活性污泥法的设计计算二次沉淀池活性污泥法
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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
工艺流程的选择
流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转 的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进 行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。
需要调查研究和收集的基础资料：
1. 污水的水量水质资料 水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和 地下水渗入量； 水质决定选用的处理流程和处理程度。
V
y
dS
dt
K
d
X
dX
dt
V
qvX0
qvw X
(qv qvw )Xe
V
y
dS
dt
K
d
X
污水中的ρx0很小,可以忽略不计,因 而ρx0=0,在稳定状态下dρx/dt=0且
dS S0 S
dt
t
整理后即得
V Cqv y(S0 S ) X (1 KdC )
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (2)排出的剩余活性污泥量计算
污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。
劳伦斯和麦卡蒂法
1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程
dS KS X
dt
KS S
式中：dρs/dt——基质去除率，即单位时间内单位体积去除的基质
量，mg(BOD5)/(L·h)；
K——最大的单位微生物基质去除速率，即在单位时间内，单位微
生物量去除的基质，mg(BOD5)/(mgVSS·h)；
第四节 活性污泥法的设计计算
活性污泥系统工艺设计
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。
（简称污泥负荷）
曝气区容积负荷率NV
（简称容积负荷）
经验水力停留时间：t
根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝 气池的水力停留时间。
例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg/L, 出 水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。
多点进水经验去除率：85%~90％ 经验停留时间：3~5h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积：
2. 接纳污水的对象资料 3. 气象水文资料 4. 污水处理厂厂址资料 厂址地形资料；厂址地质资料。 5. 剩余污泥的出路调研
曝气池的计算：纯经验方法
有机物负 荷率法
劳伦斯（Lawronce） 和麦卡蒂(McCarty)
法
麦金尼 (McKinney)
法
有机物负荷率的两种表示方法
活性污泥负荷率NS
dX
dt
y dS
dt
KdX
也可以表达为：
dX
dt
yobs
(
dS
dt
)
这里的yobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数， 称为表观合成系数。y为理论合成系数。
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (1)曝气池体积的计算
qv——进水流量； Qvw——排除的剩余活性污泥流量； qvr——污泥回流量； ρx ——曝气池中的微生物浓度； ρxe——出流水中带走的微生物浓度； ρxr——回流污泥中的微生物浓度； ρs0——进水基质浓缩； ρs——出流基质浓度； V——曝气池体积。
微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应 系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程 上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩
余微生物量的比值。以θC表示，单位为d。
C
qvw
X
VX
(qv qvw
)Xe
对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算：
dX
dt
V
qvX0
qvw X
(qv qvw )Xe
劳伦斯和麦卡蒂法
2.微生物的增长和基质的去除关系式
dX
dt
y dS
dt
KdX
式中：y——合成系数，mg(VSS)/mg(BOD5)； Kd——内源代谢系数，h-1 。
dX
dt
y dS
dt
KdX
上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代
谢两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质，y和 Kd值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表：
V＝200×4.5m3=900m3
污泥负荷率
污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所 能承受的BOD5量，即:
NS
qv S0 XV
式中：Ns——污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSS·d）; qv——与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； ρs0——曝气池进水的平均BOD5值，mg/L； ρs——曝气池中的污泥浓度，mg/L。
根据yobs以及上面的物料平衡式可推得：
y
yobs 1 KdC
则剩余活性污泥量Px（以挥发性悬浮固体表示的剩余
活性污泥量）为：
PX yobs qv (S0 S )
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (3)确定所需的空气量
有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成 微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为：
ρs——微生物周围的基质浓度，mg(BOD5)/L； Ks——饱和常数，其值等于基质去除速率的1/2K时的基质浓度，
mg/L；
ρx——微生物的浓度，mg/L。
dS KS X
dt
KS S
当ρ>Ks时，该方程可简化为
dS
dt
KX
当ρ<Ks时，该方程可简化为
dS
dt
K KS
X S
当曝气池出水要求高时，常处于ρ<Ks状态
所需的氧量
qv
(S0
0.68
S )
1.42PX
空气中氧的含量为23.2％,空气的密度为1.201kg/ m3 。 将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，即 为所需的空气量。
劳伦斯和麦卡蒂法
4.推流式曝气池的计算模式
由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多， 因而完全混合的计算模式也可用于推流式曝气池 的计算。
容积负荷率
容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受 的BOD5量，即：
NV容积负荷率，kg (BOD5)/(m3·d)。
NS
qv S0 XV
NV
qv S0
V
NSX
根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:
V qv S0 qv S0 NSX NV
ρs0和qv是已知的，ρx和N可参考教材中表14－5选 择。对于某些工业污水，要通过试验来确定ρx和N值。
例
