1.传统活性污泥法原理

普通活性污泥法是在废水的自净作用原理下发展而来的。废水经过沉砂、初沉等工序进行一级处理，去除了大部分悬浮物和部分BOD后，即进入一个人工建造的池子。池子犹如河道的一段，池内有无数能氧化分解废水中有机污染物的微生物。同天然河道相比，这一人工的净化系统效率极高，大气中的天然氧气根本不能满足这些微生物氧化分解有机物的耗氧需要，因此在池中需设置鼓风曝气或机械翼轮曝气的人工供氧系统，池子也因此被称为曝气池。

废水在曝气池停留一段时间后，废水中的有机物绝大多数被曝气池中的微生物吸附、氧化分解成无机物，随后即进入另一个池子——沉淀池。在沉淀池中，成絮状的微生物絮体——活性污泥下沉，处理后的出水——上清液即可溢流而被排放。

为了使曝气池保持高的反应速率，必须使曝气池内维持足够高的活性污泥微生物浓度。为此，沉淀后的活性污泥又回流至曝气池前端，使之与进入曝气池的废水接触，以重复吸附、氧化分解废水中的有机物。

在这一正常的连续生产（连续进水）条件下，活性污泥中微生物不断利用废水中的有机物进行新陈代谢，由于合成作用的结果，活性污泥数量不断增加，因此曝气池中活性污泥的量越积越多，当超过一定浓度时，应适当排放一部分，这部分被排出的活性污泥常称为剩余污泥。传统活性污泥法工艺系统主要由曝气池、曝气系统、二次沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。如图3-55所示。

图3-55 传统活性污泥工艺的组成

（1）曝气池

曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混合接触，并进而将其吸收分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。

曝气池有推流式和完全混合式两种类型。推流式是在长方形的池内，污水和回流污泥从一端流入，水平流进，经另一端流出。而完全混合式是污水和回流污泥一进入曝气池就立即与池内其它混合液均匀混合，使有机污染物浓度因稀释而立即降至最低值。推流式的特点是池子不受大小限制，不易发生短流，出水质量较高；而完全混合式的特点是池子受池型和曝气手段的限制，池容不能太大，当搅拌混合效果不佳时易产生短流，但是它对入流水质水量的适应能力较强。由于以上特点，城市污水处理一般采用推流式，而完全混合式则广泛应用于工业废水处理。

（2）曝气系统

曝气系统的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机污染物所必须的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与有机污染物质充分接触。

曝气系统总体上可分为鼓风曝气和机械曝气两大类。鼓风曝气是将压缩空气通过管道送入曝气池的扩散设备。以气泡形式分散进入混合液，使气泡中的氧迅速扩散转移到混合液中，供给活性污泥中的微生物。鼓风曝气系统主要由空气净化系统、鼓风机、管路系统和空气扩散器组成。城市污水处理厂采用的鼓风机有多种，如罗茨风机和离心风机，离心风机又分为多级低速离心风机和单极高速离心风机。罗茨鼓风机可以调节出口风压，满足曝气池水深变化的需要，但风量只能靠工作台数调节。离心风机风量可在一定范围内调节，以满足曝气池需氧量的变化，但要求曝气池水深相对恒定。一般来说，单极离心风机较多级离心风机易调节气量。新建的城市污水处理厂大多采用离心式鼓风机。

机械曝气则是利用装设在曝气池内的叶轮转动，剧烈地搅动水面，使液体循环流动，不断更新液面并产生强烈的水跃，从而使空气中的氧与水滴或水跃的界面充分接触，转入到混合液中。因此，机械曝气也称为表面曝气。简称表曝。

（3）回流污泥系统

回流污泥系统把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。回流污泥系统包括回流污泥泵和回流污泥管道或渠道。回流污泥泵的选择应充分考虑大流量、低扬程的特点，同时转速不能太快，以免破坏絮体。回流污泥渠道上一般应设置回流量的计量及调节装置，以准确控制及调节污泥回流量。

（4）剩余污泥排放系统

随着有机污染物质被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥，这部分活性污泥称之为剩余活性污泥，应通过剩余污泥排放系统排出。有的污水处理厂用泵排放剩余污泥。有的则直接用阀门排放。可以从回流污泥中排放剩余污泥，也可以从曝气池直接排放。在剩余污泥管线上应设置计量及调节装置，以便准确控制排泥。

