德国ATV规范
及标准
ATV标准ATV-DVWK-A 131E
单段活性污泥污水处理厂的设计
ATV
目录
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备……………………………………………………………………………………………2
注意事项 ..................................................................................................................... 6 前言 ............................................................................................................................ 6 1 2 3
应用领域 ........................................................................................................ 7 符号 ............................................................................................................... 8 工艺描述和设计步骤 .................................................................................... 15 3.1 概述 ............................................................................................................. 15 3.2 3.3 3.4 4
生物反应池 ............................................................................................ 17 二沉池 .................................................................................................... 19 设计程序 ................................................................................................ 19
计算流量和负荷 ............................................................................................ 22 4.1 4.2
污水负载 ................................................................................................ 22 上清液和外部污泥负荷 ........................................................................... 24
5 生物反应池设计 ............................................................................................ 24 5.1 5.2
以中式为基础的设计 .............................................................................. 24 根据经验设计 ......................................................................................... 25 5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3
要求的污泥泥龄 ......................................................................... 25 没有硝化反应的处理厂 .............................................................. 25 硝化工艺设计 ............................................................................ 26 硝化、反硝化工艺的设计 ........................................................... 27
2
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ATV
5.2.1.4 5.2.2 5.2.3 5.2.4
厌氧污泥稳定污水厂的设计 ....................................................... 28 反应池中反硝化池容积的计算 ................................................... 28 磷的去除 .................................................................................... 31 污泥产量计算 ............................................................................ 32
5.2.5 SVI和MLSS浓度的假定 ................................................................. 34 5.2.6 5.2.7 5.2.8 5.2.9 5.3 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.6 6.7 6.8 6.9
生物反应池容积 ......................................................................... 35 回流量和周期时间 ..................................................................... 36 氧转移率 .................................................................................... 37 碱度 ........................................................................................... 40
好氧选择池的设计 .................................................................................. 41 二沉池的设计 ......................................................................................... 41 限制条件和出水水质 .............................................................................. 41 污泥体积指数和允许的浓缩时间 ............................................................ 42 污泥回流率和二沉池进水的SS .............................................................. 44 表面负荷率和污泥负荷率 ....................................................................... 44 沉淀池表面积 ......................................................................................... 45 沉淀池深度 ............................................................................................ 45 现有二沉池的测试和验算 ....................................................................... 48 除泥系统的设计 ..................................................................................... 48 6.9.1 6.9.2 6.9.3
除泥和刮泥设备的设计 .............................................................. 48 污泥短流的流量和固体物平衡 ................................................... 49 幅流式二沉池的排泥 .................................................................. 49
3
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ATV
6.9.4 6.9.5
7
矩形池中泥的去除 ..................................................................... 50 固体物物料平衡的验证 .............................................................. 51
规划和运行 ................................................................................................... 52 7.1
