7.6 活性污泥法

Ⅰ 一般规定

7.6.1 外部环境条件一般指操作管理要求，包括水量、水质、占地、供电、地质、水文和设备供应等。
7.6.3 目前常用的消除泡沫的措施有水喷淋和投加消泡剂等方法。
7.6.4 生物反应池投产初期采用间歇曝气培养活性污泥时，静沉后用作排除上清液。
7.6.5 本条适用于推流式运行的廊道式生物反应池。生物反应池的池宽和水深之比宜采用1:1～2:1，曝气装置沿一侧布置时，生物反应池混合液的旋流前进的水力状态较好。有效水深4.0m～6.0m是根据国内鼓风机的风压能力，并考虑尽量降低生物反应池占地面积而确定的。当条件许可时也可采用较大水深，目前国内一些大型污水厂采用的水深为6.0m，也有一些污水厂采用的水深超过6.0m。
7.6.6 缺氧区（池）、厌氧区（池）的搅拌功率：在《污水处理新工艺与设计计算实例》一书中推荐取3W/m³，美国《污水厂手册》推荐取5W/m³～8W/m³，中国市政工程西南设计研究总院有限公司曾采用过2W/m³，本标准建议为2W/m³～8W/m³。所需功率均以曝气器配置功率表示。
7.6.7 我国的寒冷地区，冬季水温一般在6℃～10℃，短时间可能为4℃～6℃。生物反应池设计时应核算污水处理过程中低气温对污水温度的影响。
7.6.8 污水进入厌氧区（池）、缺氧区（池）时，采用淹没入流方式的目的是避免引起复氧。
 

Ⅱ 传统活性污泥法

7.6.9 有关设计数据是根据我国污水厂回流污泥浓度一般为4g/L～8g/L的情况确定的。如回流污泥浓度不在上述范围时，可适当修正。当处理效率可以降低时、负荷可适当增大。当进水五日生化需氧量低于一般城镇污水时，负荷应适当减小。
    生物反应池主要设计参数中，容积负荷LV、污泥负荷LS和污泥浓度X相关；同时又必须按生物反应池实际运行规律来确定数据，即不可无依据地将本标准规定的LS和X取端值相乘确定最大的容积负荷LV。
    Q为反应池设计流量，不包括污泥回流量。采用旱季设计流量设计，用雨季设计流量复核。
    X为反应池内混合液悬浮固体MLSS的平均浓度，适用于推流式、完全混合式生物反应池。吸附再生反应池的X是根据吸附区的混合液悬浮固体和再生区的混合液悬浮固体，按这两个区的容积进行加权平均得出的理论数据。
7.6.10 由于目前很少采用按容积负荷计算生物反应池的容积，因此将按容积负荷计算的公式列入条文说明中以备方案校核、比较时参考使用，以及采用容积负荷指标时计算容积之用。按容积负荷计算生物反应池的容积时，可按下式计算：

    式中：V——生物反应池的容积（m³）；
    Q——生物反应池的设计流量（m³/d）；
    S_o——生物反应池进水五日生化需氧量浓度（mg/L）；
    L_V——生物反应池的五日生化需氧量容积负荷[kgBOD₅/（m³·d）]。
    根据国内外的工程实际应用情况，当生物反应池仅用于去除碳源污染物时，污泥龄取值一般为3d～6d；当生物反应池兼顾硝化时污泥龄取值宜为3d～15d。
7.6.11 衰减系数Kd的值和温度有关，本条列出了污水温度修正公式。
7.6.12 选择区（池）的作用是改善污泥性质，防止污泥膨胀。
7.6.13 本条是根据国内外有关阶段曝气法的资料制定。阶段曝气的特点是污水沿池的始端1/2～3/4长度内分数点进入（即进水口分布在两廊道生物反应池的第一条廊道内，三廊道生物反应池的前两条廊道内，四廊道生物反应池的前三条廊道内），尽量使反应池混合液的氧利用率接近均匀，所以容积负荷比普通生物反应池大。
7.6.14 根据国内污水厂的运行经验，参照国外有关资料，规定吸附再生生物反应池吸附区和再生区的容积和停留时间。它的特点是回流污泥先在再生区作较长时间的曝气，然后和污水在吸附区充分混合，较短时间接触，但一般不小于0.5h。
7.6.15 本条对合建式生物反应池设计做出规定。
    1 据资料介绍，一般生物反应池的平均耗氧速率为30mg/（L·h）～40mg/（L·h）。根据对上海某污水厂和湖北某印染厂污水站的生物反应池回流缝处测定实际的溶解氧，表明污泥室的溶解氧浓度不一定能满足生物反应池所需的耗氧速率，为安全考虑，合建式完全混合反应池曝气部分的容积应包括导流区，但不包括污泥室容积。
    2 根据国内运行经验，沉淀区的沉淀效果易受曝气区的影响。为了保证出水水质，沉淀区表面水力负荷宜为0.5m³/（m²·h）～1.0m³/（m²·h）。
 

