这是因为在低有机物浓度时，微生物基本处于减速生长或内源呼吸期，在图中它对应与横坐标O—S”曲线区段，在这仪段里，曲线是通过原点的直线X3。
2、活性污泥的增长与B0D去除的关系
活性污泥法处理过程中，微生物量的增加是同化合成和内源分解两种作用的共同结果。
活性污泥的增长和BOD去除之间的动力学关系为：
7-1
式中 dX/dt—活性污泥增殖速度，即单位时间内单位体积中所增殖的以VSS计的微生物量，kg/m3·d；
a—产率系数，即平均去除单位重量的B0D所增殖的微生物量，kg/kg；
dSr/dt—活性污泥去除BOD速度，kg/m3·d；
b—活性污泥自身分解系数，d-1；
X—活性污泥浓度，kg/m3；
活性污泥比增殖速度，kg/kg·d，常以u表示。
由以上两式可知，污泥增殖是微生物去除基质BOD的必然结果。
增殖速度与营养的丰富程度有关。
确定污泥增殖量对控制曝气池的污泥量以及确定污泥处理设施是极为重要的。
由式7-1可以得出两日之内污泥增量之差，即曝气池每日污泥增量
为：
式中 Q—处理废水量，m3/d； Sr——去除BODs量（Kg）
V—曝气池容积，m3。
a与b由下式通过试验求得：
式中
—污泥微生物平均停留时间ts的倒数，即1/ts：
QSr/VX—以去除的基质为基准的污泥负荷。
以QSr/VX 为横坐标，
为纵坐标，可用图解法求得a和b。
一些废水的a和b值见表7—2。
表7-2 不同废水的污泥产率系数（a）与自身分解系数（b）
废 水
a
b
家庭污水
石油精制
化学、石油化学
酿 造
制 药
牛皮纸浆
0.73
0.49～0.62
0.31～0.72
0.56
0.72～0.77
0.50
0.075
0.1～0.16
0.05～0.08
0.10
0.08
实际曝气池的污泥增加量，比上述计算值要大。
这是因为除B0D转换而增加的污泥量外。
其它悬浮固体，包括无机物、纤维等无活性的SS等，所以实际的计算应是上述两方面的因素的平均值。
3、耗氧速度与基质（有机物）BOD去除的关系
暴气池的耗氧包括，一部分氧化有机物（异化分解）以取得能量，另一部分转化为新的原生质（同化合成）和贮藏物质。
前者消耗溶解氧，后者在内源呼吸时也消耗溶解氧，由此可得曝气池需氧量R0（kg/d）:
式中
—平均转化lkg的BOD的需氧量，kg/kg；
—微生物（以VSS计）自身氧化的需氧量，kg/kg·d。
式中 Ro/VX—氧的比耗速度，即每公斤活性污泥（以VSS计）平均每天的耗氧量，kg/kg·d，常用Kr表示；
—比需氧量，即去除lkg的B0D的需氧量，kg/kg。
表7-3 几种废水的
、
值
废 水 名 称
石油化工废水
含酚废水
合成纤维废水
漂染废水
炼油废水
酿造废水
制药废水
亚硫酸浆废水
制浆造纸废水
0.75
0.56
0.56
0.5～0.6
0.50
0.44
0.35
0.40
0.38
0.12～0.53
0.160
0.142
0.065
0.12
0.354
0.185
0.092
0.188～0.110
以上Ro是活性污泥法用于有机物氧化大需氧量。
若当废水进行包括硝化在内的完全氧化处理时，氨变成硝酸尚需氧。
故曝气池需氧量应为：
式中 Nr—被转化的氨氮量（kg/d）。
4.6为1公斤氨氮转化成硝酸盐所需氧量（kg）。
4、净化理论在活性污泥法中的应用
活性污泥法当其在高有机物浓度时，前面讨论已得到有机物的降解速率：
式中 X—t时刻的污泥浓度，X＝X0+aSr,X0为t＝0时的活性污泥微生物浓度，a为去除每千克BOD5所产生的污泥量（kg）；Sr为去除的BOS5（kg）的量，K1为高基质浓度时的污泥增长常数。
（1）、在连续的完全混合式活性污泥法系统中，暴气池处于稳定状态，有机物浓度较低S0＜300mg/L的情况下，BOD去除速度与有机物浓度量呈一级反应关系，即与有机物浓度成正比：
7-2
式中 So——入流废水BOD5浓度（mg/l）；
S——暴气后残留于混合液中有机物浓度（mg/l）；
K2—低基质BOD浓度时速度常数，约为（2.62～5.49）×10-4h-1·mg-1·L,代入关系式S0=S+Sr（Sr为去除的BOS5（kg）的量），并求7-2式的定积分得：
若经过t时刻，出水中的有机物浓度以Se表示，则：
由于Sr=So-Se，所以BOD去除率
此时的污泥负荷绿Ls和容积负荷率分别为：
（2）对于推流式暴气池。
BOD的去除率：
例：
流量为5000m3/d的废水，其水质为：
BOD5为210mg/L，SS为140mg/L。
去除反应为一级反应，反应常数K2=3.2
10-4.拟用活性污泥法处理,若取暴气时间为4H,污泥回流率为25%,MLVSS为X=2000mg/L,