生物反应池(曝气池) ............................................................................... 52 6.4.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.2
池设计 ....................................................................................... 52 泡沫及漂浮污泥的聚集 .............................................................. 52 内回流泵的调节 ......................................................................... 52 非硝化污水厂中产生的亚硝酸盐 ................................................ 52
二沉池 .................................................................................................... 53 7.2.1 7.2.2 7.2.3
概述 ........................................................................................... 53 平流池 ....................................................................................... 53 竖流池 ....................................................................................... 54
7.3 7 9 10
回流污泥 ................................................................................................ 54
动态模拟 ...................................................................................................... 55 造价及环境影响 ............................................................................................ 56 相关的 [德国] 规范，指标及标准 .................................................................. 56
参考文献 [译者注： 所见的版本是英文的，而方括号里给出了中文名字。] ....................................... 59 附录 .......................................................................................................................... 61
根据COD决定除碳用的耗氧量和污泥产品 ....................................................... 61 A1 A2 A3
设计原则 ................................................................................................ 61 COD的物料平衡 .................................................................................... 61 污泥产量的计算 ..................................................................................... 63
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SPd,C?Qd?(XCOD,SP0.8?1.45?B?XSS,IAT)/1000 [kg SS/d]
(A15) 64
A4 需氧量的计算 ......................................................................................... 64
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注意事项
本 ATV-DVGW标准是荣誉的，根据应用原理产生的科学技术和经济的结合结果。 (法令， ATV 和 ATV 标准 ATV-A 400的工艺规范)。因此，根据这些，设定为它原文技术正确，并已被普遍承认。
本标准的应用对每个人都是开放的。然而，法令或行政规章可以禁止它的使用，如合同或其他的合法原因。
本规范是重要的，但不是正确的解决问题的唯一的信息来源。在使用过程中任何人不能推卸由于自己的行动或规范条例的不正确应用的责任；特别是本标准中旁注的正确应用。
前言
在编制前一版本的ATV标准(1988-90)时，只有少量活性污泥处理厂具有脱氮除磷功能，根据这些污水厂的运行结果信息可以推演其它处理厂的设计和运行。因此，带着很多问题，我们只能依赖于研究结果。与此同时，进行的大量的此类实验研究结果以及从实践中获得的经验使我们可以建立更广泛的数据库来修正设计标准。
与1991年2月ATV标准（ATV-A 131）相比，本标准有以下重要变化：
对任何规模的活性污泥处理厂的有效性（至今为止? 5,000总居住者和人口当量）。 设计流量和负荷的出处这一章减掉了，因为单独的ATV标准应是为所有类型的污水处理工艺而制定的。
根据附录1——德国污水条例(AbwV)（以前是T = 10° C）的要求，假设生物反应池可灵活设计，脱氮的设计温度为T = 12° C。
综合生物除磷设计。 修正反硝化能力。
要求氧转移量的确定方法的变化。 好氧选择池的综合设计。 基于COD的设计方案的选择。 2001年6月
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二沉池允许污泥容积负荷率的增加。
关于二沉池局部深度的设计的修正和二沉池的浓缩和污泥移除区深度的决定的一些修改。
二沉池中污泥移除系统（刮砂机）的综合设计。
工艺技术的解释来源于ATV手册“生物及高级污水处理”［1］及“机械污水处理厂”［2］。文中引用的数字参见手册的章节。
1 应用领域
导言
污水管网中及污水处理厂中的雨水的处理形成了对地表水的保护。因为污水处理厂的设计及规划期内的雨水溢流应相互匹配。规划期不应超过25年。
目的
运用本标准中推荐的设计值，采用单段活性污泥处理厂处理城市污水时，出水可以满足的最低的排放要求，即符合或者低于99年2月9日签署的《德国污水条例》(AbwV)附录1及相关取样规范的要求。如果排放了含有大量慢速生物降解物质和／或惰性有机物质的商业或工业污水，出水会比处理生活污水出水产生更高的剩余COD。同样，低水消耗及低渗透率的地区，惰性 COD浓度会提高。
本技术规范是特别为去除碳和脱氮、除磷的大部分实际工艺的选择，以及污水厂必需的构件及设施服务的。本标准中没有涉及到曝气设备的设计。
由于本标准在德国国外也应用，而当地可能会有更严格的要求，不一定绝对的按照《德国污水条例》(AbwV)附录1中的出水要求执行。
根据水法的要求、结构和操作要求及地表水的敏感度，计划通过平行单体、备用设备等的设置来保证适度的操作安全系数。
根据本标准的规划，污水厂的安全运行的首要条件是有足够的有质资的，培训的，有长久技术支持的人员能被雇佣，并在整个工艺中操作。见ATV咨询活页ATV-M 271 ?Personalbedarf für den Betrieb kommunaler Kl?ranlagen“［市政污水处理厂操作人员要求］。
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ATV
范围
本规范基本服务于单段活性污泥处理厂的设计。由于较小的污水处理厂的特点，应注意ATV标准中的ATV-A 122E 和 ATV-A 126E以及 DIN 4261。
本标准一般适用于生活污水。从商业及工业目的的工厂排放出来的污水，只要污水的危害性可以通过与生活污水相同的生物工艺处理方法降低，也可以使用。
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AST a
符号
m2 - kg/d kg/d kg/(m3 · d) kg/(m3 · d)
kg/(kg · d)
kg/(kg · d)
d-1 mg/l mg/l m l/m3
衰减系数
某温度和局部压力条件下的饱和溶解氧浓度 曝气池中溶解氧的浓度(DO) 二沉池的直径
稀释的污泥体积，沉淀30分钟，（待定，如果一般情况中， SV30 高于 250 L/m3）
另一参数XXX的污泥负荷率 二沉池的表面积
圆形沉淀池里刮砂片的数量 日BOD5 负荷
另一参数XXX的日负荷 BOD5容积负荷率
Bd,BOD Bd,XXX BR,BOD
BR,XXX
另一参数XXX的容积负荷率
BSS,BOD
BOD5 污泥负荷率
BSS,XXX b CS CX DST DSV
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ATV
FT FC FN FSR H1 H2 H3 H4 Hln HSR Htot LFS LRW LSL LSR LST MSS,AT OC
?OC
OUC,BO
2001年6月- 内源呼吸的温度系数 - 碳呼吸的峰值系数 - 氨氧化的峰值系数
- 污泥移除系数，根据污泥刮砂机的类型 m 二沉池清水区的深度
m 二沉池分离区／回流区的深度 m 二沉池密度流和储存区的深度 m 二沉池污泥浓缩和移出区的深度 m 二沉池进口的中心深度（水面以下） m 刮砂机片或刮砂机梁的高度 m 二沉池总水深
m 矩形池中行走刮砂机的长度 (LFS ? LST) m 矩形池中刮砂桥走道的长度 (LRW ? LST)
m 矩形池中刮砂机片移除的污泥层的长度(LSL ~ 15·hSR) m 矩形二沉池中刮砂机片或刮砂机梁的长度(LSR ? WST) m 矩形二沉池的长度