活性污泥系统的工艺参数

活性污泥工艺是一个较复杂的工程化生物系统，描述这个系统的工艺参数很多，可分为三大类。第一类是曝气池的工艺参数，主要包括污水在曝气池内的水力停留时间、曝气池内的活性污泥浓度、活性污泥的有机负荷。第二类是关于二沉池的工艺参数，主要包括混合液在二沉池内的停留时间、二沉池的水力表面负荷、出水堰的堰板溢流负荷、二沉池内活性污泥层浓度、固体表面负荷。第三类是关于整个工艺系统的参数，包括入流水质水量、活性污泥量和回流比、回流污泥浓度、剩余污泥排放量、泥龄。以上工艺参数相互之间联系紧密，任一参数的变化都会影响到其它参数。

1）入流水质水量。入流污水量Q必须充分利用所设置的计量设施准确计量，它是整个活性污泥系统运行控制的基础。Q的计量不准确，必然导致运行控制的某些失误。

入流水质也直接影响到运行控制。传统活性污泥工艺的主要目标是降低污水中的BOD₅，因此，入流污水的BOD₅必须准确测定，它是工艺调控的一个基础数据。

2）活性污泥量与回流比。活性污泥量是从二沉池补充到曝气池的污泥量，常用Q_r表示。Q_r是活性污泥系统的一个重要的控制参数，通过有效地调节Q_r可以改变工艺运行状态，保证运行的正常。回流比是回流污泥量与入流污水量（Q）之比，常用R表示。保持R的相对稳定，是一种重要的运行方式。回流比也可以根据实际需要加以调整。传统活性污泥工艺的R一般在25%～100%之间。

3）混合液悬浮固体和回流污泥悬浮固体。混合液悬浮固体是指混合液中悬浮固体的浓度，通常用MLSS表示。MLSS可以近似表示曝气池内活性微生物的浓度，这是运行管理的一个重要控制参数。当入流污水的BOD₅增高时，一般应提高MLSS，即增大曝气池内的微生物量，去处理增多了的有机污染物质。实际测得的MLSS是混合液的滤过性残渣，活性泥絮体内的活性微生物量、非活性有机物和无机物都被滤纸截留而包括在所测得的MLSS中，因此MLSS值实际比活性微生物的浓度值要大。

回流污泥悬浮固体是指回流污泥中悬浮固体的浓度，通常用RSS表示。它近似表示回流污泥中的活性微生物浓度。

4）活性污泥的有机负荷。活性污泥的有机负荷是指单位重量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机污染物量，单位为kgBOD₅（kgMLVSS·d）。活性污泥的有机负荷通常是用BOD₅代表有机污染物进行计算的，因而也称为BOD负荷。通常用F/M表示有机负荷，F代表食物，即有机污染物，M代表活性微生物量，即MLVSS，而F与M的比值代表了微生物量与食物量之间的一种平衡关系，它直接影响活性污泥的增长速率、有机污染物的去除效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。F/M较大时，由于食物较充足，活性污泥中的微生物增长速率较快，有机污染物被去除的速率也较快，但此时活性污泥的沉降性能可能较差。反之，F/M较小时，由于食物不太充足，微生物增长速率较慢或基本不增长，甚至也可能减少，此时有机物被去除的速率也必然较慢，但这时活性污泥沉降性能往往较好。运行管理中应选择合适的F/M值，在有机物去除速率满足要求的前提下，污泥的沉降性能最佳。

5）混合液溶解氧浓度。传统活性污泥工艺主要采用好氧过程，因而混合液中必须保持好氧状态，即混合液内必须维持一定的溶解氧DO浓度。DO是通过单纯扩散方式进入微生物细胞内的，将微生物好氧分解所需的氧强制“注入”微生物细胞体内。传统活性污泥法一般控制DO大于2.0mg/L。

6）剩余污泥排放量和污泥龄。剩余活性污泥的排放量用Q_w表示。如从曝气池排放剩余活性污泥，则其浓度为混合液的污泥浓度MLVSS；如果从回流污泥系统内排除剩余活性污泥，则其浓度为RSS。绝大部分处理厂都从回流污泥系统排放污泥，只有当二沉池入流固体严重超负荷时，才考虑从曝气池直接排放。剩余污泥排放是活性污泥系统运行控制中一项最重要的操作，Q_w的大小，直接决定污泥泥龄的长短。

污泥龄是指活性污泥在整个系统内的平均停留时间，一般用SRT表示。因为活性微生物基本上“包埋”在活性污泥絮体中，因此，污泥龄也就是微生物在活性污泥系统内的停留时间。控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物的种类的一种方法。不同种类的微生物，具有不同的世代期，所谓世代期，是指微生物繁殖一代所需要的时间。如某种微生物群体从10000个繁殖成20000个需要2天的时间，则该种微生物的世代期就是2天。如果某种微生物的世代期比活性污泥系统的泥龄长，则该类微生物在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余污泥的方式排走，该类微生物永远不会在系统内繁殖起来。反之，如果某种微生物的世代期比活性污泥系统的泥龄短，则该种微生物在被以剩余活性污泥的形式排走之前，可繁殖出下一代，因此这种微生物就能在系统内存活下来。分解有机污染物的绝大部分微生物，其世代期都小于3天，因此只要控制污泥龄大于3天。这些微生物就能在活性污泥系统生存下来并得以繁殖，用于处理污水。硝化杆菌的世代期一般为5天，因此要在系统内培养出硝化杆菌，将NH3─N硝化成NO3-─N，则必须控制SRT大于5天。