（1）求BOD去除率。
如果要求SS的去除率为90%，
（2）问污泥生长量为多少？
解：
（1）活性污泥暴气池采用推流式，其去除率为：
（2）a、求暴气池容积（通过暴气池的水量应包括废水量和污泥回流量），由此得暴气池容积
b、根据
可求得污泥增量
ΔX=0.64
5000
210
10-3
0.923-0.085
1041.7
2000
10-3
=443.2（Kg/g）
c、根据入流悬浮物去除率求污泥增量
最大污泥增量
在普通活性污泥法基础上，根据：
（1）曝气池的混合反应型式；
（2）进水点的位置；（3）污泥负荷率；（4）曝气技术等方面的改进产生新的类型，现概述如下。
7-4-1曝气池混合反应型式
1、推流式
推流式——水旋流推进与气体混合由一端进入流经整个曝气池后，至池末端流出。
完全混合式——废水与回流污泥一起进入曝气池后，就立即混合均匀，对入流水质、水量、浓度等变化有较强的缓冲能力。
2、各种活性污泥法系统
1、普通活性污泥法
优点：
（1）一般呈推流式。
池起始端易进入对数生长期。
末端微生物进入内源呼吸，池的率效高。
（2）曝气时间长，吸附量大，去除率高90－95%。
（3）污泥颗粒大，易沉降。
（4）污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。
缺点：
（1）不适于水质变化大的水质。
（2）长廊式供氧利用率低，能耗较高。
（3）处理时间长，曝气4－8h
2、渐减曝气法系统和逐级进水
普通法的需氧率沿池长降低，而供氧沿池长均匀分布，造成浪费，改变为沿池长减渐供氧，以达到供氧与需氧均衡。
针对普通法池首BOD负荷高，池尾低，改变为沿池长分级注水，多点进水法也称逐步曝气法。
优点：
（1）有机场分配均匀，需氧量均匀。
（2）活性污泥浓度不均匀，前端浓，后端稀，有利于提高曝气池利用率，出流混合液浓度降低。
（3）在相同的BOD负荷条件下，逐步曝气法的BOD容积负荷可明显增大，去除一定量的BOD，曝气池容积仅为普通法的一半，减少占地面积。
缺点：
（1）工艺复杂，运行管理要求高。
（2）渐减曝气或多点进水管线，阀门增多。
渐减曝气法或多点进水法池内各点活性污泥浓度。
回流污泥浓度回流率计算：
式中
Xx—池内任一点处的污泥浓度，mg/L；
Q—入流废水量，m3/d；
Qx—流到x点的废水量，m3/d；
Xr—回流污泥浓度，mg/L；
X0—入流废水的SS浓度，mg/L；
X—曝气池出口处的活性污泥浓度，mg/L；
r—污泥回流率，％。
3、吸附再生法系统
优点：
（1）吸附和污泥活化（再生）分别在两个系统中进行，省去初沉池，有利于提高吸附氧化有机物的能力。
有利于活性污泥的活化，缩短吸附和活化时间，吸附的曝气时间短（10—30分）。
（2）回流污泥量大，对废水适应性大，调济平衡能力强，回流比大50—100%。
缺点：
（1）吸附时间短，处理效率低85—90%；
（2）污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。
4、完全混合法
优点：
（1）完全混合法进水与池内废水完全混合，营养物和需氧率都均匀，微生物接触的浓度进出水相同。
故承受负荷高，污泥负荷率高于其它活性污泥法。
（2）微生物的工作点面宽，可以在对数生长期，也可以在衰减增长期。
缺点：
（1）池结构复杂，管理要求高；
（2）池合建一体，进出水、排泥、回流系统复杂，工艺难度大。
5、延时曝气系统和氧化沟
延时曝气法与氧化沟都属于长时间曝气法，延时曝气（16～24h），氧化沟24—48h这两种方法的负荷都很低，0.03～0.15kg（BOD5）/kg（BOD5）/kgMLSS·d；有机容积负荷为0.2～0.4kg/m3.d；水力停留时间为10～30h；污泥平均停留时间为10～30d；混合液浓度MLSS为2000～6000mg/L；沟中流速为0.3～0.5m/L；混合所需动力为25W/m3（池容）·h；出水水质：
BOD5为10～15mg/L，SS为10～20mg/L，NH3-N为l～3mg/L。
优点：
（1）曝气时间长，负荷低，控制微生物生长在内源呼吸，排泥量少，适合于处理高浓度废水，水量少的系统；
（2）低负荷，处理效果好，高于90—95%；
（3）自动化程度高，管理方便。
缺点：
（1）曝气时间长，能耗高；
（2）自动化程度高，基建投资大。
6、短时高效曝气法
是一种将生物处理与凝聚淀组合的方法，有利于改善处理水质。
工艺特点为：
优点：
（1）污泥负荷在1～6kg/kg.d，污泥体积指数（SVI）在100或更低，一般不产生活泥膨胀，缓冲能力强；