kg 生物反应池／曝气池中悬浮固体的质量
kg/h
Cx = 0, T = 20° C 及气压 p = 1013 hPa条件下清洁水中的曝气设施的氧气交换量
kg/h
Cx = 0, T = 20° C及气压 p = 1013 hPa条件下活性污泥系统中曝气设施的氧气交换量
kg/kg
碳氧化的耗氧量，以BOD5为标准
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OUd,C OUd,D OUd,N OUh PTXXX
Q QDW,d QDW,h QWW,h QRS QIR QRC QSHORT QSR QWS,d qA qSV
d)
RC
RS
2001年6月ATV
kg/d 每日碳氧化所消耗的氧气量
kg/d 每日包括反硝化反应中的除碳所消耗的氧气量 kg/d 每日反硝化所消耗的氧气量 kg/h 耗氧率 (每小时)
I
参数 XXX （BOD5, COD 值等）相应的人口总数和人口当
量
m3/h 流量，进水流量，过流流量 m3/d 的日污水量
m3/h 旱季小时污水流量（每两小时平均） m3/h 雨季合流及分流污水系统的设计峰值流量 m3/h 回流污泥（活性的）流量
m3/h 反硝化工艺中前置缺氧区的内回流量
m3/h 反硝化工艺中前置缺氧区的总流量 (QRS + QIR) m3/h 二沉池中短流污泥流量 m3/h 污泥去除率
m3/d 每日剩余活性污泥量 m/h 二沉池表面溢流率 l/(m2 ·
二沉池污泥容积表面负荷
-
反硝化反应中前置缺氧区的总循环流量 (RC = QRC/Qh,DW)
-
污泥回流比 (RS = QRS/Qh,DW or QRS/Qh,WW)
10 D
ATV
SF SPd SPd,C SPd,P SSC,BOD
5
SSAT SSAT,ST
EP
SSBS SSEAT
SSRS SSWS SVI T TER TDim TW tD tN tR
2001年6月- 硝化作用的安全系数
kg/d 日剩余活性污泥产量（固体） kg/d 每日除碳产生的污泥量 kg/d 除磷每日产生的污泥量
kg/kg
除碳每日产生的与 BOD5 有关的污泥量
kg/m3 生物反应池/曝气池中的悬浮固体浓度 (MLSS)
kg/m3
生物反应池逐步反硝化的平均悬浮固体浓度(SSAT,Step > SSEAT)
kg/m3 二沉池底泥的悬浮固体浓度
kg/m3
生物反应池/曝气池出水的悬浮固体浓度(一般SSEAT = SSAT)
kg/m3 回流污泥的悬浮固体浓度 kg/m3 剩余污泥的悬浮固体浓度 l/kg 污泥体积指数 °C 生物池/曝气池的温度
°C 生物反应池中的温度，应使出水中氮达标
°C 生物反应池 / 曝气池中的温度，以此为基础进行设计 °C 冬季生物反应池中的温度, TW < TDim h,d 间歇工艺的反硝化反应时间 h,d 间歇工艺的硝化反应时间 h,d
停留时间(如 tR = VAT : Qh,DW)
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ATV
ts h tSR h tSS d tSS,dim d tSS,aerd
ob tSS,aerd
ob,dim
tT h tTh h VAT m3 VBioP m3 VD m3 VN m3 VSel m3 VST m3 vret m/h vSR m/h WST m Y
mg/mg
? -
化学参数及浓度: 2001年6月
提起、放下刮泥机的时间
除泥间歇时间 (刮泥机一圈的时间周期) 与 VAT 有关的污泥龄 设计使用的污泥龄 与VN有关的好氧污泥龄
硝化反应设计使用的好氧污泥龄
间歇工艺的循环时间 (tT = tD + tN) 二沉池污泥的浓缩时间 生物反应池/曝气池的体积 生物除磷厌氧混合池的体积 反硝化池的体积 硝化池的体积 好氧选择池的体积 二沉池的体积 刮泥桥的往返速度 刮泥桥速度 (外围圆形池处) 矩形二沉池的宽度
产率系数 (每 mg 可生物降解的 COD 产生的的生物质mg 活性污泥及清洁水中的氧转移比
12 (COD))
ATV
CXXX SXXX XXXX
常用参数: CBOD CCOD CCOD,deg
CN CP CTKN CorgN
SALK SBOD SCOD SCOD,deg
SCOD,inert
SCOD,Ext
SinorgN
2001年6月mg/l mg/l mg/l
mg/l mg/l mg/l
mg/l mg/l mg/l mg/l
mmol/l mg/l mg/l mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
均质样品中参量XXX的浓度
过滤样品中参量XXX的浓度 (0.45 ?m滤膜)
过滤固体残渣中参量XXX的浓度 ， XXXX = CXXX - SXXX
均质样品中BOD5 的浓度 均质样品中COD的浓度 生物可降解的 COD的浓度
均质样品中的总氮浓度 (以N计) 均质样品中的磷的浓度 （以P计）
均质样品的凯氏氮浓度 (CTKN = CorgN + SNH4)
均质样品的有机氮浓度 (CorgN = CTKN - SNH4 or CorgN = CN - SNH4 - SNO3 - SNO2)
碱度
0.45 ?m滤膜过滤的样品的BOD5浓度 0.45 ?m滤膜过滤的样品的COD浓度 溶解的，可生物降解的 COD浓度
溶解的，惰性的 COD浓度
作为反硝化外加碳源的溶解性COD浓度
无机氮的浓度 (SinorgN = SNH4 + SNO3 + SNO2)
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ATV
SNH4 SNO3 SNO2 SNO3,D SNO3,D,Ext
SNH4,N SPO4 XCOD,BM
XCOD,deg
XCOD,inert
XorgN,BM
XP,BM XP,Prec XP,BioP
XSS
Xorg,SS
XinorgSS
2001年6月mg/l 过滤的样品的氨氮浓度（以N计）
mg/l 过滤样品中的硝酸盐氮浓度（N） mg/l 过滤样品中的亚硝酸盐氮浓度（N） mg/l 将反硝化的硝酸盐氮浓度 mg/l
需外加碳源反硝化的硝酸盐氮浓度
mg/l 将硝化的氨氮浓度
mg/l 磷酸盐浓度 (溶解性)（以P计） mg/l
生物质的COD浓度
mg/l
颗粒性、可生物降解COD浓度
mg/l
颗粒性、惰性COD浓度
mg/l
生物质中的有机氮的浓度
mg/l 生物质中的磷的浓度 mg/l 共沉淀去除的磷的浓度 mg/l
生物除磷去除的磷的浓度
mg/l
污水中的悬浮固体的浓度(0.45 ?m 滤膜过滤、105° C 干燥)
mg/l
污水中有机悬浮固体的浓度
mg/l
污水中无机悬浮固体的浓度
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ATV
取样位置或目的指标 I IAT
污水处理厂入口处的取样
生物反应池入口处的取样，如果可能，厌氧混合池入口处的取样，如CCOD,IAT
EAT EDT ENT EST WS RS ER
生物反应池出口处的取样，如 SNO3,EAT 反硝化池出口处的取样，如SNO3,EDT 硝化池出口处的取样，如 SNH4, ENT
二沉池出口处的取样， 如 CBOD,EST, XSS,EST 剩余污泥的取样 回流污泥的取样
出水排放要求（以定义的取样程序）
3 工艺描述和设计步骤
3.1 概述
活性污泥工艺是包括，好氧设备的生物反应器（活性污泥反应池）及二沉池，他们都与回流污泥连接。
活性污泥的沉淀，以污泥体积指数（SVI）及混合液悬浮固体浓度(SSAT)表征，这两个参数影响二沉池及生物反应池的体积。污水的特性和生物反应池构造，以及处理目的都影响SVI。生物反应池是完全混合池，通常会导致较高的SVI，往往比有浓度梯度的池(如推流式)更会促进丝状菌的生长。对含有高浓度易生物降解有机物质的污水，采用上流式选择池会更有帮助，生物除磷的上流式厌氧混合池也有类似作用，见图1。此图给出了术语，但并不是说活性污泥处理厂必须采用曝气池或选择池。然而有一点应指出，使用选择池并不是在所有情况下都能控制丝状菌的生长。
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ATV
图1: 具有脱氮作用的活性污泥处理厂的流程图
（在如图1所示前置反硝化工艺中，几乎所有的反硝化工艺和只是除有机碳的曝气池，都可以用好氧选择池或厌氧混合池。好氧选择池的体积 (VSel) 或除磷的厌氧混合池的体积 (VBioP) 不是生物反应池的一部分 (VBB)。在只是除碳的污水厂里，好氧选择池可以作为曝气池的一部分。
泥龄(tSS)与生物反应池的设计有关，大约与生物反应池中污泥的停留时间相符。它可定义为生物反应池中（干）活性污泥 (VAT · SSAT)与每日剩余活性污泥的比值。
如果生物反应池有反硝化的厌氧区(VD)，好氧泥龄 (tSS,aerob) 可定义为生物反应池中好氧部分的干污泥(VN = VAT - VD) 每日剩余活性污泥的比值。
二沉池排出物中的剩余物质，大部分是溶解的物质和胶质，部分是悬浮固体活性污泥。这都取决于二沉池的效率。
二沉池出水每1mg/l SS 增加: CBOD - 0.3 到 1.0 mg/l CCOD - 0.8 到 1.4 mg/l CN - 0.08 到 0.1 mg/l 2001年6月
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CP - 0.02 到 0.04 mg/l以上 3.2
生物反应池
使用活性污泥工艺的污水处理，考虑到工艺技术，操作及经济原因，在生物反应池（曝气池）应满足以下要求：
足够的生物絮体，活性污泥的混合液悬浮物浓度(SSAT)的简化测量； 足够的氧转化以满足需氧量，并控制其满足不同的操作及荷载情况的需要；
充分搅拌以防止污泥在池底的永久沉淀；在曝气池通过曝气保证，如果需要用混合设施配合；可在底部以外的面积处以底速度为指导，安装扩散曝气设施。曝气池池底流速: 0.15 m/s (轻污泥), 0.3 m/s (重污泥)。缺氧或厌氧区搅拌的功率是由搅拌设备保证的，一般为 1 到 5 W/m3 ,根据池型和池大小。
没有讨厌的气味，烟雾，噪声和振动。
为反硝化可用各种反应池构筑物及操作方法，如图2所示（比较[1]5.2.5 及 5.3.2)。同时应注意观察以上的要求也能很好的满足：
厌氧区反硝化工艺：污水，回流污泥及内循环流在反硝化池中混合。反硝化池和硝化池都可以做成喷流。为使操作灵活，从水流方向，反硝化池的最后部分也可以曝气。应把内循环流降到所需的最低量以减少与反硝化池中高含量的溶解氧的不良冲突。
Fig. 2: 反硝化过程
