7．3　活性污泥法运行方式

7．3．1　曝气池的池型

曝气池是活性污泥法的生物反应器，按照池内水流的流态，可分为推流式和完全混合式两种。

1．推流式

推流式曝气池一般是矩形渠道式，污水和回流污泥从曝气池的一端进入，从另一端流出，水流呈推流型。进水方式不限，出水多采用溢流堰，为避免短流，进水口和进泥口均设于水下。理想推流式曝气池在横断面上各点浓度均匀，沿水流方向无混合，水、污染物和污泥絮体均以相同的速度移动。实际推流式曝气池在水流方向存在一定程度的混合。

为避免短流，池长与池宽之比一般为5～10，视现场情况而定。池宽与有效水深之比一般为1～2。池深与池的造价和动力费有关，池越深，池子的占地面积越小，氧利用率越高，但压缩空气的压力也越高，一般有效水深为4～6m，最大为9m。超高一般为0．5m，为了防风，还可适当加高。当场地有限时，长池可采用来回折返的两廊道或多廊道布置，图7－3所示为3廊道推流式曝气池。

根据横断面上的水流情况，又可分为平移推流式（图7－4）和旋转推流式（图7－5）。平移推流式曝气池的水流仅沿池长方向流动，空气扩散器安装在池底；旋转推流式将扩散器安装于池横断面的一侧，产生的气泡在池水中造成密度差，产生了旋转流，因此水流除沿池长方向外，还有横向旋流，这样可以增加气泡和混合液的接触时间，提高氧气利用率。

在推流池中，底物浓度进口最高，沿池长逐渐降低，出口端最低。污泥负荷、好氧速率前高后低，长池前后的微生物有差别。由于高负荷集中在废水入流端，因而对水质、水量和毒物等变化的适应性较弱。这种反应池降解速率较高，运行灵活，适用于处理要求高而进水水质水量比较稳定的废水，如各大、中型污水处理厂。

2．完全混合式

完全混合式曝气池一般为圆形，也可用正方形或矩形。理想的完全混合式曝气池在污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池中的混合液完全混合，池中微生物的种类和浓度、底物浓度、需氧速率各点相同，也与出水中的这些参数相同，不像推流式那样前后段有明显的区别，如图7－6所示。

由于进入曝气池的污水能迅速被池水稀释，因此进水水质的变化对活性污泥的影响很小，能承受毒物、水质和水量等类型的冲击负荷。由于需氧速率均匀，供氧和需氧容易平衡，从而有利于节省供氧动力。但是，由于完全混合作用，曝气池中的底物和微生物的浓度与出水中的基本一致，浓度较低。因此，此类池子的底物去除速率并不高于推流式曝气池，因此，曝气池体积更大。这类曝气池能处理高浓度有机废水而不需要稀释，只需随浓度的提高在一定污泥负荷范围内延长曝气时间即可，也适用于处理水质要求不高的小型污水处理厂，而在工业废水的处理中应用更广泛。

7．3．2　活性污泥法主要运行方式

1．传统活性污泥法

传统推流式活性污泥法是活性污泥法最早的运行方式，又称普通活性污泥法，是以推流式曝气池为核心的活性污泥系统，其流程见图7－7。经初沉池去除粗大悬浮物的污水和回流污泥在曝气池的前段进入，呈推流式从池首向池尾流动，由曝气系统曝气并搅拌，曝气器沿池长均匀分布，活性污泥微生物在此过程中连续完成吸附和代谢过程，曝气池混合液在二沉池去除活性污泥悬浮固体后，澄清液作为净化水流出，部分沉淀污泥回流至曝气池，部分污泥作为剩余污泥排出。

该工艺有机负荷沿池长逐渐降低，因而需氧速率也沿池长降低，见图7－8。由于供氧速率的限制，该工艺的污泥负荷不宜过高；否则，会导致池前部出现严重缺氧，但这会使曝气池体积过大。由于充氧设备沿池长均匀分布，往往会导致曝气池后半段供氧超过需要，造成能量浪费。另外，污水流入曝气池后不能和全池混合液充分混合，所以该工艺易受水质水量和毒物冲击负荷的影响。该工艺处理效率高，适合于处理要求高、水质水量稳定的污水。