另外SRT直接决定着活性污泥系统中微生物的年龄大小。SRT较大时，年长的微生物也能在系统中存在；而SRT较小时，只有年轻的微生物存在，它们的“父辈或祖辈”早已被作为剩余污泥排走。一般来说，年轻的污泥活性高，分解代谢有机污染物的能力强，但凝聚沉降性能较差；而年长的污泥活性高，分解代谢能力较差，但凝聚沉降性能较好。通过调节SRT可以选择合适的微生物年龄，使活性污泥既有较强的分解代谢能力，又有良好的沉降性能。传统活性污泥工艺一般控制SRT在3～5天。

7）曝气池和二沉池的水力停留时间。污水在曝气池内的水力停留时间一般用T_a表示。T_a与入流污水量及池容的大小有关系。对于一定流量的污水，必须保持足够的池容，以便维持污水在曝气池内足够的停留，否则有可能将处理尚不彻底的污水排出曝气池，影响处理效果。T_a有时也叫污水的曝气时间，即污水在曝气池内曝气的时间。T_a有两种计算方法：

式中，V_a为曝气池容积；Q和Q_r分别为入流污水量和回流污泥量。

前一种计算方法是污水在曝气池内的实际停留时间。后一种计算方法计算的时间实际上比实际停留的时间长，有时称之为名义停留时间。当回流比相对恒定或较小时，可采用第二种，因计算较简单。但当回流比较大时，应注意用第一种方法核算，检查污水实际接收曝气的时间是否充足。传统活性污泥工艺的曝气池水力名义停留时间一般为6～9h，而实际停留时间则取决于回流比。

混合液在二沉池的停留时间一般用T_c表示，T_c也有名义停留时间和实际停留时间，其计算如下：

式中，V_c为二沉池的容积；Q和Q_r分别为入流污水流量和回流污泥量。

T_c要足够大，以保证足够的时间进行泥水分离以及污泥浓缩。传统活性污泥工艺二沉池名义停留时间一般在2～3h之间，实际停留时间往往取决于回流比的大小。

8）二沉池的水里表面负荷、固体表面负荷和出水堰溢流负荷。二沉池的水里表面负荷是指单位二沉池面积在单位时间内所能沉降分离的混合液流量，单位一般为m³/（m²·h），它是衡量二沉池固液分离能力的一个指标。对于一定的活性污泥来说，二沉池的水里表面负荷越小，固液分离的效果越好，二沉池出水越清澈。另外，控制水力表面负荷在多大值还取决于污泥的沉降性能，沉降性能良好的污泥即使水力表明负荷较大，也能得到较好的泥水分离效果。如果污泥沉降性能恶化，则必须降低水力表面负荷。水力表面负荷可以用q_h表示，计算如下：

式中，Q为入流污水量；A_c为二沉池的表面积。

传统活性污泥工艺中，q_h一般不超过1.2m³/（m²·h）。

二沉池的固体表面负荷是指单位二沉池面积在单位时间内所能浓缩的混合液悬浮固体。单位一般为kg/（m²·h）。它是衡量二沉池污泥浓缩能力的一个指标。对于一定的活性污泥来说，二沉池的固体表面负荷越小，污泥在二沉池的浓缩效果越好，即二沉池排泥浓度越高。对于浓缩性能良好的活性污泥，即使二沉池的固体表面负荷较大，也能得到较高的排泥浓度。反之，如果活性污泥浓缩性能较差，则必须降低二沉池的固体表面负荷。固体表面负荷可用q_s表示，计算如下：

式中，Q和Q_r分别为入流污水量和回流污泥量；MLSS为混合液污泥浓度；A_c为二沉池的面积。

传统活性污泥工艺的固体表面负荷最大不宜超过150kg/（m²·h）。

出水堰溢流负荷是指单位长度的出水堰板单位时间内溢流的污水量，单位为m³/（m²·h）。出水堰溢流负荷不能太大，否则可导致出流不均匀，二沉池内发生短流，影响沉淀效果。另外，溢流负荷太大，还导致溢流流速太大，出水中易挟带污泥絮体。传统活性污泥工艺的二沉池堰板溢流负荷一般控制在5～10m³/（m²·h）。