阶式进给反硝化工艺：两个或更多的生物反应池，每个都由厌氧区或同时反硝化，互相串连。污水分步送到反硝化池。通过这点分配内循环流。从硝化池到以下的反硝化池的很高的含氧量的转换有损于反硝化作用。反硝化工艺与厌氧区反硝化工艺是平衡的。由于污水的分阶进给第一个池子中混合液的浓度比到二沉池的出口处的浓度高，参见[1] 5.2.5.4。
同时反硝化工艺：实际中只是在循环池（传送带）中应用。循环水流过池中的反硝化区和硝化区。我们可以认为同时反硝化工艺是一种有高循环率的厌氧区反硝化。曝气的自动控制，如根据硝酸盐含量，氨含量，氧化还原电位势的削弱或者耗氧率的氧含量，都是必须的。考虑到稀释，循环池近似于彻底混合池。
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交互反硝化工艺 (BioDenitro): 两个独立的间歇曝气池交替使用，水流从没有曝气的池子到另一个曝气的池子，再流到二沉池。每个池子的曝气时间，反硝化周期及硝化期，一般是用计时器控制的。硝化期的较高的含氧量损害了反硝化作用。混合行为取决于彻底混合和栓塞流之间的协调。
间歇反硝化工艺：在同一个反应池中硝化过程和反硝化过程交换进行。每一个阶段的持续时间由计时器控制或自动控制，如根据氮含量，氨含量，氧化还原电位势或需氧率的变化。硝化期末的高含氧量有损于反硝化作用。间歇反硝化工艺的反应池一般认为是完全混合池。
后期反硝化工艺：如果污水的C/N比值很低可以采用本工艺，但必须添加外部的碳。反硝化池在硝化池的下游；为保证安全，就应用后期反硝化工艺。
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
译者注：在硝化池及间歇工艺的硝化期中，曝气一般是自动控制的，以得到足够溶解的氧浓度。(DO)
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除了以上给出的工艺过程，还有一些局部有专利的特殊的反硝化工艺，参见 [1], 5.2.5。
按序批量的活性污泥处理厂(SBR 处理厂)也适用于反硝化。详细内容见 ATV 咨询活页ATV-M 210 及[1], 5.3.3。
在很多脱磷活性污泥处理厂中可以看到明显的额外生物除磷，甚至没有上游的厌氧池。
对额外的生物除磷，可在每个单体生物反应池或一组生物反应池的上游设置污水及回流污泥的厌氧混合池（参见[1], 5.2.6 及 5.3.2），图1。 如果厌氧池是喷流的效率会提高。，回流污泥中含有的氮可以在某一部分移除，在另一部分可以得到完全厌氧的条件。注意参见[1], 5.2.6中的特殊工艺。很多厂子通过生物除磷提供同时磷的沉淀。沉淀剂的剂量应尽可能的使曝气池出口的控制系统的自动控制可用。
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如果污泥泥龄tSS至少是2到3天，活性污泥处理厂中的额外生物除磷也可只是为除碳设计。
3.3 二沉池
二沉池主要目的是从生物处理污水中分离出活性污泥。
活性污泥处理厂的载荷能力是主要是由活性污泥的固体悬浮物浓度(SSAT)和曝气池的体积决定的。固体悬浮物的浓度基本依赖于二沉池在浮动的水压输送下的运行能力，污泥体积指数及污泥移除，还有回流污泥率及废弃固体的移除。
二沉池的确定，设计及装备必须满足以下目标： 使活性污泥从污水中沉淀分离；
使沉淀的活性污泥浓缩并回流到生物反应池（曝气池）；
活性污泥的中间储存，是作为雨水期增加的流入率(QWW,h)产生的从曝气池排出物的结果。
二沉池的沉淀工艺受进水区絮凝工艺的影响，二沉池的水力条件（进出水口的设计，密度流），回流污泥率及污泥移除进度。沉淀的污泥集中在池底的污泥层。那里的浓缩依赖于污泥特性(SVI)，污泥层的厚度，浓缩时间和污泥移除系统的类型。
随着雨水的增加流入，活性污泥从曝气池进入二沉池时将有水位浮动。二沉池必须能储存从曝气池排出来的污泥。因此，要求要有足够大的储存体积，有效的污泥移除系统和精确设计的污泥回流设施（如泵）。
我们应考虑水平向和竖向流动二沉池的功能方法的差别。根据设计，圆形池和矩形池是不同的。沉淀及浓缩污泥，只要不是自动流进污泥料斗的，就应用刀片或行走刮泥机运输，或者用吸泥设备直接移走。
3.4 设计程序
活性污泥处理厂的设计是重复发生的，见图3。以下给出的计算途径实际上表示了一种计算方法，须用新的假设重复计算。
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图3 . 计划和设计顺序 推荐以下步骤：
1 确定污水厂规模,进入生物反应池的相应流量和负荷，参见第四章。
2 工艺选择: 如果要求反硝化，必须决定选用哪种硝化／反硝化工艺。还要决定是否在上游加好氧选择池改进沉淀性能，或加厌氧混合池做额外磷的生物去除。
2001年6月
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3 根据污水厂的设计能力以及测定的每日负荷波动，确定必需的安全系数 (SF) 。只设计氮化反应的厂子，应根据设计温度确定泥龄(tSS,aerob,dim)。都没有考虑好氧污泥稳定。
4 对除氮水厂,通过氮平衡确定需要反硝化的硝酸盐量。如果反硝化的比率是由某一浓度值维持的，那么进水浓度将有很大影响。如果要满足自由取样的浓度（例如：根据德国污水条例的合格自由取样），在设计中必须特别考虑这一点。
5
根据选择的反硝化流程,确定生物反应池的反硝化体积的比例 (VD/VAT)，并计算污
泥泥龄(tss,dim)。为使组合的有氧污泥稳定，如果合适，应根据相关的污水温度选择泥龄。
6 根据污水成分,生物反应池的构造和混合特性,(如选用了好氧选择池或厌氧混合池),选择污泥体积指数。
7
选择污泥在二沉池中的浓缩时间(tTh),这与选择的生物处理工艺有关。确定二沉池
底泥浓度(SSBS) 它是污泥体积指数SVI 和浓缩时间 tTh 的函数。
8 确定回流污泥浓度(SSRS)，它与SSBS 及排泥时的稀释情况有关。 9
选择污泥回流率(RS)，估计生物反应池的允许最高活性污泥浓度 (SSAT)。
活性污泥的混合液悬浮固体浓度对生物反应池和二沉池的体积影响是相反的。要注意的是生物反应池的体积随着SSAT的增加二减小；而随着SSAT的增加，二沉池的表面积和深度都会变大。
10 根据允许的表面负荷率(qA)或污泥负荷 (qSV)确定二沉池的表面积(AST)。 11 确定二沉池的深度，根据功能和其它需要。 验证刮泥机的性能可保证二沉池选择的浓缩时间。
确定污泥产量 (SPd), 需要时计入脱磷和除氮外来碳源产生的泥量。 按选择的泥龄计算生物反应池需要的活性污泥量 (MSS,AT) 。 计算生物反应池的容积。
根据需要确定生物脱磷的厌氧搅拌池的尺寸。
计算进入除氮缺氧池的内回流量或间歇式工艺的除氮周期。 2001年6月
21
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计算需氧量用于曝气设备的设计。
验算剩余的碱度或需要的碱量，并考虑氨化、硝化、反硝化、磷沉淀及氧利用率和曝气头深度对碱度的影响（后者仅用于确定生物反应池的pH值。
根据需要确定好氧选择池的使用，以改进活性污泥的沉淀性能。
设计参数可以在科学模型概念的基础上确定,有经验支持,或则部分地可以从现场经验获得。
4 计算流量和负荷
4.1 污水负载
污水处理厂用于分级处理的BOD5（未处理的）中的每kg/d的设计值Bd,BOD,I ，以及水法污水处理厂的设计能力的确定都应该来自于污水处理厂入口处的BOD5载荷。而且其中85％都应该是在干燥天气取样的，加上规划的有潜质的能力。如果设计能力是在相关的居民数量基础上决定的，那么应符合表1中未处理污水的居民特定BOD5载荷。
原则上污水系统和污水处理厂应按相同的污水进水和出水运作。
设计中，如果可用于污泥处理的回流物，生物反应池的进水应满足以下的重要数值。(参见 4.2):
最低和最高温度。根据二到三年的二周平均数曲线确定。
确定有机负荷 (Bd,BOD Bd,COD), 相应的SS负荷 (Bd,SS) 以及磷负荷 (Bd,P)，以根据设计温度确定污泥产量，计算曝气池容积。
确定有机负荷和氮负荷，以根据最高温度计算曝气设备（作为规范）。 根据氮浓度(CN)和相应的有机物(CBOD, CCOD) 以确定需要反硝化的硝酸盐量。 根据磷浓度 (CP) 确定脱磷的量。
旱季的最大污水流量QDW,h (m3/h)用于设计厌氧混合池和内部回流量。 确定用于设计二沉池的进水量QWW,h (m3/h) 。
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每日载荷可以根据体积测定或24小时成比例复合取样及相关的每日进水量计算。相关的载荷应根据任意一天的测定值确定，如：同时考虑潮湿天气。
如果每年的图表显示有机载荷的周期波动或／和有机载荷与氮化物载荷的比率，应检测集中荷载情况。
浓度要用相关的载荷及相关的每日污水进水确定。相关污水温度的时期的相关载荷，作为一个时期的平均值，应符合泥龄简化的硝化和反硝化作用采用两星期的方法，要求污泥稳定的，可以采用四星期的方法。如果缺少足够的取样密度（每星期至少有四天的可用载荷），不能采用每星期的测试方法。那么载荷应去相关载荷中较弱的85％，至少应取40个载荷值。
如果数据不够或因为研究费用，如小厂，与使用无关，则载荷和浓度的值可以相关居民加上工业及其他载荷来确定。
相关载荷和浓度的详细确定可参见标准ATV-DVWK-A 198［在预备中］中的“污水系统设计值的统一和来源”［3］。
如果相关数据必须用相关的居民估计，可以使用表1中的值。其污水进水量的估计可以根据ATV-DVWK-A 标准采用［3］。直到新的标准出版，都可以根据ATV标准ATV-A 131 (1991)采用污水进水量。［没有译成英文］
表 1: 参数 原污水 人口负荷g/(I.d), 85%的日负荷，未计入上清液 Qh,DW下的一沉池停留时间 0.5 to 1.0 h BOD5 COD DS TKN P
60 120 70 11 1.8 45 90 35 10 1.6 1.5 to 2.0 h 40 80 25 10 1.6 2001年6月 23
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一般地，以前的两到四星期的污水监测和载荷确定也不能直接用来设计。应为我们不能确定记录的是相关时期的。但是这些数据可以做为已有数据库的经验补充。间歇取样相关的进水量监测总是有记录的。因此可以记录决定fN值的每日TKN曲线（参见5.2.8）。很少有分析值能这样得到，如悬浮固体浓度(XSS,IAT)或碱度(XSS,IAT)。间歇中间回流量，如从污泥处理处出来的，也应该记录在这些监测范围之内。
4.2 上清液和外部污泥负荷
浓缩和厌氧硝化污泥脱出的水含有很高浓度的氨。可以认为进入污泥消化池的有机氮的50％是氨态氮。如果上清液只是在每天的几个小时或每周隔天产生，就必须有加药的中间存储。