Ⅲ 厌氧/缺氧/好氧法（AAO或A²O法）

7.6.16本条是关于采用厌氧/缺氧/好氧法（AAO或A₂O法）的水处理工艺的规定。
    1 污水的五日生化需氧量和总凯氏氮之比是影响脱氮效果的重要因素之一。异养性反硝化菌在呼吸时，以有机基质作为电子供体，硝态氮作为电子受体，即反硝化时需消耗有机物。青岛等地污水厂运行实践表明，当污水中五日生化需氧量和总凯氏氮之比大于4时，可达到理想脱氮效果；五日生化需氧量和总凯氏氮之比小于4时，脱氮效果不好。五日生化需氧量和总凯氏氮之比过小时，需外加碳源才能达到理想的脱氮效果。外加碳源可采用甲醇，它被分解后产生二氧化碳和水，不会留下任何难以分解的中间产物。由于城镇污水水量大，外加甲醇的费用较大，有些污水厂将淀粉厂、制糖厂、酿造厂等排出的高浓度有机废水作为外加碳源，取得了良好效果。当五日生化需氧量和总凯氏氮之比为4或略小于4时，可不设初次沉淀池或缩短污水在初次沉淀池中的停留时间，以增大进生物反应池污水中五日生化需氧量和氮的比值。
    2 生物除磷由吸磷和放磷两个过程组成，聚磷菌在厌氧放磷时，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存。若放磷时无溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存，则聚磷菌在进入好氧环境中并不吸磷，此类放磷为无效放磷。生物脱氮和除磷都需要有机碳，在有机碳不足，尤其是溶解性可快速生物降解的有机碳不足时，反硝化菌和聚磷菌争夺碳源，会竞争性地抑制放磷。
    污水的五日生化需氧量和总磷之比是影响除磷效果的重要因素之一。若比值过低，聚磷菌在厌氧池放磷时释放的能量不能很好地被用来吸收和储藏溶解性有机物，影响该类细菌在好氧池的吸磷，从而使出水磷浓度升高。广州地区的一些污水厂，在五日生化需氧量和总磷之比大于或等于17时，取得了良好的除磷效果。
    3 若五日生化需氧量和总凯氏氮之比小于4，则难以完全脱氮而导致系统中存在一定的硝态氮的残余量，这样即使污水中五日生化需氧量和总磷之比大于17，其生物除磷的效果也将受到影响。
    4 一般地说，聚磷菌、反硝化菌和硝化细菌生长的最佳pH值在中性或弱碱性范围，当pH值偏离最佳值时，反应速度逐渐下降，碱度起着缓冲作用。污水厂生产实践表明，为使好氧池的pH值维持在中性附近，池中剩余总碱度宜大于70mg/L。每克氨氮氧化成硝态氮需消耗7.14g碱度，大大消耗了混合液的碱度。反硝化时，还原1g硝态氮成氮气，理论上可回收3.57g碱度，此外，去除1g五日生化需氧量可以产生0.3g碱度。出水剩余总碱度可按下式计算：

