燥用作化肥要符合国家环保部门有关规定。污泥作为绿地用肥要有园林部门认可，有检测部门跟踪分析方能使用。总之，污泥若没有最终处置的途径，是给环境带来再次污染的隐患。

⑺污水处理厂没有除臭装置

污水处理厂的进水池、格栅间、沉砂池、初沉池及污泥处理系统的储泥池，脱水机房（除离心机外）都会产生严重的臭气，即影响操作运行人员的身体健康，也给周围居民的生活环境带来污染，应该多渠道解决除臭装置，消除污泥，保护环境。

1.2.3 城市污水处理工艺技术现状与发展

⑴技术现状

我国现有城市污水处理厂80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。

“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污水处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平。同时，借助于外贷城市污水处理工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，AB法、氧化沟法、A/O工艺、A/A/O工艺、SBR法在我国城市污水处理厂中均得到应用。污水处理工艺技术有过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些先进、高效的污水处理专用设备也进入了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。

我国80年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除BOD和SS为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。

AB法污水处理工艺于80年代初开始在我国应用于工程实践。由于其抗冲击负荷能力强，对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。

目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。

多种类型的SBR工艺在我国均有应用，如属第二代SBR工艺的ICEAS工艺，属第三代的CAST工艺、UNITANK工艺等。

目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占90%以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。

⑵从国情出发，我国城市污水处理发展趋势：

① 氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点；

② 工业废水治理开始转向全过程控制；

③ 单独分散处理转为城市污水集中处理；

④ 水质控制指标越来越严；

⑤ 由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业

及经济、政策、标准的综合性研究；

⑥ 污水再生利用提上日程；

⑦ 中小城镇污水污染与治理问题开始受到重视。

1.3 城市污水的水质及危害

1.3.1 城市污水的组成

污水即受到物理性、化学性或生物性侵害后，其外观性状或质量成分对使用或环境产生危害与风险的污染水（“病态”水）。例如，进行生活或生产使用后所排出的水等。

城市污水是排入城市排水系统中各类废水的总称，泛指生活污水、生产污水（应适当处理后）以及其他排入城市排水管网的混合物水。在合流制排水系统中还包括雨水，在半分流制排水系统中包括初期雨水。

⑴生活污水

生活污水是人们日常生活中使用过并为生活废料所污染的水。例如居民区、宾馆、饭店等服务行业，以及一些娱乐场所产生的污水。

⑵工业废水

工业废水是工矿企业生活中使用过的水，是生活污水和生产污水的总称。

①生产污水，即在生产过程中所形成的，并被生产原料、半成品或成品废料所污染的水，也包括热污染水（生产过程中产生温度高于60℃的高温水）。生产污水需要进行处理才能排放或再用。

②生产废水，即生产过程中所形成，但未直接参与生产工艺，未被污染或只是温度稍有上升的水。这种废水一般不需要处理或只需要进行简单处理，即可再用或排放。

⑶受污染的降水

主要是指初期雨水和雪融水。由于冲刷了地面上的各种污物，污染程度较高，需要进行处理。

1.3.2 城市污水的水质

⑴影响城市污水水质的因素

城市污水水质，主要受居民生活污水、工业生产污水等的水质成分及其混合比例、城市规模、居民生活习惯、季节和气候条件以及排水系统体制等的影响。

城市污水中污染物质是多种多样的。例如，油脂、粪尿、洗涤剂、染料、溶液、各种有机和无机物，还有细菌、病毒等致病微生物，以及毒性酸碱性、放射性核重金属性类等物质。这些污染物质，按化学成分可分为无几何有机两大类，按物理形态可分为悬浮固体、胶体及溶解性污染物质。

⑵生活污水水质

生活污水包括厨房底细、淋浴、洗衣等废水以及冲洗厕所等污水。其成分及其变化取决于居民的生活状况、水平和习惯。污染物浓度与用水量有关。

生活污水的主要污染物是有机物和氮、磷等营养物质，其水质特征是水质稳定但浑浊、色深且有恶臭，呈微碱性，一般不含有毒物质，含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。