一般地，硝化池污泥脱水得到的含磷和有机物的返回载荷（BOD5 和 COD）是很小的。因此可以不考虑返回载荷值在污水整体载荷整体中所占的比例。
一般地，在好氧稳定污泥的井窖中，或多或少会有厌氧过程发生。相应的，就会放出氨。如果采用了生物除磷，磷也会再溶解。为将生物处理的后期补救降到最小，应满足以下：
上清液应有规律的少量的取出。
脱水时，应把井窖滤出液或凝固物在相同大小的井窖里收集起来，并在较长时间之后输送到进口处。
如果有额外的污泥（别的污水处理厂的污泥，泥渣或类似物），应有中间储存的地方，以方便加药。
5 生物反应池设计
5.1 以中式为基础的设计
新厂或全厂的一部分的测试实验是为实际条件下工艺概念和模型参数的检查而做的。 这类测试实验至少应有一半厂子的规模，并在实际条件下运行不少于半年，其中包括寒冷季节。我们可以借助于动态模拟做最弱点分析。由此，我们可以收集测试运行的有价值的信息。
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ATV
一般地，通过这些检测，设计将更精确并可节约费用。利用这些结果，也可以得到运行条件的动态模拟的改善的基础，这些在实践中是得不到的。
3.4部分给出的一些设计参数可以根据以下内容确定，例如： 污泥量和必须的泥龄。
如果根据不同的季节和／或载荷条件，生物池的实际细部（厌氧的，缺氧的和好氧的）。
耗氧量及氧转换率的自动控制要求；为此应经常测量耗氧率。 溶解的剩余COD(SCOD,EST)。
5.2
根据经验设计
5.2.1 要求的污泥泥龄 5.2.1.1
没有硝化反应的处理厂
没有硝化反应的活性污泥处理厂的泥龄为4到5天，见表2。 表二 根据温度和污水处理厂规模确定泥龄 (中间值待估) 处理目标 设计温度 无硝化 带硝化 带VD/VAT = 0.2 0.3 0.4 0.5 污泥稳定包括除氮 2001年6月
除氮 污水处理厂规模 Bd,BOD,I 1,200 kg/d以下 10° C 5 10 12.5 14.3 16.7 20.0 25 8.2 10.3 11.7 13.7 16.4 12° C 大于 6,000 kg/d 10° C 4 8 10.0 11.4 13.1 16.0 6.6 8.3 9.4 11.0 13.2 12° C 不建议采用 25
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5.2.1.2
硝化工艺设计
进行硝化，好氧池设计污泥泥龄：
tSS,aerob,dim?SF?3.4?1.103(15?T) [d]
(5-1)
3.4数值来源： 氨氧化细菌(nitrosomonas) 在 15° C 时的最大生长率的倒数为2.13 d再乘以1.6系数，1.6是经验系数，为了保证活性污泥中能生成和保持足够的硝化菌。后者能保证在有足够的氧转换率，没有负影响系数时，活性污泥里可以产生或保存足够的氮（参见[1] 5.2.4）。在泥龄为of 2.13 d (15° C)时，不能收集氮。
使用安全系数 (SF) 时，应考虑以下内容：
污水中的某种物质产生的最大生长速度的不同，短期温度差别或／和pH值。 氨的平均流出浓度。
不同的氨流出浓度产生的氮流入载荷的不同。
根据以往经验规模小于 Bd,BOD,I = 1,200 kg/d (20,000 PT)的厂 SF = 1.8， Bd,BOD,I ? 6,000 kg/d (100,000 PT) SF = 1.45。使用这些系数出水的氨氮可保持 SNH4,EST = 1.0 mg/l, 如不存在其它干扰硝化菌生长的因素。
如果污水处理厂的Bd,BOD,I < 6,000 kg/d ，测量值fN低于1.8 (参见 5.2.8)，则SF可以降低到1.45。
如果有荷载每日平衡的缓冲池，安全系数可以设定得比SF = 1.45小。
如果冬季生物反应池表面出口处的温度低于要保存氨的出流要求的温度(TER)，那么公式5-1 Tdim = (TER - 2)中的设计值可以使用，以得到控制温度下的稳态的氮。可以提议，根据污水厂的尺寸，考虑以上给出的安全系数，为达到TER = 12° C 的控制温度，选择以下的设计泥龄：
污水厂的Bd,BOD,I值在Bd,BOD,I = 1,200 kg/d以下， tSS,aerob,dim = 10 d 污水厂的Bd,BOD,I值在Bd,BOD,I = 6,000 kg/d以上，tSS,aerob,dim = 8 d 表2中给出了这些值。 中间值用内插法求得。 2001年6月
26
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如果污水温度总是高于控制温度，最低的两周温度平均值可以作为设计温度。 为限制硝化反应中碱度的消耗（参见5.2.9），为操作原因，可推荐使用部分的反硝化反应，参见5.2.1.3。
5.2.1.3
硝化、反硝化工艺的设计
脱氮的首要条件是安全，参见 5.2.1.2。 硝化和反硝化反应中，设计泥龄值如下：
tSS,dim?tSS,aerob?1 [d]
1?(VD/VAT)(5-2)
代入式 5-1：
tSS,aerob,dim?SF?3.4?1.103(15?T)?11?(VD/VAT) [d] (5-3)
注意 5.2.2部分中 VD/VAT的计算。
在公式 5-3中所用的设计温度是脱氮要求的(Tdim = TER)。因此，根据德国污水条例， Tdim = TER = 12° C。
一般地，污水温度在冬季低于12° C, 可证明在最低两周的平均温度下，硝化作用也不中断。所以，为维持设计泥龄，较低温度(TW)的比率VD/VAT 可根据公式5-4计算。
如果没有可接受的测量值用于污水温度，公式5－4中的温度TW 可用tER代替，它可以从4° C降到2° C（如果污水的两周平均温度低于10° C，而不用降温时，用2° C；如果极端条件下要考虑更高的降温，用4° C）。
如，在低温条件下，有机负荷(Bd,BOD,I)是另一个控制指标，则应使用实际泥龄代入式（5-4）的tSS,dim ：
VD/VATSF?3.4?1.103(15?TW)? [-]
tSS,dim(5-4)
本证明假设了生物反应池的灵活设计，为保证硝化区反硝化区应可简化。如果中间回流适当地设计，可能的可用厌氧混合池可以包括在预缺氧反硝化区的体积VD中。
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根据公式5－4，如果VD/VAT是负值，可使VD/VAT＝0，安全系数用公式5－4计算。可降低到SF = 1.2；但反应池体积会增加。
如果要求设计温度低于12° C，我们应相应地改动。没有可用的设计温度低于8° C的污水厂的设计经验。
在任何情况下，都应验证剩余的碱度是否足够，参见5.2.9部分。
如果氨态氮的出流要求是根据SNH4,ER < 10 mg/l设定的，或者流入载荷会有很大的浮动，甚至是在干燥季节，监控可以是随机的取样或两小时的复合取样，安全系数应提高或应进行借助于动态模拟的证实。这些都适用于每日载荷浮动的测量。
5.2.1.4
厌氧污泥稳定污水厂的设计
污水厂的设计泥龄，是为好氧污泥稳定和硝化作用确定的，其值必须为tSS,dim ? 20 天。
如果要求深度反硝化，设计泥龄必须为tSS,dim ? 25 天。如果生物反应池中的两周平均温度高于12° C，泥龄应根据公式5－5降低。
tSS,dim?25?1.072(12?T) [d]
(5-5)
如果温暖季节的有机物载荷高于寒冷季节，要求的污泥团MSS,AT (参见5.2.6)必须运用公式5.5中的两种情况单独确定。更大的污泥团与生物反应池的体积是相关的。
如果采用了污泥池用于储存厌氧后期稳定的液态污泥，储存期至少为一年，即使要求深度反硝化，则泥龄可以降低到tSS,dim = 20天。
根据5.2.2部分计算的要脱氮的硝酸盐和体积部分VD/VAT的值，VD/VAT对泥龄没有影响，而是为间歇反硝化作用服务的，为氧转化率的计算服务的。
5.2.2 反应池中反硝化池容积的计算
每日要反硝化的平均氮浓度结果如下:
SNO3,D?CN,IAT?SorgN,EST?SNH4,EST?SNO3,EST?XorgN,BM [mg/l]
(5-6)
CN.IAT 进水总氮（mg/l），T = 12° C。如高温时CN,IAT/CCOD,IAT 比例较高，则要考虑
几种负荷。
2001年6月
28
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进水硝酸盐浓度(SNO3,IAT)一般忽略不计。除非有含硝酸盐的地下水渗入或工业污水中有，此时将SNO3,IAT 计入 CN,IAT。
有污泥消化和机械脱水的处理厂，回流上清液的氮必须计入CN,IAT中，除非有处理装置见4.2部分。SorgN,EST 出水中的有机氮，可设定为SorgN,EST = 2 mg/l。
SNH4,EST 为了安全，一般应将它设定为0，SNH4,EST = 0。XorgN,BM 生物体中有机氮的浓
度可设定为：
XorgN,BM = 0.04 ~0.05·CBOD,IAT ，或 0.02 ~0.025·CCOD,IAT
SNO3,EST出水中的硝酸盐氮。如在德国为任意取样或每二小时取的综合水样，可设定
SNO3,EST = 0.8 ~0.6·SinorgN,ER，SinorgN,ER为出水中允许的无机氮浓度。当进水负荷变化大时取小值。
根据生物反应池（或厌氧混合池）进水的BOD5 可求得SNO3,D/CBOD,IAT比值，它决定需要的反硝化池容量。
对于同时或间歇除氮工艺，可用下式计算需要的VD/VAT 值:
SNO3,DCBOD,IAT?0.75?OUC,BOD2.9?VDVAT [mg N/mg BOD5] (5-7)
式5-7是根据完全混合生物反应池的反硝化区的氧的物料平衡导得的。 Qd?2.9?SNO3,D1000?VD?0.75?OUd,CVAT [kg/d]
公式左侧为被反硝化的硝酸盐每日供给的氧。右侧为反硝化区每日消耗的氧。系数0.75说明硝酸盐吸收的速率低于溶解氧吸收的速率。
OUC,BOD 为除碳的需氧量(kg/kg)，要用式5-24（用于计算泥龄） 或从表7取值。当温度为10° to 12° C用式5-7计算的结果列于表三。
Qd 为日进水量m3/d
OUd,C 为日除碳的需氧量(kg/d)
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对设厌氧区的反硝化工艺或类似工艺（comparable processes） ，只有一小部分的易生物降解有机物在反硝化区损失掉。在表三中列出的经验数值与理论推导趋向一致。见图5.2.5-3。但反硝化区的溶解氧应低于2 mg/l。