    式中：A_e——出水剩余总碱度（mg/L，以CaCO₃计）；
    A_r——剩余总碱度（mg/L，以CaCO₃计）；
    A_o——进水总碱度（mg/L，以CaCO₃计）；
    S_o——生物反应池进水五日生化需氧量浓度（mg/L）；
    S_e——生物反应池出水五日生化需氧量浓度（mg/L）；
    △N_de——反硝化脱氮量（mgNO₃-N/L）；
    △N₀——硝化氮量（mgNH₃-N/L）；
    3 美国环境保护署（EPA）推荐的还原1g硝态氮可回收3g碱度。
    当进水碱度较小，硝化消耗碱度后，好氧池剩余碱度小于70mg/L，可增加缺氧池容积，以增加回收碱度量。在要求硝化的氨氮量较多时，可布置成多段缺氧/好氧形式。在该形式下，第一个好氧池仅氧化部分氨氮，消耗部分碱度，经第二个缺氧池回收碱度后再进入第二个好氧池消耗部分碱度，这样可减少对进水碱度的需要量。
7.6.17 生物脱氮由硝化和反硝化两个生物化学过程组成。氨氮在好氧池中通过硝化细菌作用被氧化成硝态氮，硝态氮在缺氧池中通过反硝化菌作用被还原成氮气逸出。硝化菌是化能自养菌，需在好氧环境中氧化氨氮获得生长所需能量；反硝化菌是兼性异养菌，它们利用有机物作为电子供体，硝态氮作为电子最终受体，将硝态氮还原成气态氮。由此可见，为了发生反硝化作用，必须具备以下条件：①硝态氮；②有机碳；③基本无溶解氧（溶解氧会消耗有机物）。为了有硝态氮，处理系统应采用较长泥龄和较低负荷。缺氧/好氧法可满足上述要求，适用于脱氮。
    1 缺氧/好氧工艺中好氧区（池）的容积计算，可采用本标准第7.6.10条生物去除碳源污染物的计算方法。
    2 公式（7.6.17-1）是缺氧池容积的计算方法，式中0.12为微生物中氮的分数。反硝化速率K_de与混合液回流比、进水水质、温度和污泥中反硝化菌的比例等因素有关。混合液回流量大，带入缺氧池的溶解氧多，K_de取低值；进水有机物浓度高且较易生物降解时，K_de取高值。
    温度变化可用公式（7.6.17-2）修正，式中1.08为温度修正系数。
    由于污水总悬浮固体中的一部分沉积到污泥中，结果产生的污泥将大于由有机物降解产生的污泥，在许多不设初次沉淀池的处理工艺中更甚。因此，在确定污泥总产率系数时，必须考虑污水中总悬浮固体的含量，否则，计算所得的剩余污泥量往往偏小。污泥总产率系数随温度、泥龄和内源衰减系数变化而变化，不是一个常数。对于某种生活污水，有初次沉淀池和无初次沉淀池时，泥龄－污泥总产率曲线分别如图4和图5所示

图4 有初次沉淀池时泥龄-污泥总产率系数曲线

    注：有初次沉淀池，TSS（总悬浮物）去除60%，初次沉淀池出流中有30%的惰性物质，污水的COD/BOD₅；为1.5~2.0（COD是chemical oxygen demand的简写），TSS/BOD₅为0.8～1.2。