9）二沉池的泥位和污泥层厚度。二沉池的泥位是指泥水界面的水下深度，一般用L_s表示。如果泥位太高，即L_s太小，便增大了出水溢流漂泥的可能性，运行管理中一般控制恒定的泥位。

污泥层厚度一般用H_s表示。H_s和L_s之和等于二沉池的水深。一般控制H_s不超过L_s的1/3。

2.A/A/O工艺介绍

相当多的污水处理厂在去除BOD₅和SS的同时，还要求脱氮并去除磷。此时，应采用A/A/O生物脱氮除磷工艺。

工艺原理及过程

A/A/O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合，其工艺流程图如图3-56所示。

图3-56 A/A/O工艺流程图

A/A/O工艺是由厌氧—缺氧—好氧组成的活性污泥法污水处理工艺。它在普通的二级处理工艺基础上引进厌氧段和缺氧段，采用内部污泥循环，是一种同时具有去除BOD、COD、氮和磷的污水处理工艺，是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。在该工艺流程内，BOD₅、SS和以各种形式存在的氮和磷一并除去。A/A/O脱氮除磷系统的活性污泥中，菌种主要由硝化菌、反硝化菌和积磷菌组成，专性厌氧和一般专性好氧菌等菌群均基本被工艺过程所淘汰。在好氧段中，硝化菌将进水中的氨氮及由有机氨氮转化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的，在厌氧段积磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解有机物；而在好氧段，积磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，达到去磷的目的。

在A/A/O工艺中，回流分为混合液回流（内回流）和污泥回流（外回流）。污泥回流是将污泥从二沉池带回厌氧池，其作用是向A/A/O系统提供活性污泥，保证主体反应区有一定量的活性污泥浓度，从而承担污染物去除的作用。混合液回流是从好氧段回流到缺氧段，如果混合液回流比偏小，缺氧池中硝酸盐不足，微生物的反硝化能力得不到充分的发挥，系统脱氮效果差。在不同运行模式下，随着内回流比的增加，总氮去除率升高。若从脱氮的角度考虑，系统应该维持较高的内回流比。但从运行能耗的角度考虑，内回流比不宜太大。试验结果表明，内回流比为2是比较经济的，能满足氨氮负荷较低时系统脱氮的需要，也是工程设计中推荐采用的值。但为了稳定出水中氮的浓度，当进水氨氮负荷较高时，内回流比也应升高。在实际污水处理厂的运行中，污泥回流比一般在60%～100%为宜，最低也应在40%以上，最高可达到150%。混合液回流比一般控制在100%～400%。

A/A/O脱氮除磷工艺的环境影响因素

污水的生物处理需要有机物的去除、脱氮、除磷三者综合，环境与参数的影响至关重要，有些参数甚至是相互矛盾的，比如，脱氮和除磷，因此使特定条件下的参数得到最大效益，是工艺参数追求的目标。

（1）温度

温度对活性污泥中的微生物具有较大的影响，一般来说，在一定的温度范围内，微生物的生长随着温度的升高而加速生长。但是在微生物适合生长温度范围内，也不是温度越高越有利，在温度较高时，细菌的代谢速度很快，胶体基质作为呼吸基质而消耗，使得污泥结构松散或解絮，吸附能力降低，并使出水飘泥，出水的SS升高，结果出水的BOD反而变差；同时温度升高还会使水体的溶解氧含量降低，从而影响处理效果；另外，保持污水在较高温度下运行，使得污水处理运行的能耗大量增加，整个处理过程的经济效益下降。

对于脱氮和除磷系统，在15～35℃范围内脱氮过程随着温度升高而加快，当温度低于15℃时，脱氮速度明显减慢，当温度低于3℃时，脱氮甚至完全停止。而在积磷菌生长的温度范围内，对除磷效果影响并不十分明显，一般都能有较好的效果。

（2）pH值

生物体内的生化反应都是在酶的作用下进行，酶的反应需要合适的pH值范围，因此酸碱度对活性污泥中细菌的代谢速度有很大的影响。另外，环境中pH值还能改变细胞表面电荷，从而影响它对营养的吸收。污水处理的实践表明，污水酸碱度以pH值保持在6.0～9.0之间比较适合，当pH值低于6.0的酸性环境或pH值高于9.0的碱性环境下，污水处理的效果就急剧下降；同时在不同的条件下训练的微生物，能够适应的酸碱度也不相同，如有的污水处理厂要求酸碱度保持在pH值8.0左右，而也有污水处理厂对活性污泥进行长期驯化以后，可以在pH值9.0左右下处理效果良好。

pH值是活性污泥污水处理最重要的影响因素之一，微生物对pH值变化十分敏感，即使在其生长范围内的pH值的突然改变也会引起细菌活力的明显下降，即细菌对pH值改变的适应比对温度改变的适应过程要慢的多。在厌氧处理中，如果pH值超过下限时间过长，会导致甲烷菌失去活力而乙酸菌大量繁殖，引起系统“酸化”，严重时甚至不能恢复。