表三:温度 10° to 12° C 和一般条件下，旱季反硝化设计的标准值(每千克进水BOD5硝酸盐要除的氮VD/VAT SNO3,D/CBOD,IAT 设厌氧区的反硝化 （或类似工艺） 0.2 0.3 0.4 0.5 0.11 0.13 0.14 0.15 0.06 0.09 0.12 0.15 同时或间歇反硝化 当温度为10° to 12° C时建议按表三设计反硝化区。反硝化容积建议不小于VD/VAT = 0.2 或大于VD/VAT = 0.5。
对于各种变法可取设厌氧区的反硝化和同时或间歇反硝化的平均值。
当温度高于12° C时，反硝化池容积可以每1° C增加1%。（by ca. 1 % per 1° C）。
如要用COD来重新计算，则可使用SNO3,D/CCOD,IAT = 0.5·(SNO3,D/CBOD,IAT.)。 当 VD/VAT = 0.1, 重新计算时可取SNO3,D/CBOD,IAT = 0.08对设厌氧区的反硝化，或SNO3,D/CBOD,IAT = 0.03对同时或间歇反硝化。如重新计算结果为 VD/VAT < 0.1则设定SNO3,D/CBOD,IAT = 0 。
如要求的反硝化大于SNO3,D/CBOD = 0.15, 则不建议增加 VD/VAT 值。这时需研究减小一沉池容积或使部分污水绕过一沉池，或设分开的污泥处理系统，来达到目标。再一个方案是设计外部碳源。
增加外部碳源时，反硝化每公斤硝酸盐氮需要5 kg COD：
SCOD,Ext?5?SNO3,D,Ext [mg/l]
(5-8) 30
2001年6月
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购买的碳的 成分的COD应如 表4。其他的碳源的COD，如果需要，反硝化能力应提前确定。应指出的是甲醇只是适合于必需使用的特殊反硝化的长期使用
表四 外部碳源 参数 单位 甲醇 乙Ethanol 密度 COD COD kg/m3 kg/kg kg/L 5.2.3 磷的去除
磷可以通过生物及同时沉淀去除，也可将同时沉淀和预、后沉淀结合。（参见[1], 5.2.6 及7.4）
生物脱磷混合池的最小接触时间为0.5 到 0.75 小时, 按最大旱季进水量加污泥回流量(QDW,h + QRS)计。脱磷不仅与接触时间有关，在更大程度上取决于易降解有机物浓度与磷浓度的比值。在冬季厌氧池常用来反硝化，这时磷的去除量就有限了。
为确定脱磷的量，需作磷的物料平衡：
XP,Prec?CP,IAT?CP,EST?XP,BM?XP,BioP [mg/l]
烷乙酸 790 1.50 1.185 780 2.09 1.630 1,060 1.07 1.135 (5-9)
CP,IAT 是生物反应池进水的总磷。
CP,EST 出水中的磷按允许的浓度(CP,ER)，可取CP,EST = 0.6 ~ 0.7 CP,ER. XP,BM 为异养菌所含的磷，可取0.01 CBOD,IAT 或 0.005 CCOD,IAT XP,BioP生物除磷浓度，对于通常市政污水：
XP,BioP = 0.01 - 0.015 CBOD,IAT 或 0.005 - 0.007 CCOD,IAT ，为上游厌氧池的进水浓度 低温下, SNO3,EST ? 15 mg/l时可假定 XP,BioP = 0.005 - 0.01 CBOD,IAT 或 0.0025 to 0.005 CCOD,IAT
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对没有厌氧区只设缺氧区或阶段进料的反硝化工艺可假定XP,BioP ? 0.005 CBOD,IAT 或 0.002 CCOD,IAT
低温，缺氧区的内回流排入厌氧池时，可设定XP,BioP ? 0.005 CBOD,IAT 或 0.002 CCOD,IAT
平均除磷的需药量为 1.5 mol Me3+/mol XP,Prec，可换算为下列数值： 用铁盐时 用铝盐时
2.7 kg Fe/kg PPrec 1.3 kg Al/kg PPrec
使用石灰进行同时沉淀时，石灰乳液应投加到二沉池进水中，以提高pH值使磷沉淀。石灰需要量与碱度有关。任何情况下多应作试验。 （见 ATV 标准 ATV-A 202）。（英文版还没有）
如CP,ER < 1.0 mg/l, （即 CP,ER = 0.8 mg/l 用任意取样方法时），单级的活性污泥法无法达到。只在非常有利条件下才能达到CP,EST = < 1.0 mg/l 。
5.2.4 污泥产量计算
活性污泥法产生的污泥由降解产生的有机物和储存的固体物及除磷产生的污泥组成：
SPd?SPd,C?SPd,P [kg/d]
(5-10)
污泥产量和泥龄的关系式如下：
tSSMSS,ATVAT?SSATVAT?SSAT [d] ???SPdSPdQWS,d?SSWS?Qd?XSS,EST(5-11)
TSS 与VAT有关的污泥泥龄
Qd·XSS,EST 二沉池出水可过滤物质负荷，一般可略去不计 SPd 污泥产量
QWS,d·SSWS 剩余污泥量 SSAT 生物池的MLSS （kg/m3）
可用下列经验公式和Hartwig系数来计算污泥产量： 2001年6月
32
ATV
SPd,C?Bd,BOD?(0.75?0.6?SPd,C 除碳的污泥产量 Bd,BOD 日BOD负荷 XSS,IAT 进水SS浓度 CBOD,IAT 进水BOD浓度 内源消化的温度系数(FT)：
FT?1.072(T?15) [-]
XSS,IATCBOD,IAT?(1?0.2)?0.17?0.75tSS?FT) [kg/d] (5-12)
1?0.17?tSS?FT(5-13)
如为改进反硝化经常投加外来碳源，当SCOD,Ext （外来碳源的溶解性COD）? 10 mg/l， (SNO3,D,Ext （用外来碳源反硝化的NO3）? 2 mg/l) 使用式5-12（简化）, Bd,BOD 要增加 Qd·0.5·SCOD,Ext/1000 表五中的 CBOD,IAT 也增加 0.5·SCOD,Ext。当SCOD,Ext ? 10 mg/l 增加的污泥产量可略去不计。
表五中的数值为使用公式化5-12按温度T = 10° C and 12° C计算的平均值。 表五: 温度 10° - 12° C时的比污泥产量 SPC,BOD [kg SS/kg BOD5]. XSS,IAT/ CBOD,IAT 4 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.79 0.91 1.03 1.15 1.27 8 0.69 0.81 0.93 1.05 1.17 10 0.65 0.77 0.89 1.01 1.13 15 0.59 0.71 0.83 0.95 1.07 20 0.56 0.68 0.80 0.92 1.04 25 0.53 0.65 0.77 0.89 1.01 泥龄 除磷时的污泥产量由二部分组成，生物脱磷产生的和同时沉淀产生的。
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生物脱磷产生的污泥可定为3 g SS / g 生物脱磷。 同时沉淀产生的污泥取决于药剂的类型和剂量，可定为： 2.5 kg SS / kg 铁盐和 4 kg SS / kg 铝盐。除磷产生的污泥(SPd,P)可用下式表示：
SPd,P?Qd?(3?XP,BioP?6.8?XP,Prec,Fe?5.3?XP,Prec,Al)/1000 [kg/d]
(5-14)
如使用石脱磷则为 1.35 kg SS / kg (Ca(OH)2)。
5.2.5 SVI和MLSS浓度的假定
泥体积指数SVI取决于污水的成分及曝气池中的搅拌特性。易降解有机物比重大（在某些工业和商业污水中），可导致高的SVI。
正确假定SVI对于设计工作是很重要的。如仅扩建二沉池不改造曝气池，则可以依据不利季节或85%情况的记录数据。即使改造曝气池，运行记录加上表六的数值对于估算SVI也很有帮助。如过去有SVI > 180 l/kg的记录，则必须采取减少的措施。
***************************************************************************
如经半小时沉淀污泥体积超过250 ml/l ，混合液可以用二级出水稀释使其处在100和250 ml/l 之间。 根据稀释倍数可以的到稀释污泥的体积DSV。
****************************************************************** 表六: 处理目标 SVI(l/kg) 工业/商业进水 有利的 无硝化 硝化(及反硝化) 污泥稳定 如没有有用的资料，表六的数值可采用，同时要考虑不利的运行条件。 2001年6月
34
100 - 150 100 - 150 75 - 120 不利的 120 - 180 120 - 180 120 - 150 污泥体积指数的标准值
在下列情况下可以采用SVI的低值： 没有一沉池,
前面设有选择池或厌氧池, 生物反应池为串连式（推流式）。
MLSS (SSAT)在设计二沉池时确定，在设计生物反应池时可以先根据图四选用。
图四 生物池中MLSS的概值，它与SVI有关， SSRS = 0.7·SSBS（回流污泥 浓度=0.7二沉池底泥浓度）
5.2.6 生物反应池容积
根据式5-11生物反应池中需要的MLSS（MSS,AT）为：
MSS,AT?tSS,Dim?SPd [kg] (5-15)
tSS,Dim 设计泥龄, SPd 日污泥产量。
2001年6月 ATV
35
ATV
生物反应池的容积为：
VAT?MSS,ATSSAT [m3] (5-16)
其相应的体积负荷率 (BR) 及污泥负荷率 (BSS)可计算如下：
BR?Bd,BODVAT [kg BOD5/(m3·d)] (5-17)
BSS?BR [kg BOD5/(kg SS·d) (5-18) SSAT对分段进水的反硝化工艺式5-16 和 5-18 中的SSAT 应用SSAT,Step 替换。 因此，SSAT,Step > SSEAT or SSAT。
**************************************************************************
注: 如有一相同容积的阶段曝气池，其污泥回流比RS = 1，分段进水使所有反硝化池达到相同的污泥负荷。则二阶段曝气池的SSAT,Step ~ 1.14 · SSEAT ，而三阶段曝气池的SSAT,Step ~ 1.20 · SSEAT。
***************************************************************************
5.2.7 回流量和周期时间
缺氧区需要的总回流率 (RC) 根据需要硝化的氨氮浓度SNH4,N 来定：