生活污水中，所含固体物质约占总质量的0.1%～0.2%，其中溶解性固体（主要是各种无机盐和可溶性有机物质）约占3/5～2/3，悬浮固体（其中有机成分占4/5）占2/5～1/3。此外，生活污水中还有氮、磷等物质。

⑶工业生产污水水质

工业生产污水的水质情况，因产业门类的生产工艺不同而各有所异。一般来说，工业污水的排放量大、污染含量高、处理难度大，对环境的危害也是比较大的。

1.4 城市污水处理方法

污水处理，就是采用一定的处理方法和流程将污水所含的污染物质减少或分离出去，或将其转化为无害或稳定的物质，以使污水得到净化达到恢复其原来性状或使用功能的过程。现代污水处理技术，按其作用机理可分为三类，即物理处理法、化学处理法和生物处理法。

1.4.1 物理处理法

此法系通过物理作用，分离收回污水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变污染物的化学物质。

1.4.2 化学处理法

此法系通过化学反应和传质作用，来分离、回收污水中呈溶解、胶状状态的污染物质，或将其转化为无害物质。

1.4.3 生物处理法

⑴常规活性污泥法

常规活性污泥法在国内外污水处理工程中是历史最长，使用范围最广的一种方法。具有运行效果可靠，出水水质稳定，管理经验丰富的优势。不足之处是对氮磷去除能力差，投资及运行费用偏高。

⑵SBR法

SBR法是序批式（或间歇式）活性污泥法德简称，常规SBR工艺的原污水不是顺次流经各个待理单元，而且放流到单一反应池内，按时顺序实现不同的目的的操作。

SBR法的优点：

① 处理效率高，出水水质好，不易产生污泥膨胀；

② 占地面积小，处理构筑物简单；

③ 投资少，运转管理费低；

④ 活性污泥沉降性能好，耐冲击负荷，受进水水量和水质影响小；

⑤ 如果涉及操作得当，可以实现生物脱氮除磷的目的。

⑶氧化沟法

氧化沟是连续循环式曝气池，属于活性污泥法的一种改进工艺主要用于去除污水中的有机物及进行硝化反应。

氧化沟技术由于具有出水水质好，运行稳定，管理方便，以及区别于常规活性污泥法的技术特征，使其发展非常迅速，现已发展形成多种不同形式的氧化沟技术，包括奥贝尔型、卡鲁赛尔型、二沟或三沟交替工作型、一体化氧化沟等。奥贝尔氧化沟、一体化氧化沟等都是新型氧化沟，在节约能耗、减少占地、抗冲击负荷和高胶脱氮等方面显示出优越的性能，正日益引起人们的重视并逐步得到广泛应用。

⑷CASS法

CASS系统以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的方式运行以实现同步碳化和硝化-反硝化功能。与常规SBR工艺相比，CASS的特点是系统运行稳定，耐冲击负荷，以及脱氮除磷效果好。

⑸AB法

典型AB法由A段的吸附、沉淀与B段的曝气、沉淀组成，两段串联运行。

AB法德主要优点是：

①有机物去除率高，BOD5去除率可达95%，COD去除率可达90%左右；

②抗冲击负荷能力强，去除难降解物质能力强，出水水质稳定；

③A段停留时间短，但BOD5去除率可达50%以上，且能量消耗少；

④B段产泥量低，泥龄长，有利于脱氮。AB法的缺点在于A段污泥负荷高，污泥产量多，增加了污泥系统的造价，另外AB两段污泥回流系统隔离，增加了一整套污泥回流系统。

⑹AO法

AO法是由厌氧（或缺氧）段和好氧段串联的流程。厌氧、好氧流程除了BOD5和SS去除率与常规活性污泥法相当外，还可以去除污水中的磷。由于厌氧也具有去除有机物的功效，其能耗较小，此外还具有改善污泥沉降性能、克服活性污泥沉降的优点。同时它还可以去除污水中的氮，废水先进入缺氧池，在其中进行有机物的初步降解和硝酸盐的反硝化，然后进入好氧池进行有机物的进一步降解和氨氮的硝化。