2．渐减曝气活性污泥法

普通活性污泥法的需氧速率沿池长逐渐降低，而氧气却沿池长均匀供给，造成了浪费。由此产生了沿池长渐减的供气方式，以达到供氧与需氧的均衡，这就是渐减曝气法，其供氧需氧的特点如图7－9所示。

该方法可节省能源，出水较好，可由传统活性污泥法改造而来，也可设计成多个曝气池串联，但曝气装置设计复杂，耐冲击负荷的能力仍然较弱。

3．阶段曝气活性污泥法

针对传统活性污泥法的BOD负荷和需氧速率在池首过高的缺点，将废水沿池长多点进入，也称多点进水活性污泥法，如图7－10所示。分散进水的点数一般为3～4处。这种工艺均衡了有机负荷和需氧速率，提高了空气利用效率。污水分为多点进入，有利于分散和稀释突增的负荷，因此与普通活性污泥法相比，承受冲击负荷的能力较强。此外，该工艺污泥浓度沿池长逐渐降低，曝气池前段污泥浓度高于平均浓度，后段低于平均浓度，有利于二沉池分离。和普通活性污泥法相比，该工艺的污泥总量更高，泥龄更长，去除一定量的BOD，曝气池容积较普通法小1／3以上。该工艺最后端进水因处理时间短、污泥浓度低，对氨氮的去除率较低。

4．吸附再生活性污泥法（接触稳定活性污泥法）

该工艺将生物反应器分为接触池（吸附池）和稳定池（再生池），两池容积比一般为11。污水和经过再生的、吸附性能很强的污泥同步进入接触池，经过30～60min充分接触，大部分呈悬浮、胶体和溶解态的有机污染物被活性污泥吸附而去除，同时，活性污泥的吸附能力大大下降。之后，混合液进入二沉池进行泥水分离，二沉池分离出的污泥部分作为剩余污泥排放，部分回流至稳定池，经过一定时间的曝气，被吸附的有机污染物被降解，污泥的吸附性能得到恢复，恢复活性的污泥再回流至吸附池。该工艺的接触池和稳定池可以分建，如图7－11（a）所示，也可以合建，如图7－11（b）所示。

与传统活性污泥法相比该工艺具有以下特点：

（1）该工艺的稳定池仅对排除剩余污泥的回流污泥进行曝气，且污泥浓度高，故所需的体积和曝气量比普通活性污泥法小。污水与活性污泥在接触池中接触的时间短，接触池的体积也较小。因此，二沉池的总体积小于普通活性污泥法曝气池的体积，基建和运行费用较低。

（2）当接触池中的污泥遭到毒物破坏，可迅速与稳定池中的污泥替换，使系统耐毒物冲击负荷的能力得到增强。

（3）由于通过接触池可吸附大量的悬浮污染物，所以该工艺一般不用初沉池。

（4）系统运行灵活。如阶段曝气活性污泥法，当第一进水点不进水时，第二进水点以前的曝气池即可作为稳定池使用。

该工艺有以下不足之处：

（1）该工艺主要依靠活性污泥吸附去除有机污染物，而污泥的吸附量是有一定限度的，因而去除效果一般低于传统活性污泥法，去除率一般仅能达到80%～90%；又由于吸附和接触的时间短，限制了氨氮的硝化，因而除氮效果也较低。

（2）剩余污泥中的有机物未得到充分的氧化分解，污泥量较多。

（3）对于溶解性有机污染物含量较高的污水以及污泥处理难度大的场合，本工艺不适用。

5．吸附—生物降解工艺

吸附—生物降解工艺（AB法）是20世纪70年代中期Boehnke发明的，80年代初开始应用于水处理实践。该工艺分为两个串联的处理段：第一段是高负荷吸附段（A段），主要用于吸附污水中的有机物；第二段是低负荷生物氧化（B段），主要用于降解有机污染物。AB法工艺流程如图7－12所示。