图5 无初次沉淀池时泥龄-污泥总产率系数曲线

    注：无初次沉淀池，TSS/BOD₅=1.0，TSS中惰性固体占50%。
    TSS/BOD₅反映了污水中总悬浮固体和五日生化需氧量之比，比值大，剩余污泥量大，即Y_t值大。泥龄θ_c影响污泥的衰减，泥龄长，污泥衰减多，即Y_t值小。温度影响污泥总产率系数，温度高，Y_t值小。
    公式（7.6.17-4）介绍了好氧区（池）容积的计算公式。公式（7.6.17-6）为计算硝化细菌比生长速率的公式，式中0.47为15℃时硝化细菌最大比生长速率；硝化作用中氮的半速率常数 K_n是硝化细菌比生长速率等于硝化细菌最大比生长速率一半时氮的浓度， K_n的典型值为1.0mg/L； e^{0.098（T-15）}是温度校正项。自养硝化细菌比异养菌的比生长速率小得多，如果没有足够长的泥龄，硝化细菌就会从系统中流失。为了保证硝化发生，泥龄须大于1/μ。在需要硝化的场合，以泥龄作为基本设计参数是十分有利的。公式（7.6.17-6）是从纯种培养试验中得出的硝化细菌比生长速率。为了在环境条件变得不利于硝化细菌生长时，系统中仍有硝化细菌，在公式（7.6.17-5）中引入安全系数F，城镇污水可生化性好，F宜取1.5～3.0。
    公式（7.6.17-7）是混合液回流量的计算公式。如果好氧区（池）硝化作用完全，回流污泥中硝态氮浓度和好氧区（池）相同，回流污泥中硝态氮进缺氧区（池）后全部被反硝化，缺氧区（池）有足够碳源，则系统最大脱氮率是总回流比（混合液回流量加上回流污泥量和进水流量之比）r的函数，r=（Q_Ri＋Q_R）/Q，最大脱氮率＝r/（1＋r）。由公式（7.6.17-7）可知，增大总回流比可提高脱氮效果，但是，总回流比为4时，再增加回流比，对脱氮效果的提高不大。总回流比过大，会使系统由推流式趋于完全混合式，导致污泥性状变差；在进水浓度较低时，会使缺氧区（池）氧化还原电位（ORP）升高，导致反硝化速率降低。上海市政工程设计研究总院观察到总回流比从1.5上升到2.5，ORP从—218mV上升到—192mV，反硝化速率从0.08kgNO₃/（kgVSS·d）下降到0.038kgNO₃/（kgVSS·d）。回流污泥量的确定，除计算外，还应综合考虑提供硝酸盐和反硝化速率等方面的因素。
    3 在设计中虽然可以从参考文献中获得一些动力学数据，但由于污水的情况千差万别，因此只有试验数据才最符合实际情况，有条件时应通过试验获取数据；若无试验条件时，可通过相似水质、相似工艺的污水厂，获取数据。生物脱氮时，由于硝化细菌世代时间较长，要取得较好脱氮效果，需较长泥龄。以脱氮为主要目标时，泥龄可取11d～23d。相应的五日生化需氧量污泥负荷较低、污泥产率较低、需氧量较大，水力停留时间也较长。表7.6.17所列设计参数为经验数据。
7.6.18 生物除磷必须具备以下条件：①厌氧（无硝态氮）；②有机碳。厌氧/好氧法可满足上述要求，适用于除磷。
    1 厌氧/好氧工艺的好氧区（池）的容积计算，根据经验可采用本标准第7.6.10条生物去除碳源污染物的计算方法，并根据经验确定厌氧和好氧各区的容积比。
    2 在厌氧区（池）中先发生脱氮反应消耗硝态氮，然后聚磷菌释放磷，释磷过程中释放的能量可用于其吸收和贮藏溶解性有机物。若厌氧区（池）停留时间小于1h，磷释放不完全，会影响磷的去除率，综合考虑除磷效率和经济性，规定厌氧区（池）停留时间宜为1h～2h。在只除磷的厌氧/好氧系统中，由于无硝态氮和聚磷菌争夺有机物，厌氧池停留时间可取下限。
    3 活性污泥中聚磷菌在厌氧环境中会释放出磷，在好氧环境中会吸收超过其正常生长所需的磷。通过排放富磷剩余污泥，可比普通活性污泥法从污水中去除更多的磷。由此可见，缩短泥龄，即增加排泥量可提高磷的去除率。以除磷为主要目的时，泥龄可取3.5d～7.0d。表7.6.18所列设计参数为经验数据。
    4 除磷工艺的剩余污泥在污泥浓缩池中浓缩时会因厌氧放出大量磷酸盐，用机械法浓缩污泥可缩短浓缩时间，减少磷酸盐析出量。
    5 生物除磷工艺的剩余活性污泥厌氧消化时会产生大量灰白色的磷酸盐沉积物，这种沉积物极易堵塞管道。青岛某污水厂采用厌氧/缺氧/好氧法（AAO或A²O法）工艺处理污水，该厂在消化池出泥管、后浓缩池进泥管、后浓缩池上清液管道和污泥脱水后滤液管道中均发现灰白色沉积物，弯管处尤甚，严重影响了正常运行。这种灰白色沉积物质地坚硬，不溶于水；经盐酸浸泡，无法去除。该厂在这些管道的转弯处增加了法兰，还拟对消化池出泥管进行改造，将原有的内置式管道改为外部管道，便于经常冲洗保养。污泥脱水滤液和第二级消化池上清液，磷浓度十分高，如不除磷，直接回到集水池，则磷从水中转移到泥中，再从泥中转移到水中，只是在处理系统中循环，严重影响了磷的去除效率，这类磷酸盐宜采用化学法去除。除化学除磷外，磷回收技术也得到不断应用。
7.6.19 本条是脱氮除磷采用厌氧/缺氧/好氧法（AAO或A²O法）的相关规定。
    1 生物同时脱氮除磷，要求系统具有厌氧、缺氧和好氧环境，厌氧/缺氧/好氧法可满足这一条件。
    脱氮和除磷是相互影响的。脱氮要求较低负荷和较长泥龄，除磷却要求较高负荷和较短泥龄。脱氮要求有较多硝酸盐供反硝化，而硝酸盐不利于除磷。设计生物反应池各区（池）容积时，应根据氮、磷的排放标准等要求，寻找合适的平衡点。
    2 脱氮和除磷对泥龄、污泥负荷和好氧停留时间的要求是相反的。在需同时脱氮除磷时，综合考虑泥龄的影响后，可取10d～22d。本标准表7.6.19所列设计参数为经验数据。
    3 厌氧/缺氧/好氧法（AAO或A²O法）工艺中，当脱氮效果好时，除磷效果较差。反之亦然，不能同时取得较好的效果。针对这些存在的问题，可对工艺流程进行变形改进，调整泥龄、水力停留时间等设计参数，改变进水和回流污泥等布置形式，从而进一步提高脱氮除磷效果。图6为一些变形的工艺流程。