⑺A20法

A20工艺即绝氧-厌氧-好氧活性污泥法是80年代在传统活性污泥法基础上发展的先进处理方法。它利用活性污泥在厌氧、缺氧、好氧过程中的生物增殖活动，同时达到降解污水中有机物及除磷脱氮的目的。它具有处理效果稳定，节约能源和运行费用低等优点。缺点是处理过程较复杂、处理构筑物种类多，工程调整不方便。

⑻生物滤池

生物滤池是生物膜法的一种，它是由滤池、布水设备和排水系统等三部分组成。通过污水经过附满微生物的生物滤料而使污水达到净化，生物滤池中常用的有高负荷生物滤池和塔式生物滤池。此法有机负荷较大，占地面积小，它对入流水质水量变化的承受能力较强，脱落的生物膜密室较容易在二沉池中被分离，但BOD5去除率低，投资较大。

⑼生物转盘

其主要组成部分有转动轴、转盘、废水处理槽和驱动装置等。它去除废水中有机污染物的机理与生物滤池基本相同。在我国，生物转盘主要用于处理工业废水。在化学纤维、石油化工、印染、皮革和煤气发生站等行业的工业废水处理方面均得到应用，效果良好，并取得一定的操作运行经验。生物转盘的主要优点是动力消耗低、抗冲击负荷能力强、无需回流污泥、管理运行方便，缺点是占地面积大、散发臭气，在寒冷的地区需作保温处理。

⑽生物接触氧化法

其主要组成部分有池体、填料和布水布气装置。生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物膜法之间的一种生物处理方法。此法抗冲击负荷能力强，污泥量少，不需污泥回流，具有脱氮除磷功能，易于维护管理，也是一种采用较多的处理工艺；其缺点是布水布气不易均匀，填料可能堵塞。

⑾生物流化床

该处理技术是借助流体（液体、气体）是表面生长着微生物的固体颗粒呈流态化，同时进行去除和降解有机污染物的生物膜处理法技术。它的主要优点如下：第一，容积负荷高，康冲击负荷能力强；第二，微生物活性强；第三，传质效果好。其缺点是设备的磨损较固定床严重，载体颗粒在流动过程中被磨损的程度较小。此外，设计时还存在着产生放大方面的问题，如防堵塞、曝气方法、进水配水系统的选用和生物颗粒流失等。因此，目前我国废水处理HIA少有工业性应用，上述问题的解决，有可能使生物流化床获得较广泛的工业性应用。

⑿稳定塘

稳定塘是利用天然水体对污水进行生物处理的系统。主要优点是能耗低，主要缺点是占地面积非常大，并且受气候条件影响大，冬季运行效果差，出水不易达标。

1.5设计思路路线

确定工艺流程→收集资料→设计计算→完成设计说明书→绘制图纸

2 设计任务书

2、1课程目标:

污水处理课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。

2、2设计内容和深度：

针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对曝气池污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和设计图(曝气池工艺结构图和曝气池高程图)。设计深度一般为初步设计的深度

2、3设计题目

某城市污水处理厂曝气池工艺设计

2、4 基本资料

污水处理水量：5万m3/d

污水水质：CODcr500mg/l，BOD5280mg/l，SS 240mg/l。

2、4、1处理要求

污水经二级处理后应符合以下具体要求：

COD≤120 mg／L，BOD5≤30 mg,/L，SS≤30mg／L。

2、4、2处理工艺流程

污水拟采用传统活性污泥法工艺处理，具体流程如下：

污水一分流闸井一格栅间一泵房一出水井一计量槽一沉砂池一初沉池一曝气池一二沉池一消毒池一出水

2、4、3气象与水文资料

风向：多年主导风向为东北东风；

气温：最冷月平均为-10℃；

最热月平均为32.5℃；

极端气温，最高为41.9℃，最低为-23.6℃，最大冻土深度为0.8m；

水文：降水量多年平均为每年528mm；

蒸发量多年平均为每年1000mm；

地下水水位，地面下6—7m。（也可以天津为例，自己查阅资料）

2、4、4厂区地形

污水厂选址区域海拔标高在64—66m之间，平均地面标高为64.5m。地势为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长380m，南北长280m（也可不受具体限制）。