RC?SNH4,NSNO3,EST?1 [-] (5-19)
及：
RC?QRSQIR? [-] (5-20)
QDW,hQDW,hRC根据式5-19定, 内部回流率 QIR 根据式5-20定。最大的反硝化率为：
?D?1?1 [-] (5-21)
1?RC2001年6月 36
ATV
阶段反硝化效率通过本段负荷与最后反硝化池的分数(x)来定，如需要应计入内部回流率。下式没有考虑内部回流：
?D?1?x(1?RS) [-] (5-22)
对于间歇式反硝化工艺，周期时间(tT = tN + tD)可用下式估算：
tT?tR?SNO3,ESTSNH4,N [h or d] (5-23)
停留时间 tR = VAT/Qh,DW 与周期时间 (tT) 单位相同。 周期时间不应小于2小时。 tD 间歇处理时的反硝化时间 tN表间歇处理时的硝化时间 Qh,DW 旱季的小时流量
SNO3,EST 二沉池出水的硝酸盐氮 SNH4,N 需硝化的氨氮浓度
5.2.8 氧转移率
需氧量包括除碳耗氧（包括内源呼吸），如需要，包括硝化需氧量与反硝化节省的氧量。
除碳时用下列方法，使用Hartwig系数， 其值也可在表七中查到：
OUd,C?Bd,BOD?(0.56?0.15?tSS?FT) [kg O2/d] (5-24)
1?0.17?tSS?FT外部碳源不考虑其耗氧，它利用硝酸盐进行呼吸。
式5-24中的系数适用于CCOD,IAT/CBOD;IAT ? 2.2. 当比值高时曝气池的耗氧量计算要通过COD进行。
硝化的耗氧量为 4.3 kg O2 / kg N。反硝化时2.9 kg O2 / kg N 可用于碳的去除。
OUd,N?Qd?4.3?(SNO3,D?SNO3,IAT?SNO3,EST)/1000 [kg O2/d]
(5-25) (5-26)
OUd,D?Qd?2.9?SNO3,D/1000 [kg O2/d]
日耗氧量峰值(OUh)为： 2001年6月
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ATV
OUh?fC?(OUd,C?OUd,D)?fN?OUd,N24 [kg O2/h] (5-27)
fC - 峰值系数最大时除碳的耗氧量与日平均耗氧量之比值，由于固体物水解的作用，故不能用BOD5负荷的比值。
fn - 峰值系数，为二小时时最大TKN与日平均负荷之比值
表七 比耗氧量 OUC,BOD [kg O2/kg BOD5], 当 CCOD,IAT/CBOD,IAT ? 2.2时有效 T° C 泥龄 4 10 0.85 8 0.99 4 12 0.87 1.02 7 15 0.92 1.07 2 18 0.96 1.11 6 20 0.99 1.14 8 由于除碳耗氧的峰值与硝化耗氧的峰值不会同时发生，式5-27要计算二次，一次使 fC = 1 和确定的 fN 值, 另一次使 fN = 1 和确定的fC 值，使用OUh的高值。正常进水条件下fC 和 fN 值可用表八列出的数值。
表八 耗氧量峰值系数（当无适用资料时，峰值为二小时最大值） 泥龄 fC 3 4 1.25 8 1.2 10 1.2 15 1.15 20 1.1 25 1.11.11.25 1.29 1.32 1.11.23 1.27 1.30 1.11.19 1.24 1.27 1.01.15 1.21 1.24 10 1.015 1.13 20 1.18 25 1.22 2001年6月 38
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fN 当 Bd,BOD,I ? 1200 kg/d fN 当 Bd,BOD,I > 6000 kg/d 连续曝气池的需氧量为：
req.?OC?CS?OVh [kg O2/h] (5-28)
CS?CX- - - 5 2.0 1.8 5 2.1.5 0 2.1.- aOC 标准需氧量 CS 饱和溶解氧 CX 曝气池溶解氧 OUh 最大时需氧量
间歇曝气时，要考虑不曝气的时间，使用下式：
req.?OC?CS1?OVh? [kg O2/h] (5-29)
CS?CX1?VD/VAT曝气池的溶解氧浓度 (DO) 可采用CX = 2 mg/l。对使用表曝机同时反硝化的循环流动池子，由于溶解氧浓度呈锯齿状，可取CX = 0.5 mg/l。实际运行时可采用不同数值。
需氧量计算要考虑各种负荷条件。一年中进水负荷没有周期性变化时，最大需氧量发生在夏季。在夏季可用较低的泥龄和MLSS，计算时要考虑这些因素。如没有适用资料可取T = 20° C 。冬季时减少反硝化容积，出水中的硝酸盐浓度增加，对此应进行论证。如没有适用资料，冬季可取T = 10° C 。
如果污水厂平均工作日的负荷低于设计负荷的30%，此时的需氧量也要计算，此时使用fN = 1 和 fC = 1 ，作为曝气设备分级的参考值。
当设计负荷与调试负荷有较大差距时，可以先设计小容量的曝气设备，留有以后扩建的可能性。
曝气设备正常是用于清水中氧的转移。将其转换到运行条件下的?系数与污水类型，活性污泥性质，以及曝气系统本身有关。可参考[1], 5.4.2.4.的资料。
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为了运行的经济和保证反硝化，曝气设备的容量分级是很重要的。一周中小时的需氧量变化至少在7:1。设计容量和运行初期的需要也有很大差距。周末需氧量最低，且N:BOD5比例也是不利的。对间歇式曝气将频繁启闭曝气装置。有缺氧区时，内回流把大量的氧输入缺氧区，这二种情况多将减少反硝化的程度。
5.2.9 碱度
在反硝化和加入金属盐(Fe2+, Fe3+, Al3+)除磷多会减少碱度，并降低pH值。 进入生物反应池的碱度(SALK,IAT 以 mmol/l计) 主要来自自来水以及尿和有机氮氨化时生成的碱度。
通过硝化（包括反硝化时回收的）和磷的沉淀，碱度大约减少为：
SALK,EAT?SALK,IAT?[0.07?(SNH4,IAT?SNH4,EST?SNO3,EST?SNO3,IAT)?0.06?SFe3?0.04?SFe2?0.11?SAL3?0.03?XP,Prec][mmol/l]S，X
– 浓度，EAT－出水，IAT – 进水，ALK－碱度，Fe3－三价铁，P,prec沉淀去除的磷
此式中碱度应以mmol/l（ 相当于100mg/L CaCO3）表示，其它浓度单位为mg/l。游离酸和其它沉淀药剂的碱度要另加考虑。
(5-30)
日平均剩余的碱度要根据最不利的负荷条件来确定，如深度硝化而反硝化不足，最高的投药剂量等。如这些条件不会同时发生，则不同类型的负荷组合要于考虑。
出水碱度应不低于 SALK,EAT = 1.5 mmol/l，如需要应加碱，如石灰乳等。
对深曝气池(? 6 m) 高氧转移率，即使有足够的碱度，pH 值也会低于6.6，由于生物处理过程中产生的CO2不能充分的排去。参考值见表九，如需要建议加碱中和。
表曝气池pH值与氧转移率和碱度关系 SALK,EAT 不同平均氧转移率下的曝气池pH值 6% 6.6 6.8 6.9 9 % 6.4 6.6 6.7 12 % 6.3 6.5 6.6 18 % 6,1 6.3 6.4 24 % 6.0 6.2 6.3 40
[mmol/l] 1.0 1.5 2.0 2001年6月
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2.5 3.0
5.3
好氧选择池的设计 7.0 7.1 6.8 6.9 6.7 6.8 6.5 6.6 6.4 6.5 对有高百分比易降解有机物污水，及在完全混合曝气池前设置好氧选择池有助于减少丝状菌的产生。BOD5 或 COD的减少对反硝化有不利的影响。
在降低SVI方面，用于脱磷的厌氧池与好氧选择池有同样的作用。 好氧选择池的体积负荷率的建议值如下： BR,BOD = 10 kg BOD5/(m3/d) 或 BR,COD = 20 kg COD/(m3/d) 。
供氧系统的设计按?OC = 4 kg O2/m3 池容积／天计算。
好氧选择池至少分成二格（串连）。详见[5]及ATV 报告 \膨胀污泥， 浮动污泥及活性污泥处理厂的泡沫-原因及解决\有英文版]。
6. 二沉池的设计
6.1
限制条件和出水水质
设计的基础是带雨水的峰值流量(Peak Wet Weather Flow rate) QWW,h (m3/h), 污泥体积指数SVI (l/kg) 和二沉池出水的SSEAT (kg/m3)。除了阶段进水的反硝化池和带雷米拉分离器的曝气池，SSEAT 应等于SSAT。
二沉池设计内容为： 形状和尺寸,
允许的污泥储存和浓缩时间, 回流污泥量及其控制,
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除泥系统的类型和操作方式, 进、出水的设计和安排。 应遵守下列规则： 长度或直径小于 60 m,
污泥体积指数 50 L/kg ? SVI ? 200 L/kg, 稀释污泥体积 DSV ? 600 L/m3, 回QRS
?
0.75·QWW,h
流
污
(
平
流
),
量 或
QRS ? 1.0·QWW,h (竖流),
二沉池进水的悬浮固体SSEAT resp. SSAT > 1.0 kg/m3.
在ATV 手册 [2] 以及 IAWQ 6#报告 [7]中可找到设计的基础资料。
6.2
污泥体积指数和允许的浓缩时间
SVI及污泥浓缩时间 (tTh) 决定了二沉池底泥的浓度(SSBS)。为了防止磷酸盐的再溶解和发生反硝化使污泥上浮，沉淀污泥在浓缩区和除泥区的停留时间越短越好。但浓缩区越高泥停留时间越长，污泥浓缩得越好。
建议的污泥浓缩时间tTh 见表十，它与污水处理的程度有关： 表十 根据处理程度确定的污泥浓缩时间 污水处理类型 活性污泥法无硝化 活性污泥法带硝化 活性污泥法带反硝化 浓缩时间 tTh 小时 1.5 - 2.0 1.0 - 1.5 2.0 - (2.5) 在生物反应器中反硝化要达到很大限度，浓缩时间才能大于tE = 2.0小时。这浓缩时间也只在相对低的SVI及低污泥回流率下才能达到。
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回流污泥浓度
回流污泥量QRS由除泥流量QSR和短流流量QShort 组成。短流流量QShort 取决于污泥移除率及回流污泥流量。
底泥浓度 SSBS (除泥流量的平均SS) 可根据SVI 和浓缩时间 tTh 定(也可见图五)：
SSBS?10003?tTh [kg/m3] SVI(6-1)
图五 底泥浓度与污泥体积指数及浓缩时间关系 用活性污泥沉淀速度来计算SSBS 也是可能的[7]。
回流污泥的SSRS 是由于短流流量稀释的结果，可按简化方法设定： 刮泥机 吸泥机