（3）营养物质

营养物质是指污泥中微生物所氧化、分解、利用的物质。活性污泥微生物的生长、繁殖和代谢等活动都离不开营养。在污水中的营养物质按照浓度的不同可产生以下三类情况：

1）充当营养成分；(www.daowen.com)

2）对微生物产生抑制作用；

3）成为杀菌剂。例如，在污水中的酚，在低浓度时可以作为活性污泥中某些细菌的营养物质，当浓度达到0.3%时，将抑制这些细菌的活动，当浓度达到1%时，将成为杀菌剂，在短时间内杀死这些细菌。

碳在污水中具有较高的含量，一般情况不会缺乏，但是在某些缺氧一好氧系统中在反硝化脱氮时，有时因为碳、氮比例较低使得脱氮时所需的碳源不足，抑制反硝化的进行。在微生物的生长环境中不但需要有机物、氮源还需要一定量的无机盐类，如K、Mn、Mg、Ca、Fe、Co、Zn、Cu等元素，但是所需要的含量甚微，一般的污水环境中都能满足。

总之，污水中的营养成分必须全面而且均衡，充分满足微生物的生长、繁殖和代谢等活动需要，才能具有较好的处理效果。

（4）毒物

对微生物具有抑制或杀害作用的物质称为毒物。在某些工艺污水中的重金属离子会与蛋白质结合，使蛋白质沉淀并使酶失活，从而使微生物中毒。此外，污水中的某些化学物质浓度超过一定的限度时，对细菌也有较强的毒害作用，如酚、氰。

（5）溶解氧

好氧性细菌进行有氧呼吸，只有在有氧的情况下才能进行生长和繁殖，硝化反应和有机物的氧化主要是在有氧情况下实现，溶解氧是好氧微生物的生长条件。活性污泥法污水处理中的曝气池是专门向好氧微生物提供氧，使得在池中的溶解氧保持在高浓度。因此，溶解氧是活性污泥法污水处理最重要的参数之一。而厌氧性细菌的生长不需要氧，在有氧情况下会产生过氧化物等有害物质，使它们的生长受到抑制，甚至死亡，如厌氧系统的甲烷细菌。所以在厌氧的处理过程中，溶解氧是有害物质。兼性细菌在有氧和缺氧的条件下都能生长，它们在有氧的情况下进行呼吸作用，同其它好氧微生物一样，进行有氧呼吸，将有机物分解成无机物；在缺氧条件下，利用有机物和硝酸根，进行无氧呼吸，发生反硝化反应，同时达到去碳和脱氮的目的。显然，此时溶解氧的浓度决定了生化反应的性质和处理效果。

3.其它改进活性污泥法工艺

（1）A/O工艺系统

A/O工艺开创于20世纪80年代初，它将缺氧反硝化反应池置于该工艺之首，所以又称为前置反硝化生物脱氮工艺。这是目前实际工程中应用较多的一种较为简单实用的生物脱氮工艺。生物脱氮的基本原理是在传统的二级处理中将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝酸氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝化氮转化为氮气，从而达到从废水中脱氮的目的。在传统活性污泥法中，污水中的氮、磷的去除量，仅仅是由于微生物细胞合成而从污水中摄取的数量，因此其去除率低，氮为20%～40%，而A/O工艺脱氮率一般可达到70%～80%。A/O工艺示意图如图3-57所示。

图3-57 A/O工艺示意图

（2）氧化沟工艺系统

氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多样的工艺参数、功能选择、构筑物形式和操作方式，如卡鲁塞尔2000（Carrousel 2000）型氧化沟、三沟式（T型）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟、双沟DE型氧化沟等。氧化沟工艺的污水处理流程如图3-58所示。

图3-58 氧化沟工艺的污水处理流程

氧化沟的工艺特征如下：

1）氧化沟内有推流和完全混合两种流态，从氧化沟的水流混合特性来看既有完全混合式反应器的特点，也有推流式反应器特点，如果着眼于整个氧化沟，以整个水力停留时间为观察基础，可以认为氧化沟是一个完全混合反应器。废水一进入氧化沟，就被几十倍甚至上百倍的循环混合液所稀释。因此，氧化沟可以按完全混合生化反应器动力学公式进行设计。从另一方面看，废水从排出口下游进入氧化沟，必须至少经过一次循环才能排出去，废水在闭合渠道循环一次的时间很短，通常5～20min。如果以废水在氧化沟中循环一次作为观察基础，氧化沟又表现出推流式反应器的特征。

