1.3.4R回流比
回流比为回流污泥量与构筑物总进水量的比值，即：
R=Qr/Q
式中：
Qr—回流污泥量，m3/h；
Q—进水流量，m3/h
回流比一般在25—100％之间，多采用50—100％。
采用不同的回流比，可以控制曝气池内污泥的浓度，直接影响活性污泥法运行状况。
对于给定的污水处理工艺，其回流比与混合液污泥浓度以及回流污泥浓度有一定关系。
l.4厌氧、缺氧、好氧概念辨析
由于生物脱氮、除磷的需要，在传统活性污泥法的基础上，将厌氧状态组合到活性污泥中，因此在生物反应器中就产生了厌氧、缺氧、好氧的分区状态；或者是在同一生化反应器中反复周期地实现厌氧、缺氧、好氧状态。
污水中的厌氧、缺帆、好氧状态不仅体现在溶解氧的变化上，也体现在参与反应的微生物、呼吸类型、最终电子受体等方面。
l.4.1厌氧
厌氧一般是指混合液不存在溶解氧（或溶解氧浓度极低），且其中也没有硝酸盐存在的状态，主要以低分子有机物、CO2，以及一些高能化合物为电子受体，此时混合液中的溶解性和颗粒性有机物将发生水解酸化反应。
根据其中的溶解氧浓度，厌氧过程又分为完全厌氧（甲烷化）、兼性厌氧（水解酸化）和暂时厌氧。
1.4.2缺氧
缺氧状态下混合液中不存在溶解氧（或溶解氧浓度极低），而存在大量的硝酸盐氮。
此时由于混合液中的溶解氧浓度极低，不足以供给氧化还原反应的电子受体，因此该过程中主要以硝酸盐作为电子受体，在此过程中主要发生有机物的降解反应以及反硝化反应。
l.4.3好氧
好氧状态是指污水中存在溶解氧的状态（一般指溶解氧浓度>1mg/l）。
此时混合液中的电子受体主要为溶解氧，在溶解氧不足的情况下，混合液中的部分硝酸盐也会作为电子受休。
好氧环境下主要发生有机物的降解、有机氮的氨化、氨氮的氧化以及同步硝化反硝化反应。
简单的说，混合液中既不存在溶解氧，又不存在硝酸盐的状态为厌氧状态；存在硝酸盐但不存在溶解氧的状态为缺氧状态；而混合液中溶解氧作为主要电子受体的状态为好氧状态。
2城市污水的来源和性质
2.1城市污水的来源和分类
城市污水主要为城市下水道系统收集到的各种污水，通常由生活污水、工业废水和城市降水径流等三部分组成，是一种混合污水。
生活污水指人们日常生活中的排水，经由居住区、公共场所（饭店、宾馆、电影院、体育场、医院、机关、学校、商场、车站等）和工厂的厨房、卫生间、浴室及洗衣房等生活设施排出。
生活污水中有机污染物约占60%，如蛋白质、脂肪和糖类等；无机污染物约占40%，如泥沙和杂物等．此外还含有洗涤剂以及病原微生物和寄生虫卵等。
工业废水是从工业生产过程中排出的废水，由于使用的原材料和生产工艺不同，工业废水的成分也有所差别。
常见的污染较严重的工业废水有：
造纸废水、酿造废水、生物制药废水、印染废水、制革废水、毛纺废水、电镀废水、油漆废水、化工废水、轻工业废水等。
工业废水是城市污水有毒有害物质的主要来源。
降雨径流是由城市降雨或冰雪融化水形成的。
初期雨水和冰雪融化水的污染也较严重，若能纳入污水处理系统加以处理，将是一种理想的安排。
对采用分流制的城市，降雨径流将汇入雨水管道而得不到很好的处理；对采用雨污合流的城市，虽然将部分初期径流雨水进行了处理，但雨量较大时由于超过了截留干管的输送能力或污水处理厂的处理能力，大量的雨污混合水的出现将导致溢流现象，从而对周围水体造成更大的污染。
2.2城市污水的水质
城市污水的水质，在主要方面具有生活污水的一切特征，但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水水质和水量的影响而明显变化。
影响城市污水水质的因素很多，主要有：
①城市居民的生活习惯：
②污水管网的分合流制；③污水管网的状态；④季节的变化；⑤城市所处的地域等。
表2为我国南方部分地区污水水质的变化情况。