竖流式沉淀池没有刮泥装置SSRS ? SSBS 。
SSRS ~ 0.7·SSBS SSRS ~ 0.5 to 0.7·SSBS
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6.3
污泥回流率和二沉池进水的SS
曝气池和二沉池的运行条件受二沉池进水SS与出水SSEAT 的关系，以及回流污泥SSRS 与回流污泥比RS = QRS/Q 的影响。根据SS的物料平衡，略去XSS,EST ，可得到下式：
SSAT?RS?SSRS [kg/m3] （6-2）
1?RS(6-2)
二沉池和曝气池的设计应按回流污泥量QRS = 0.75·QWW,h计算。回流污泥泵的容量（包括备用）按QRS = 1.0·QWW,h 配置。泵单台容量能适应可能设定的回流污泥量。但没有必要使回流污泥量与进水量随时保持一致。
对竖流式二沉池最大污泥回流量应QRS = 1.0·QWW,h ，回流污泥泵的容量（包括备用）按QRS = 1.5·QWW,h 配置。
从平流式向竖流式过渡时， RS 可从表十一取值。
较高污泥回流率和随意提高污泥回流率将影响沉淀效率。 污泥回流率应避免低于RS = 0.5 因它要求高SS，它只能在低SVI和高浓缩时间下才能达到。
6.4
表面负荷率和污泥负荷率
表面负荷率 qA是根据允许的污泥体积负荷率qSV 和污泥稀释体积 DSV计算出来的：
qA?qSVqSV? [m/h] (6-3) DSVSSEAT?SVI为了保持低的出水悬浮固体浓度 XSS,EST 及由它产生的 COD 和磷浓度，污泥体积负荷率qSV 应不大于：
qSV ? 500 l/(m2·h)，当要求 XSS,EST ? 20 mg/l时。 对竖流式二沉池，为了形成污泥层：
qSV ? 650 l/(m2·h)，当要求XSS,EST ? 20 mg/l时。 建议在污泥体积负荷率和沉淀池深度间进行优化。
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平流式二沉池为当进水孔到水面的垂直距离与进水与出水的水平距离的比小于1 : 3。竖流式二沉池则是大于 1 : 2。当比例处于两者之间时，污泥体积负荷率可用线性内插法求得。建议选用表十一的数值进行设计。
对平流式二沉池表面负荷率qA不应超过1.6 m/h，对竖流式二沉池表面负荷率qA不应超过2.0 m/h。对过渡区的值可从表十一选用：
表十一 比例*) ? 0.33 ? 500 ? 1.60 ? 0.75 525 ? 1.65 ? 0.80 ? 0.36 ? 550 ? 1.75 ? 0.85 ? 0.39 ? 575 ? 1.80 ? 0.90 从平流式二沉池向竖流式二沉池过渡时的允许值 ? 0.42 ? 600 ? 1.85 ? 0.90 ? 0.44 ? 625 ? 1.90 ? 0.95 ? 0.47 ? 650 ? 2.00 ? 1.00 ? 0.5 ? qSV (l/(m2h) qA (m/h) RS (-) *)
垂直：水平如： 1 : 2.5 = 0.4
6.6 沉淀池表面积 二沉池表面积计算如下：
AST?QWW,h [m2] (6-4) qA仅对平流式二沉池需要额外增加进口紊流区。一般进口紊流区长度等于池边深度。 竖流式二沉池的有效表面积为进水处到水面中间点的面积，见图八。 6.7
沉淀池深度
各种工艺对二沉池多用功能性有效容积来说明，见图六和七。 二沉池的深度由不同功能区组成：
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h1 h2 h3
:
: 异
重
: 分
（
离密
度清
和）
流
回和水
流储
存
区 区 区
h4 : 浓缩和除泥区
图六 平流式二沉池主要流向和池子功能区
图七 矩形平流式二沉池主要流向和池子功能区
实际上各功能区相互有所渗透，在进水和出水部分多有紊流区，应改进它们的设计使紊流区尽可能的小。
清水区是个安全区最小深度为h1 = 0.50 m。它的作用是抵消风的，密度差或不均匀表面配水的影响。清水区常在回流区的上面。
对淹没出水管，分离区的顶面和管子开口处的距离保持30厘米已足够。为了防止漂浮的污泥进入管子，水面和管子开口处的距离至少保持20厘米
在进水范围异重流和储存区上面的是分离区。在进水范围内分离区和异重流/储存区形成一个单元。在这单元内泥/水混合物进入并分散。有絮凝过程有利于泥的沉淀。在进水范围外异重流/储存区上面的是回流区，根据连续性方程在该区带少量SS的污水回流到进口处;它与清水区一起成为安全区。
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分离和回流区设计必须使进水包括回流污泥有0.5小时的停留时间。因此：
h2?0.5?qA?(1?RS) [m] (6-5)
1?DSV/1000在异重流和储存区的泥-水混合物，由于它的密度高，沉入污泥区并流向池外侧。该处为全池流速最高的区域。 随着来水的增加异重流和储存区得到扩大，即使选用高回流比，曝气池来的置换污泥仍在此储存。
异重流和储存区的设计应在雨季QWW,h条件下，能储存曝气池排出的1.5小时的，浓度为500 l/m3污泥(0.3·SSEAT·SVI) 。在此时间内活性污泥沉到浓缩区，并假定其均匀分布到二沉池的池面积内。
异重流和储存区的深度应为：
h3?1.5?0.3?qSV?(1?RS) [m]
500(6-6)
沉淀污泥的浓缩在池底浓缩和除泥区内进行。有一污泥层，并有少量流入污泥斗。 浓缩和除泥区必须有足够的容积，使浓度为SSEAT 的进泥在浓缩时间tTh 内能浓缩到底泥浓度SSBS 。根据污泥均匀分布到二沉池的池面积的假定，浓缩和除泥区的高度应为：
h4?SSEAT?qA?(1?RS)?tThSSBS [m] (6-7)
带斜坡的平流式二沉池在2/3半径或行程内必须保持计算求得的总的池深。最小池深为3m，圆形二沉池的池边水深应不小于2.5m。
竖流式二沉池见图八。分离区，储存和浓缩区容积V2到V4的计算可以相应的深度h2 to h4乘以池表面积AST （见6.6部分）。
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图8 竖流式二沉池的功能分区和深度
6.8 现有二沉池的测试和验算
对已有二沉池，污泥体积负荷率必须与池深相适应，也可通过大规模的试验来验证。 计算时不必用最大允许的污泥体积负荷率qSV ，可以逐步减小qSV直到计算深度与实际深度相一致。然后还要用污泥体积负荷率来验算二沉池面积。
如果已有池子的深度低于要求的最小值，应给出最大可接受的流量的推荐值以防止由于池深太浅而产生的水力堵塞。总起来说，现有的总水深低于2米的二沉池进一步使用是不经济的，实际上也不可行。
6.9 6.9.1
除泥系统的设计
除泥和刮泥设备的设计
除泥流量和污泥回流量决定了活性污泥在二沉池中停留的时间。
对于各种类型的二沉池，有各种各样的污泥刮砂机及污泥回流输送机可用。在平流式圆形池中，污泥刮砂机和吸泥装置也应用了。在矩形平流池中，除了污泥刮砂机和吸泥设备，也用了轻刮砂机。如果在主要竖流的池子或横向平流池里要求用污泥移除设备，就可用以上的系统。
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ATV
除泥装置的设计必须在二沉池尺寸和SS符合确定之后。
对于污泥移除系统的布置，应注意ATV-DVWK 报告 [8] 及校正 [9] 以及 [2], 第3.5.4节的说明。
刮泥设备的设计参数可参见表十二。 6.9.2
污泥短流的流量和固体物平衡
除泥的流量 QSR 常小于回流污泥量QRS, 对刮泥机在进口和排泥点（漏斗）之间发生短流，对吸泥装置在浓缩区之上发生。可以使用下式：
QShort?QRS?QSR [m3/h] (6-8)
按公式6-8 QShort 根据经验在0.4 - 0.8·QRS, 取决于回流污泥量。
由于污泥短流流量QShort的稀释作用，回流污泥浓度SSRS 低于底泥的浓度SSBS 。固体物的物料平衡如下：
QRS?SSRS?QSR?SSBS?QShort?SSEAT(6-9)
6.9.3
[kg/h]
幅流式二沉池的排泥
圆池中排泥的间隔与刮泥机转一圈的时间相同：
tSR???DSTvSR [h] (6-10)
圆池刮泥机的除泥流量为： QSR?hSR?a?vSR?DSR4?fSR[m3/h]
(6-13**)
vSR刮泥机圆周的线速度，DSR 池直径，a 刮泥臂的数量。
***************************************************************************** 注: 刮刀的长度等于池半径则 a = 1。
****************************************************************************** 2001年6月
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对吸泥装置 (通常为管风琴式) ，除泥流量与污泥短流流量间没有差异，因池底泥已经被澄清水稀释（主要在池边缘部分）。
吸泥管 (立管)中的流速应为0.6 到 0.8 m/s，吸泥管的距离不超过3 to 4 m. 桥的速度vSR 与刮泥机的桥速一样。吸泥的容量应从池中向外分段，以减少额外的水力负荷。
表十二 号 符位 刮泥机 刮刀或梁的高度 刮泥桥线速度 回车速度 R R 刮泥机设计参数
单圆池 矩形池 刮泥机 0.4 - 0.9 刮泥板 0.15 0.30 - hSm 0.4 - 0.6 vSh v h m/72 - 144 108 最大值36 - 108 m/- 324 最大值- 除泥系数*) R *)
fS- 1.5 ? 1.0 ? 1.0
除泥系数在一个除泥周期内计算除泥量为实际除泥量的倍数。
*********************************************************************************
注: 除泥系数 fSR = 1.5根据池底坡度为1 :15的圆沉淀池和螺旋式刮刀得出的：1.5桥转速必须完成高度与刮刀相同的泥层的去除。除泥系数的倒数为刮泥机的效率。
6.9.4 矩形池中泥的去除
对刮泥机要计入刮刀提起和放下的时间ts (h), 刮泥机的行程(LRW ? WST)，除泥的间隔为：
tSR?LRWL?RW?ts [h] (6-14) vSRvret为了计算除泥流量QSR ，作下列假定： 刮刀理论上移动污泥层的最大距离为15倍的刮刀高度(LSL = 15 · hSR)。如刮刀长度为 LSR (~ bST 在垂直墙的池中)除泥流量为：
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