图6 一些变形的工艺流程

Ⅳ氧化沟

7.6.20 由于氧化沟多用于长泥龄的工艺，悬浮状有机物可在氧化沟内得到部分稳定，故可不设初次沉淀池。
7.6.21 氧化沟前设置厌氧池可提高系统的除磷功能。
7.6.22 在交替式运行的氧化沟中，需设置进水配水井，井内设闸或溢流堰，按设计程序变换进出水水流方向；当有两组及以上平行运行的系列时，也需设置进水配水井，以保证均匀配水。
7.6.23 按构造特征和运行方式的不同，氧化沟可分为多种类型，其中有连续运行、与二次沉淀池分建的氧化沟，如Carrousel型多沟串联系统氧化沟、Orbal同心圆或椭圆形氧化沟和DE型交替式氧化沟等；也有集曝气、沉淀于一体的氧化沟，又称合建式氧化沟，如船式一体化氧化沟和T型交替式氧化沟等。
7.6.26 进水和回流污泥从缺氧区首端进入，有利于反硝化脱氮。出水宜在充氧器后的好氧区，是为了防止二次沉淀池中出现厌氧状态。
7.6.27 随着曝气设备不断改进，氧化沟的有效水深也在变化。当采用转刷时，不宜大于3.5m；当采用转碟、竖轴表曝机时，不宜大于4.5m。
7.6.31 为了保证活性污泥处于悬浮状态，国内外普遍采用沟内平均流速为0.25m/s～0.35m/s。《日本指南》规定沟内平均流速为0.25m/s，本标准规定宜大于0.25m/s。为改善沟内流速分布，可在曝气设备上、下游设置导流墙。
7.6.32 氧化沟自动控制系统可采用时间程序控制，也可采用溶解氧或氧化还原电位（ORP）控制。在特定位置设置溶解氧探头，可根据池中溶解氧浓度控制曝气设备的开关，有利于满足运行要求，且可最大限度地节约动力。
    对于交替运行的氧化沟，宜设置溶解氧控制系统，控制曝气转刷的连续、间歇或变速转动，以满足不同阶段的溶解氧浓度要求或根据设定的模式进行运行。
 