A段的负荷通常较高，为2～6BOD5／kg　MLSS·d，是普通活性污泥法的10～20倍，固体停留时间（SRT）为0．3～0．5d，水力停留时间（HRT）通常为30～60min，A段的活性污泥全部是繁殖快、世代时间短的细菌，所以污泥产率高。B段曝气池的负荷通常较低，一般控制在0．15～0．30BOD5／kg　MLSS·d，SRT为18d左右，HRT为2～4h。A段吸附池可以根据水质的不同，以好氧或者缺氧的方式运行，溶解氧一般为0．3～0．7mg／L，因此该段既能去除有机物，也能去除一部分氮，重金属和难降解有机物可被污泥吸附而去除；B段曝气池以好氧方式运行，溶解氧浓度为1～2mg／L，由于该段的污泥龄较长，可进行硝化反应。另外，B段以低负荷运行，既保证了反硝化所需的碳源，又减少了剩余污泥量，保证了出水水质。AB法的主要特点如下：

（1）A、B两段独立运行，拥有各自独立的沉淀池和污泥回流系统，能够培养出适合本段水质特征的微生物种群。A段污水由管网而来，其中含有大量繁殖能力强、抗环境变化的短世代原核微生物，这些微生物已经适应了毒物、pH值、水质水量等环境因素的变化。此外，A段对于水质、水量、pH值和有毒物质等的冲击负荷有巨大的缓冲作用，能为其后面的B段创造一个良好的进水条件，因此该工艺耐冲击负荷能力强，具有较高的稳定性。

（2）不设置初次沉淀池，污水经格栅、沉砂池预处理后直接进入A段，经A段后使B段可生化性提高，因而能够取得更佳、更稳定的效果。A段去除率一般为40%～70%，除磷效果较好，且为B段硝化作用创造了条件。

AB法工艺处理效果稳定，反应池总容积小，具有抗冲击负荷、毒物和pH值变化的能力，可广泛应用于老厂的扩建和改造，也有利于进行分期建设。在有毒有害废水及工业废水比例较高的城市污水处理中，该工艺有较大的优势。

AB法的主要问题是A段主要靠吸附去除污染物，因而剩余污泥量较大，增大了污泥处理成本。

6．完全混合活性污泥法

完全混合活性污泥法是目前应用较多的活性污泥法工艺，其工艺流程与传统活性污泥法相同。不同之处在于：废水和回流污泥流入曝气池后可立即与池内原有混合液充分混合，继而进行吸附和代谢活动，并置换出等量的混合液至二次沉淀池。该工艺曝气池内液体混合均匀，各点水质、微生物种类和数量、污泥负荷、需氧速率等参数几乎完全相同。

完全混合法的优点如下：

（1）曝气池内需氧速率分布均匀，易实现供氧和需氧的均衡，能节省动力。

（2）曝气池工况为一点，可调至最佳点运行。

（3）进水被全池混合液稀释，抗冲击负荷能力强，完全混合池从某种意义上来讲是一个大的缓冲器和均质池，可削弱高峰负荷。

完全混合法的缺点是：进出水可能发生短流现象而使出水水质不稳定，出水不如传统活性污泥法，易引起污泥膨胀。另外，曝气池构造较为复杂，土建要求较高。

本工艺适于小型污水处理厂，特别适用于处理工业废水以及高浓度有机废水。

7．延时曝气活性污泥法

延时曝气活性污泥法也称完全氧化法，即长时间曝气的活性污泥法。这种工艺的特点是：有机负荷很低（0．10～0．25BOD5／kg　MLSS·d）；固体停留时间很长（可达20～30d）；曝气时间长（为1～3d）；一般不设初沉池。通过长时间曝气，可将微生物控制在内源呼吸阶段，不但能去除污水中的有机污染物，而且还能氧化、分解、转移到污泥中的有机物质和细胞物质，因而剩余污泥量少且稳定，易于处置，该工艺可以看作是污水和污泥的综合好氧处理系统。