2）氧化沟内有明显的溶解氧梯度

曝气装置在氧化沟中的布置特点也使氧化沟中溶解氧浓度呈现分区变化，在氧化沟内，溶解氧浓度在远离曝气装置的某一点会减少到零，使氧化沟某一段出现缺氧区，在氧化沟内存在着明显的溶解氧梯度。利用溶解氧在沟中浓度的变化及存在好氧区、缺氧区和厌氧区的特征，氧化沟工艺可以在同一构筑物中实现含碳有机物和氮磷的去除。

3）用氧化沟工艺可以不设初沉池。由于氧化沟采用的泥龄通常很长，有机负荷一般低于0.1kgBOD/（kgMLSS·d），属于延时曝气法之列。废弃污泥量少于一般活性污泥法，并且得到一定程度的好氧稳定，污泥出路合适时不再需要进行污泥硝化处理。

现代氧化沟工艺具有运行灵活、处理效果好、脱氮效果好、污泥稳定程度高等工艺特点。如交替式氧化沟工艺通过将2～3条既联系又相对独立的单沟组合起来，通过改变氧化沟和操作方式，设置了相对独立的缺氧区与好氧区，形成A/O和A/A/O的工艺环境，不仅可达到去除BOD、SS的目的。而且可达到生物脱氮除磷的目的。从目前国内氧化沟的应用来看，其突出的工艺优点是基建费用低、操作简单、运行稳定和易于维护管理，剩余污泥量少而且稳定，处理效果稳定可靠。

（3）AB法

AB工艺即吸附-生物降解工艺，是为解决传统的二级生物处理法（初沉池+活性污泥曝气池）存在着去除难降解有机物和脱氮除磷效率低以及投资运行费用高等问题。AB工艺与传统活性污泥法不同之处在于，它不设初沉池，由A、B两段组成，A段污泥负荷很高，主要进行吸附去除，B段进行生物降解。两段相互独立，各自拥有自己的污泥回流系统，培养适合本段水质特征的微生物群。AB法污水处理工艺的一般流程如图3-59所示。

图3-59 AB法工艺流程图

A段细菌数量多，主要是通过物理化学作用为主导的吸附来去除有机物，氧化去除在本阶段是次要方式，因此对进水水质水量、pH值及毒物等具有很强的适应性，为其后的B段创造了一个良好的进水条件。A段按照取出要求，可以好氧或缺氧的方式运行。B段接受A段的处理水，水质水量比较稳定，冲击负荷已不再影响B段，在B段处理过程中，通过生物降解氧化的方式去除有机物。与传统活性污泥法相比，B段还可以实现较好的硝化效果，这主要取决于两个原因：首先B段的污泥龄长，适合硝化细菌的生长；此外，B段的有机负荷较低，增大了B段硝化菌在活性污泥中的总量，并且硝化菌对氧的竞争处于比较有利的地位，提高了硝化速度，为B段的硝化创造了有利条件。

AB工艺的局限性主要有两方面，一方面是A段负荷效率高，去除污染物主要是靠活性污泥的初期吸附作用，污泥龄短，这也就造成了A段的剩余污泥量较大，使污泥处理、处置的难度增加。另一方面AB工艺最大的局限性是其脱氮除磷效果差，常规AB工艺的总氮去除率约为30%～40%，虽较传统一段活性污泥法有所提高，但尚不能满足防止水体富营养化的要求。这是由于AB工艺中不存在缺氧段以及内回流，所以无法进行反硝化，不具备深度脱氮功能。AB法中对磷的去除效率也很低，基本是通过微生物的新陈代谢和部分絮凝吸附作用实现的。另外一个原因是B段碳源不足，也影响B段的脱氮除磷效果。

（4）SBR法污水处理工艺

间歇式活性（Sequencing Batch Reactor，SBR）法又被称作序列间歇式（或序列式）活性污泥法，是活性污泥法初创时期充排水式反应器的复兴与改进。它具有工艺结构与形式简单、处理效果好、运行方式灵活多变、空间上完全混合、时间上理想推流、占地面积少和不易发生污泥膨胀等优点。与传统污水处理工艺不同，SBR工艺采用时间分割的操作方式代替空间分割的操作方式，非稳态生化反应代替稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。正是这些特殊性使SBR工艺具有以下特点：