Ⅴ序批式活性污泥法（SBR）

7.6.33 考虑到清洗和检修等情况，SBR反应池的数量不宜少于2个。但水量较小（小于500m³/d）时，设2个反应池不经济，或当投产初期污水量较小、采用低负荷连续进水方式时，可建1个反应池。
7.6.35 SBR工艺也是活性污泥法的一种，其主要参数和活性污泥法相同，故参照本标准的相关规定取值。另外，除负荷外，充水比和周期数等参数均对脱氮除磷有影响，设计时要综合考虑各种因素。
7.6.36 SBR工艺是按周期运行的，每个周期包括进水、反应（厌氧、缺氧、好氧）、沉淀、排水和闲置五个工序，前四个工序是必需工序。
    进水时间指开始向反应池进水至进水完成的一段时间。在此期间可根据具体情况进行曝气（好氧反应）、搅拌（厌氧、缺氧反应）、沉淀、排水或闲置。若一个处理系统有n个反应池，连续地将污水流入各个池内，依次对各池污水进行处理，假设在进水工序不进行沉淀和排水，一个周期的时间为t，则进水时间应为t/n。
    非好氧反应时间内，发生反硝化反应和放磷反应。运行时可增减闲置时间调整非好氧反应时间。
    公式（7.6.36-2）中充水比的含义是每个周期进水体积和反应池容积之比。充水比的倒数减1，可理解为回流比；充水比小，相当于回流比大。要取得较好的脱氮效果，充水比要小；但充水比过小，反而不利，可参见本标准第7.6.17条的条文说明。
    排水目的是排除沉淀后的上清液，直至达到开始向反应池进水时的最低水位。排水可采用滗水器，所用时间由淹水器的能力决定。排水时间可通过增加滗水器台数或加大溢流负荷来缩短。但是，缩短了排水时间将增加后续处理构筑物（如消毒池等）的容积和增大排水管管径。综合两者关系，排水时间宜为1.0h～1.5h。
    闲置不是一个必需的工序，可以省略。在闲置期间，根据处理要求，可以进水、好氧反应、非好氧反应和排除剩余污泥等。闲置时间的长短由进水流量和各工序的时间安排等因素决定。
7.6.37 本条规定是为了便于运行管理。
7.6.38 由于污水的进入会搅动活性污泥，此外，若进水发生短流会造成出水水质恶化，因此连续进水时，反应池的进水处应设置导流装置。
7.6.39 矩形反应池可布置紧凑，占地少。水深应根据鼓风机出风压力确定，如果反应池水深过大，排出水的深度相应增大，则固液分离所需时间就长，同时，受滗水器结构限制，滗水不能过多；如果反应池水深过小，由于受活性污泥界面以上最小水深（保护高度）限制，排出比小，不经济。综合以上考虑，本条规定完全混合型反应池水深宜为4.0m～6.0m。连续进水时，如反应池长宽比过大，流速大，会带出污泥，长宽比过小，会因短流而造成出水水质下降，故长宽比宜为2.5:1～4:1。
7.6.40 滗水器故障时，可用事故排水装置应急。固定式排水装置结构简单，适合作为事故排水装置。
7.6.41 由于SBR工艺一般不设初次沉淀池，浮渣和污染物会流入反应池。为了不使反应池水面上的浮渣随处理水一起流出，首先应设沉砂池、除渣池（或极细格栅）等预处理设施，其次应采用有挡板的滗水器。反应池宜有撇渣机等浮渣清除装置，否则反应池表面会积累浮渣，影响环境和处理效果。
 

Ⅵ 膜生物反应器（MBR）

7.6.43 为尽可能地减轻膜污染，膜系统运行通量的取值应小于临界通量。同时，设计过程中应根据生物反应池设计流量校核膜峰值通量和强制通量。为了减轻膜的污染，延长膜使用寿命，峰值通量和强制通量宜按临界通量的80％～90％选取。
7.6.44 根据膜组件的设置位置，膜生物反应器型式包括外置式和浸没式。由于膜生物反应器工艺一般为间歇运行，因此，设计流量按照平均通量来计算。膜系统的实际运行通量，可按下式换算成平均通量：

    式中：J_m——平均通量[L/（m²·h）]；
    J_o——运行通量[L/（m²·h）]；
    t_o——产水泵运行时间（min）；
    t_p——产水泵暂停时间（min）。
7.6.45 膜生物反应器长期运行时，膜污染会导致膜的实际通量永久性地降低，为满足污水厂处理规模的要求，应预留10％～20％的富余膜组器空位作为备用。
7.6.46 为有效缓解膜污染，膜生物反应器工艺应设置化学清洗设施。膜化学清洗设施一般包括在线化学清洗设施和离线化学清洗设施。膜清洗药剂包括碱洗药剂和酸洗药剂，碱洗药剂包括次氯酸钠、氢氧化钠等；酸洗药剂包括拧檬酸、草酸、盐酸等。碱洗和酸洗管路系统要严格分开，不能混用。