2、5课程设计的目的、要求

通过污水厂课程设计，巩固学习成果，加深对《水污染控制工程》课程内容的学习和理解，使学生应用规范、手册和文献资料，进一步掌握设计原则、方法等步骤，达到巩固、消化课程的主要内容，锻炼独立工作的能力，对污染水的主题构筑物、辅助设施、计量设备及水厂总体规划，管道系统做到一般的技术设计深度，绘制规范的施工及大样图，掌握水污染设计的方法，培养和提高计算能力，设计和绘图水平。在教室指导下，基本能独立完成一个中小型污水处理厂工艺设计，锻炼和提高学生分析及解决工程问题的能力。

2、6设计的原则

考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：

⑴要符合使用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况（如施工条件），在可能的基础上选择的处理工艺流程、构（建）筑物形式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度的满足污水厂功能的实现，使处理后的污水符合水质要求。

⑵污水厂曝气池设计采用的各项设计参数必须可靠。

⑶污水处理厂曝气池设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。

⑷污水处理厂曝气池设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要尽可能采取先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。

⑸污水厂曝气池设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成，在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件。

⑹污水厂曝气池设计必须考虑安全性的条件，如适当设置分流设施、超越管线等。

3 污水处理工程课程设计指导书

3、1总体要求

①在设计过程中，要发挥独立思考独立工作的能力；

②本课程设计的重点训练，是曝气池工艺设计计算和布置。

③课程设计不要求对设计方案作比较。处理构筑物选型说明，按其技术特征加以说明。

④设计计算说明书，应内容完整(包括计算草图)，简明扼要，文句通顺，字迹端正。设计图纸应按标准绘制（手绘），内容完整，主次分明

3、2设计要点

3、2、1 污水处理设施设计一般规定

①该市排水系统为合流制，污水流量总变化系统数取1.2，截流雨季污水经初沉可直接排入水体。

②处理构筑物流量：曝气池之前，各种构筑物按最大日最大时流量设计；曝气池之后(包括曝气池)，构筑物按平均日平均时流量设计。

③处理设备设计流量：各种设备选型计算时，按最大日最大时流量设计。

④管渠设计流量；按最大日、最大时流量设计。

⑤各处理构筑物不应小于2组(个或格)，且按并开设计。

3、2、2 曝气池

①型式：传统活性污泥法采用推流式鼓风曝气。

②曝气池进水配水点除起端外，沿流长方向距池起点1/2~3／4池长以内可增加2—3个配水点。

③曝气池污泥负荷宜选0.5kgBOD5／(kgMLVSS．d)，再按计算法校核。

④污泥回流比R=30％～80％，在计算污泥回流设施及二沉池贮泥量时，R取大值。

⑤SVI值选120～150ml／g，污泥浓度可计算确定，但不宜大于3000mg／L。

⑥曝气池深度应结合总体高程、选用的曝气扩散器及鼓风机、地质条件确定。多点进水时可稍长些，一般控制L》10B。

⑦曝气池应布置并计算空气管，并确定所需供风的风量和风压。

3、2、3高程布置

①高程布置原则。

②构筑物水头损失参考

③水头损失计算及高程布置参见《排水工程》(下)。

④高程布置图横向和纵向比例一般不相等，横向比例可选1：1000左右，纵向1：500左右。

4 污水处理工艺流程说明

4、1活性污泥法（Activated Sludge Process）

活性污泥法利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。

活性污泥，是指由好气性微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物所共同组成的微生物絮体。活性污泥法中，进行污染物降解过程的主体是活性污泥中的微生物。可溶性有机物能被细菌、真菌等作为营养物质直接利用分解，而不能作为微型动物的直接营养源。细菌等腐生性微生物起着主要作用。此外，还存在原生动物、微型后生动物等完全动物营养性的微生物。

4、1、1 活性污泥法概念

活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

4、1、2 活性污泥法简介

activated sludge process是污水生物处理的一种方法。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。

影响活性污泥过程工作效率(处理效率和经济效益)的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。