1）属非稳态反应，反应速度快，不同处理阶段可以提供给各种菌种需要的新陈代谢环境；

2）静置沉淀，沉淀效果好；

3）集曝气、沉淀与于一体，不需另外设置初沉池、二沉池等建筑物，大大节省了占地面积，降低了基建费用；

4）无需混合液回流，降低了动力消耗。

SBR工艺的基本流程：

SBR的操作过程主要由进水、反应、沉淀、出水和闲置5个阶段组成。从污水进入到待机时间结束作为一个周期。在一个周期内，所有的操作都在SBR反应池中进行，反应池中有曝气装置和搅拌装置。典型的SBR工作流程如图3-60所示。

图3-60 SBR工艺流程图

SBR典型运行方式：

1）进水工序。进水工序是反应池接纳污水的过程。在污水注入之前，反应器处于前一个周期的排水或闲置状态，处理后的废水已经排放，反应器内残存着高浓度的活性污泥混合液。污水注满后进行反应，从这个意义上说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性。

2）反应工序。这是本工艺最主要的一道工序，当废水注入达到预定容积后，进行曝气或搅拌，以达到处理目的（如去除BOD、硝化、脱氮除磷）。如通过好氧反应（曝气）进行氧化、硝化，再通过厌氧反应（搅拌）来脱氮。在本工序的后期，进入下一步沉淀工艺之前，要进行短暂的微量曝气，以吹脱污泥近旁的气泡或氮，保证沉淀过程的正常进行。

3）沉淀工序。停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离。由于是静止沉淀，沉淀效果一般较好。本工序相当于活性污泥法连续系统的二次沉淀池。

4）排水工序。经过沉淀后产生的上清液，作为处理水排放。一直到最低水位，在反应器底部的大部分活性污泥作为下个周期使用的泥种。过剩的污泥引出排放，反应器中剩余的处理水可在下个周期起到稀释作用。

5）闲置工序。也称待机工序，即在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始的阶段。

SBR污水处理工艺特点

1）工艺简单、节省费用：原则上SBR法的主体工艺设备，只有一个间歇反应器。它与普通活性污泥法工艺流程相比，不需要二次沉淀池、回流污泥及其设备，一般情况下不必设调节池，多数情况下可省去初次沉淀池。此外，采用SBR法工艺的污水处理系统还有布置紧凑、节省占地面积的优点。

2）理想的推流过程使生化反应推力大、效率高：这是SBR法最大的优点之一。SBR法反应器中的底物和微生物浓度是变化的，而且不连续。因此，它的运行是典型的非稳定状态。而在其连续曝气的反应阶段，也属非稳定状态，但其底物和微生物浓度的变化是连续的。这期间，虽然反应器内的混合液呈完全混合状态，但是其底物与微生物浓度的变化在时间上是一个推流过程，并且呈现出理想的推流状态。在连续流反应器中，有完全混合式与推流式两种极端的流态。在连续流完全混合式曝气池中的底物浓度等于出水底物浓度，底物流入曝气池的速度即为底物降解速率。根据生化反应动力学，由于曝气池中的底物浓度很低，其生化反应推动力很小，反应速率与去除有机物效率都低。在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥形成的混合液从池首端进入，呈推流状态沿曝气池流动，至池末端流出，此间在曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的“返混”。作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高逐渐降解至出水时的最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持了最大的推动力。完全混合式曝气池所需要的水力停留时间或有效容积，一般要比间歇反应器相应的大3倍。

3）运行方式灵活，脱氮除磷效果好：SBR法为了不同的净化目的，可以通过不同的控制手段，灵活地运行。由于在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极有利的条件。它不仅很容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间与污泥龄，来强化硝化反应与脱磷菌过量摄取磷过程的顺利完成；也可以在缺氧条件下方便地投加原污水（或甲醇等）或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快地完成；还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分地释放磷。

4）防止污泥膨胀：污泥膨胀多为丝状性膨胀，在活性污泥法中间歇式最不易发生膨胀，完全混合式最容易引起膨胀。按照发生膨胀难易程度的排列顺序是：间歇式、传统推流式、阶段曝气式和完全混合式，同时发现其降解有机物（对易降解污水）速率或效率的高低，也遵循这个排列顺序。SBR法能有效地控制丝状菌的过量繁殖，可从五个方面说明。

① 底物浓度梯度大（也是F/M梯度），是控制膨胀的重要因素。完全混合式基本没有梯度，非常易膨胀；推流式曝气池的梯度较大，不易膨胀；而SBR法反应阶段在时间上的理想推流状态，使F/M梯度也达到理想的最大，因此，它比普通推流式还不易膨胀。

② 缺氧好氧状态并存。绝大多数丝状菌，如球衣菌属等都是专性好氧菌，而活性污泥中的细菌有半数以上是兼性菌。与普通活性污泥法不同的是，SBR法中进水与反应阶段的缺氧（或厌氧）与好氧状态的交替，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，而对多数微生物不会产生不利影响。