（2）剩余污泥多，但由于进行好氧消化，污泥量减小，污泥消化2d后，其上清液可回流到曝气池补充N源、P源，有利于微生物有效利用氨氮，促进NH3好气硝化，转化为NO3-；
（3）基质BOD主要用于细胞合成，需氧量减少。
缺点：
（１）系统复杂，管理要求高；（２）基建投资高。
7、AB法
AB法即两段活性污泥法，A段高负荷，污泥负荷达2～6kg/kg·d，为普通法的10～20倍，污泥平均停留时间短（0.3～0.5d），水力停留时间约为30min。
DO控制0.2～0.7mg/L，接近兼性好氧方式进行，污泥产率高。
B段低负荷，污泥负荷为0.15～0.3kg/kg·d，污泥平均停留时间为15～20d，水力停留时间为2～3h，DO=l～2mg/L。
AB法的基本特点是：
（1）A段高负荷，抗冲击负荷能力强，经A段后有机大分子降为小分子，提高B段可生化性，提高处理效果；
（2）原水连续流入A段，水力停留时间和污泥停留时间短，使短世代原核微生物稳定繁殖，工艺稳定性提高，除P效果好，为B段硝化创造条件。
（活性污泥法操作条件表7-4）
7-5曝气原理与曝气池构造
7-5-1氧的转移理论
1、气体传递原理
（1）Lewisandwhitman双膜理论
（2）Highie穿透模式理论
（3）Danckwerts表面更新模式理论
主要讨论Lewisandwhitman双膜理论。
特点：
简明扼要，能基本反应活性污泥吸附实质。
2、Lewisandwhitman双膜理论要点：
（1）气—液界面存在着二层膜——气膜和液膜
（2）这两层膜使气体分子从一相进入另一相时受到阻力
（3）当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。
3、氧的转移理论
氧是难溶气体，其阻力主要来自膜内，其转移速度dm/dt（kg/h）
式中 DL——液膜的扩散系数，m2/h；
A——气液界面接触面积，m2；
δL——液膜厚度，m；
cs——液相氧的饱和浓度，kg/m3；
c——液相内氧的实际浓度，kg/m3；
KL——液膜氧转移系数，m/h。
在上式两边同除以液体的体积V，并令a=A/V，则：
式中 dc/dt——单位体积的氧转移速率，kg/m3·h；
KLa——液相中以浓度差为动力的总转移系数，h-1，对一定气体而言，混合越强，紊动越剧烈，则气体传递速率越大。
对上式进行积分得：
式中 c1，c2——分别为t1，t2时所测得的溶解氧浓度，kg/m3。
KLa和cs值受废水水质影响，KLa和cs通常在净水中实验确定，当其用于废水时应予修正，修正系数α、β
同理，清水中测定的Cs用于废水也应修正：
生活污水的α=0.9—1.0。
用侧氧仪测量水中的Cs值是至测氧仪读数上升到不再上升时的C值即为cs值。
误差：
（1）溶解在水中的增水性有机物影响Kla值，增水性有机物聚集于气—液界面上，其亲水部分向着水相，增水部分指向气相。
这层分子被改变了截面的水层性质，增加了氧从空气中进入水中的阻力，降低了Kla值。
7-5-2曝气池构造
1、长廊推流式曝气池，折流进水、堰槽排水
2、多点进水或逐步曝气、渐减曝气
3、浅层曝气——把栅壮穿孔管悬浮挂在池子一侧的水面下0.6-0.8m处.
4、深水曝气，一般曝气池水深4—5m，深水曝气水深达10—20m，节约用地，但增大造价。
7-5-3曝气设备
1、鼓风曝气——压缩空气通过微气泡扩散器或射流器产生微气泡提高效率。
2、轮刷或叶轮曝气
竖式——转轴与水泵垂直；卧式——转轴与水泵平行。
7-5-4曝气设备性能指标
充气动力效率η—1KW动力转移到水中的氧气量kg（O2）/kwd
7-5-5需氧量、供氧量与曝气设备
（一）需氧量（R）
单位时间内曝气池活性污泥微生物代谢所需的氧量称为需氧量R0（kg/h），实际包括三部分：
一部分是微生物分解有机物的需氧量；另一部分是微生物自身呼吸所需的氧量；第三部分是将氨氮转化为硝酸盐所消耗的氧量：
需氧量的计算有估算法和公式计算法两种：
（1）估算法——去除1kg的BOD5需氧lkg（1：
），加上保险系数，取1.5～2.0kgO2。
（2）公式计算法—
a’——平均转化1kgBOD的需氧量kgO2/kgBOD
b’——微生物自身氧化物的需氧量kgO2/kgvssd
Nr——被转化的NH3—N量kg/d
4.6——1KgNH3—N转化成NO3-所需氧量KgO2
V——曝气池容积m3
X——活性污泥微生物量Kg
Ro---氧的比耗速度，即每公斤活性污泥（Vss）平均每天
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