处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为250mg/L, 希望处理后的出水BOD5为20mg/L。要求确定曝气池的体积、排 泥量和空气量。经研究，还确立下列条件：
工艺流程的选择
流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转 的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进 行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。
需要调查研究和收集的基础资料：
1. 污水的水量水质资料 水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和 地下水渗入量； 水质决定选用的处理流程和处理程度。
V
y
dS
dt
K
d
X
dX
dt
V
qvX0
qvw X
(qv qvw )Xe
V
y
dS
dt
K
d
X
污水中的ρx0很小,可以忽略不计,因 而ρx0=0,在稳定状态下dρx/dt=0且
dS S0 S
dt
t
整理后即得
V Cqv y(S0 S ) X (1 KdC )
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (2)排出的剩余活性污泥量计算
污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。
劳伦斯和麦卡蒂法
1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程
dS KS X
dt
KS S
式中：dρs/dt——基质去除率，即单位时间内单位体积去除的基质
量，mg(BOD5)/(L·h)；
K——最大的单位微生物基质去除速率，即在单位时间内，单位微
生物量去除的基质，mg(BOD5)/(mgVSS·h)；
第四节 活性污泥法的设计计算
活性污泥系统工艺设计
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。
（简称污泥负荷）
曝气区容积负荷率NV
（简称容积负荷）
经验水力停留时间：t
根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝 气池的水力停留时间。
例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg/L, 出 水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。
多点进水经验去除率：85%~90％ 经验停留时间：3~5h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积：
2. 接纳污水的对象资料 3. 气象水文资料 4. 污水处理厂厂址资料 厂址地形资料；厂址地质资料。 5. 剩余污泥的出路调研
曝气池的计算：纯经验方法
有机物负 荷率法
劳伦斯（Lawronce） 和麦卡蒂(McCarty)
法
麦金尼 (McKinney)
法
有机物负荷率的两种表示方法
活性污泥负荷率NS
dX
dt
y dS
dt
KdX
也可以表达为：
dX
dt
yobs
(
dS
dt
)
这里的yobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数， 称为表观合成系数。y为理论合成系数。
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (1)曝气池体积的计算
qv——进水流量； Qvw——排除的剩余活性污泥流量； qvr——污泥回流量； ρx ——曝气池中的微生物浓度； ρxe——出流水中带走的微生物浓度； ρxr——回流污泥中的微生物浓度； ρs0——进水基质浓缩； ρs——出流基质浓度； V——曝气池体积。
微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应 系统内的微生物全部更新一次所用的时间，在工程 上，就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩
余微生物量的比值。以θC表示，单位为d。
C
qvw
X
VX
(qv qvw
)Xe
对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算：
dX
dt
V
qvX0
qvw X
(qv qvw )Xe
劳伦斯和麦卡蒂法
2.微生物的增长和基质的去除关系式
dX
dt
y dS
dt
KdX
式中：y——合成系数，mg(VSS)/mg(BOD5)； Kd——内源代谢系数，h-1 。
dX
dt
y dS
dt
KdX
上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代
谢两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质，y和 Kd值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表：
V＝200×4.5m3=900m3
污泥负荷率
污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所 能承受的BOD5量，即:
NS
qv S0 XV
式中：Ns——污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSS·d）; qv——与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d； ρs0——曝气池进水的平均BOD5值，mg/L； ρs——曝气池中的污泥浓度，mg/L。
根据yobs以及上面的物料平衡式可推得：
y
yobs 1 KdC
则剩余活性污泥量Px（以挥发性悬浮固体表示的剩余
活性污泥量）为：
PX yobs qv (S0 S )
劳伦斯和麦卡蒂法
3.完全混合曝气池的计算模式 (3)确定所需的空气量
有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成 微生物，形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为：
ρs——微生物周围的基质浓度，mg(BOD5)/L； Ks——饱和常数，其值等于基质去除速率的1/2K时的基质浓度，
mg/L；
ρx——微生物的浓度，mg/L。
dS KS X
dt
KS S
当ρ>Ks时，该方程可简化为
dS
dt
KX
当ρ<Ks时，该方程可简化为
dS
dt
K KS
X S
当曝气池出水要求高时，常处于ρ<Ks状态
所需的氧量
qv
(S0
0.68
S )
1.42PX
空气中氧的含量为23.2％,空气的密度为1.201kg/ m3 。 将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，即 为所需的空气量。
劳伦斯和麦卡蒂法
4.推流式曝气池的计算模式
由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多， 因而完全混合的计算模式也可用于推流式曝气池 的计算。
容积负荷率
容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受 的BOD5量，即：
NV容积负荷率，kg (BOD5)/(m3·d)。
NS
qv S0 XV
NV
qv S0
V
NSX
根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:
V qv S0 qv S0 NSX NV
ρs0和qv是已知的，ρx和N可参考教材中表14－5选 择。对于某些工业污水，要通过试验来确定ρx和N值。
例
处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为250mg/L, 希望处理后的出水BOD5为20mg/L。要求确定曝气池的体积、排 泥量和空气量。经研究，还确立下列条件：