③ 反应器中底物浓度较大。丝状菌比絮凝菌胶团的表面积大，摄取低浓度底物的能力强，所以在底物浓度低的环境中（如完全混合式曝气池）往往占优势。在SBR法的整个反应阶段，不仅底物浓度较高、梯度也大，只有在反应进入沉淀阶段前夕，其底物浓度才与完全混合式曝气池的相同。所以说SBR法没有利于丝状菌竞争的环境。

④ 泥龄短、比增长速率大。般丝状菌的比增长速率比其它细菌小，在稳定状态下，污泥龄的倒数数值等于污泥比增长速率，故污泥龄长的完全混合法易于繁殖丝状菌。由于SBR法具有理想推流状态与快速降解有机物的特点，使它在污泥龄短的条件下就能满足出水质量要求，而污泥龄短又使剩余污泥的排放速率大于丝状菌的增长速率，丝状菌无法大量繁殖。

⑤ 耐冲击负荷、处理能力强。完全混合式曝气池比推流式曝气池的耐冲击负荷以及处理有毒或高浓度有机废水的能力强。SBR法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程，但是就反应器本身的混合状态仍属典型的完全混合式，因此具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点。而且由于SBR法在沉淀阶段属于静止沉淀，加之污泥沉降性能好与不需要污泥回流，进而使反应器中维持较高的MLSS浓度。在同样条件下，较高的MLSS浓度能降低F/M值，显然具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力。

选择城市污水处理工艺应考虑投资、运行成本、占地以及工艺效果等因素。从处理效果上讲，通常活性污泥法的处理效率较高，生物膜法则较低。对于处理能力为20万m³/天以上的大型城市污水处理厂而言，一般的优选工艺是传统活性污泥法及其改进型的A/O法、A/A/O法。虽然传统活性污泥法及其改进型的A/O法、A/A/O法工艺的基建投资比氧化沟和SBR工艺高，但随着规模的增大，氧化沟和SBR的基建投资费也成倍增加，而传统活性污泥法及其改进型的A/O法、A/A/O法的投资则以较小的比例增加，两者的差距越来越小。当污水处理厂达到一定规模时，传统活性污泥法及其改进型的A/O法、A/A/O法的投资比氧化沟和SBR还省，所以污水厂规模越大，传统活性污泥法及其改进型的A/O法、A/A/O法的优势就越大。除此之外常规活性污泥法、A/O法、A/A/O法处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体，更要求安全操作，这些都增加了管理的难度，不适合中小型污水处理厂采用。对于10万m³/天以下的中小型污水处理厂，采用氧化沟和SBR工艺比较经济。而且氧化沟和SBR工艺的抗冲击负荷能力比常规活性污泥法好得多，这对于水质水量变化剧烈的中小型污水厂很有利。SBR法和氧化沟工艺相比，从基建投资看，SBR工艺是合建式，一般情况下征地费和土建费较氧化沟低，而设备费较氧化沟高，总造价的高低则要视具体情况而定。另外SBR工艺是静态沉淀，氧化沟工艺是动态沉淀，因此SBR的沉淀效率更高，出水水质更好。AB工艺在国内应用不多，因为AB工艺产泥量较大，污泥处置问题是AB工艺推广应用的主要障碍。

4.LCS2系统现场配置方案

LCS2控制站设在鼓风机房变电站内，I/O容量为DI=160、DO=64、AI=16、AO=16。LCS2带6个远程I/O子站（RIO211、RIO212、RIO221、RIO222、RIO231和RIO232），每个I/O子站IO容量为DI=320、DO=96、AI=32、AO=16。本控制站的覆盖区域为：鼓风机房、初沉池、生物池。其中LCS2主站控制和采集鼓风机和内回流泵信号；6个远程I/O子站控制和采集初沉池和生物池设备信号。

图3-61 LCS2主站设备示意图

LCS2主站所控制的设备如图3-61所示。其中鼓风机的现场控制器通过Profibus-DP网络与LCS2主站通信。

LCS2六个远程I/O子站所控制的设备相同，以1#远程I/O子站为例，如图3-62所示。

图3-62 1#远程IO子站设备示意图

LCS2由一个主例程和五个子例程组成，分别为internal_return_sludge_pump（内回流泵）、primary_sludge_pump（初沉污泥泵）、skimmer（撇渣管）、suction_dredger（初沉刮泥机）、underwater_propeller（潜水推流器）。程序结构如图3-63所示。主例程由跳转到各子例程的JSR指令组成。

图3-63 LCS2站程序结构