这种工艺具有处理过程稳定、对进水N、P的需求小、出水水质好、剩余污泥量少且稳定等优点；但也存在着占地面积大，池体容积大，需氧量多，基建费用和运行费用高等缺点。

8．氧化沟

（1）工艺流程。氧化沟工艺是采用延时曝气机理设计的一种反应器形式，反应池呈封闭无终端渠形布置，池内配置充氧和推动水流设备，混合液在环形曝气渠道中循环流动，如图7－13所示。污水首先经过预处理或前处理，然后进入氧化沟。预处理指进水水质能满足氧化沟生化需要时，在氧化沟前设置的处理措施，如格栅、沉砂池等。前处理是指进水水质不能满足氧化沟生化需要时，根据调整水质的需要，在氧化沟前设置的处理工艺，如初沉池、水解酸化池、气浮池、均化池、事故池等。进入氧化沟的废水在循环流动过程中被净化处理，出水流入沉淀池进行固液分离，分离出的活性污泥部分被回流到循环渠道，剩余污泥排至污泥处理系统。由于氧化沟具有工艺流程简单、管理简便、运行和处理效果稳定、剩余污泥量少等优势，近年来被广泛采用。

氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至几百米以上。沟深一般为2～6m。进水管进水，溢流堰出水。

（2）工艺特征。在流态上，氧化沟兼具完全混合与推流两种流态的特点。污水在沟内停留时间长，一般多为10～24h，故沟内污水存量大。污水在整个停留时间内，可以做几十次，甚至几百次的循环。因此，从整体上看，氧化沟可以被看作是一个完全混合池，原水一进入氧化沟，就会被数十倍甚至数百倍的循环混合液所稀释，池内污水水质几近一致，因此氧化沟和完全混合工艺一样，适宜处理高浓度有机废水，抗冲击负荷的能力强。但从氧化沟的某一段看，水流又呈现出推流式的某些特征，如可以通过控制曝气器使沟内溶解氧浓度沿水流发生变化，呈现出好氧区→缺氧区→好氧区→缺氧区→……的交替变化，从而可进行硝化和反硝化反应，达到生物脱氮的效果；同时使活性污泥的沉降性能得到改善。

由于氧化沟的水力停留时间很长，泥龄比一般活性污泥法长得多（可达15～30d），悬浮态和溶解态有机污染物都可得到彻底的稳定，故氧化沟可以不设初沉池；同时，排出的剩余污泥量少，而且已经得到稳定，不需要硝化处理，可以在浓缩脱水后进行处置或利用。但是，水力停留时间长也使得氧化沟的占地面积很大。

9．序批式活性污泥法

序批式活性污泥法（Sequencing Batch Activated Sludge Process，简称SBR工艺）是活性污泥法的先驱。由于进出水切换复杂，变水位出水、供气系统易堵塞等原因，限制了其应用和发展。但随着计算机和控制技术的发展，SBR法越来越得到广泛的应用，目前该工艺已成为活性污泥法的主流工艺之一。

（1）序批式反应池（Sequencing Batch Reactor，SBR）。SBR工艺的核心是序批式反应池。该反应池将曝气池与沉淀池合二为一，即生化反应与泥水分离在同一反应器中进行。图7－14所示为序批式反应池的基本运行模式，其操作流程由进水、曝气、沉淀、排水和待机5个基本工序组成。SBR反应池中发生的生化反应过程是典型的非稳态过程，与传统活性污泥法相比，底物和微生物浓度的变化在空间上呈完全混合状态，但在时间上则具有推流式的特征，污染物随着时间的推移浓度逐渐降低。

（2）SBR工艺操作。从废水进水到待机结束构成一个运行周期，这种操作周期周而复始进行，以达到不断进行废水处理的目的。

1）进水工序。进水工序是指从反应池最低水位开始，充水至反应池最高水位结束的工序。在进水之前，反应器处于上个周期的待机状态，沉淀后的上清液已经排空，反应器内储存着上个周期留下的高浓度活性污泥混合液，起着传统活性污泥法回流污泥的作用。由于进水工序仅仅进水，而不排水，反应池也起到了调节池的作用，因此该工艺可以不设调节池，但对水质水量的变化却具有较好的适应性。

该工序还可以调节反应器的水力特征。如果进水时间短，反应器在时间上的推流特征明显，微生物一开始接触的是高浓度底物，但随着时间的延续浓度逐渐降低。如果进水时间长，则系统性能趋向于完全混合式，这意味着微生物接触到的是浓度较低且相对稳定的污水。

进水工序有限制曝气进水和非限制曝气进水两种方式，前者在进水时只进行搅拌而不曝气，后者则要曝气。限制曝气进水能够抑制好氧反应，有利于缺氧或厌氧反应；非限制曝气进水则能够使在有机物进水过程几乎被氧化。可根据不同的处理目的改变进水方式。进水时间根据实际排水情况和设备条件而定，一般为2～4h。

2）曝气工序。当进水达到指定液面高度时，便可对反应池中的污水进行曝气处理，这就是曝气工序。可根据需要选择连续曝气或间歇曝气。通过控制曝气时间、强度可以使反应器内维持好氧、缺氧或厌氧状态，从而实现碳氧化、硝化、反硝化和厌氧释磷过程。曝气时间取决于要求处理的程度。

3）沉淀工序。沉淀工序是在停止曝气和搅拌后，对混合液进行静置沉淀的工序。这种工序相当于传统活性污泥法中的二沉池。沉淀过程是在完全静止状态下进行的，可避免二沉池内水流的影响。沉淀时间一般为1．5～2h。

4）排水工序。排出沉淀后的上清液，一直到最低水位。反应器底部的污泥大部分作为下个处理周期的回流污泥使用，过剩的污泥作为剩余污泥排放。另外，反应池中还剩下一部分处理水，用作循环水或稀释水。

5）待机工序。沉淀之后到下个周期开始的时间为待机工序。保留待机工序可以提高每个运行周期的灵活性。待机工序对含有多个SBR反应池的系统尤为重要，可以协同几个操作以达到最佳处理效果。可根据需要进行搅拌或曝气。

（3）SBR工艺的特点。SBR法与连续流活性污泥法相比，具有以下突出优点：

1）装置简单，节约费用。该工艺不需要二沉池和污泥回流设备，可在同一反应器内顺序地进行缺氧—厌氧—好氧过程，一般情况不设调节池，多数情况下可省去初沉池，占地少，基建投资及运行费用低。统计表明，采用该工艺处理小城镇污水，比普通活性污泥法节约基建投资30%以上。

2）污泥不易膨胀。该工艺在反应开始阶段基质浓度高，随后基质浓度逐渐降低，还可以在反应池内根据需要实现缺氧、厌氧和好氧过程。这些都有利于抑制丝状菌的过度繁殖，故污泥沉降性能好。因此，限制曝气方式进水比非限制曝气方式进水更不容易发生污泥膨胀，以较短的时间进水也不易发生污泥膨胀。

3）SBR系统各反应器相互独立，每个SBR池可根据进水水质、水量的不同适当调整运行参数，比其他生化处理系统更易维护，运行方式灵活。

4）耐冲击负荷，处理能力强。在物理空间上SBR具有完全混合特征，因此水质、负荷波动和毒物对SBR影响相对较小，具有较强的抗冲击负荷的能力。此外，由于污泥沉降性能好，泥水分离效果好，可以在反应器中保持较高的污泥浓度和污泥量，这也提高了耐冲击负荷的能力及处理负荷能力。因此，SBR工艺处理有毒或高浓度有机废水的能力强。如果采取非限制曝气进水方式，会进一步提高承受毒物和浓度冲击负荷的能力。

5）反应推动力大。底物和微生物浓度的变化在空间上呈完全混合状态，但在时间上则具有推流式的特征，因此底物在整个反应过程被稀释的不多，故反应推动力始终比连续流完全混合式反应池高，因此，反应池体积比完全混合法小，通常为其1／3。

6）沉淀过程受干扰小，沉淀效果好。沉淀过程没有进出水的干扰，是理想的静止沉淀，也不存在短流和异重流的影响，泥水分离效果好。

7）运行操作灵活。只要对曝气量或各工序的运行时间加以控制，即可生成不同的活性污泥法路线。例如，当逐渐减少曝气量时，SBR法与阶段曝气活性污泥法类似；而当采取快速进水，短时曝气，并在排水工序后，对池内留存的污泥进行较长时间曝气，则与吸附再生活性污泥法类似。此外，也可以通过调节相应的操作状态实现脱氮除磷的效果。

对于小型污水处理厂，SBR工艺是一种系统简单、投资少、运行方便灵活且处理效果好的工艺。但对于大型污水处理厂，则需要多个SBR反应池并联运行，使得操作管理复杂。因此，SBR工艺更适合规模较小的污水处理过程。