从表中数据可以看出，合流制的污水比分流制的污水浓度低，这主要由于南方雨水比较多，地下水位一般比较高，雨水和地下水对污水有稀释作用而造成的。
典型的生活污水，其水质变化大体有一定的范围。
表2：
南方城市污水的主要水质指标数据（mg/l）
项目
BOD
COD
SS
TN
TP
分流制
150-230
250-400
150-250
20-40
4-8
合流制
60-130
170-250
70-150
5-23
3-5
表3：
生活污水中营养物的典型含量
分析参数
污水类型
高浓度
中等浓度
低浓度
BOD
（mg/l）
5日
400
200
100
可溶性
200
100
50
悬浮性
200
100
50
COD
（mg/l）
COD
1000
400
250
可溶性
400
150
100
悬浮性
600
250
150
SS
（mg/l）
SS
350
220
100
VSS
275
165
80
氮
（mg/l）
TN
85
40
20
氨氮
50
25
12
有机氮
35
15
8
TKN
85
40
20
磷
（mg/l）
TP
15
8
4
正磷酸盐
10
5
3
有机磷酸盐
5
3
1
表4给出生活污水中各种物质的数值比。
污水中各种物质间的比例影响着处理工艺的选择和功能，表中给出的为比较典型的数值，COD/B0D高表示有机物降解困难，COD/N高有利于脱氮，VSS/SS高表示悬浮固体中有机物含量高。
表4：
生活污水中的各种数值比
比值
低值
典型值
高值
COD/BOD
1.5～2.0
2.0～2.5
2.5～3.5
COD/TN
6～8
8～12
12～16
COD/TP
20～35
35～45
45～60
BOD/TN
3～4
4～6
6～8
BOD/TP
10～15
15～20
20～30
COD/VSS
1.2～1.4
1.4～1.6
1.6～2.0
VSS/SS
0.4～0.6
0.6～0.8
0.8～0.9
COD/TOC
2～2.5
2～5.3
3～3.5
3活性污泥法的基本原理
3.1活性污泥法的基本概念
活性污泥法是城市污水二级处理厂采用最广泛有效的处理方法，是使曝气池中的微生物处于悬浮状态，并与污水充分接触而使其净化的方法。
活性污泥即指向污水中通入一定量的空气，经过一定时间，污水中产生的一种絮凝体（菌胶团），这种絮凝体由大量繁殖的微生物组成，这些絮凝体易于沉淀并与污水分离，并使污水得到澄清。
3.2有机物去除的原理
污水中的有机物质在活性污泥系统中经历了以下过程后才得以去除：
3.2.1初期吸附
活性污泥表面积很大，而且具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的胶体物质可以被吸附和絮凝，迅速从水中去除。
这种初期的去除只是在一个很短的时间内完成的，有机物作为一种储备的营养物质，吸附在细胞物质表面，而后才被微生物摄取进行代谢。
有机物中的碳、氮、磷是微生物的基本营养物质，其在微生物营养中所占的比例为100:
5:
l，污水中的部分碳、氮、磷可以通过微生物合成得以去除。
3.2.2微生物的代谢
活性污泥微生物以污水中的有机物作为营养，在有氧的情况下，将其中部分有机物合成为新的细胞物质，而另一部分有机物则被氧化分解，以提供细胞合成所需的能量，并最终形成CO2和H2O等稳定的物质。
在这个过程中，部分微生物细胞也会自身进行氧化分解，并提供能量，这种现象称为细胞物质的内源呼吸。
在曝气池中，微生物的增殖、有机物的降解、微生物的内源代谢以及氧的消耗是同步进行的。
3.3有机氮和氨氮去除的原理
污水中氮的存在形式有有机氮、氨氮、无机氮、硝态氮等多种形式，而城市污水中则以前两种为主。
污水生物处理过程中，氮的转化一般经历了以下几个过程：
◆氨化作用：
污水中的有机氮主要是以蛋白质和氨基酸的形式存在。
在蛋白质水解酶的作用下，蛋白质水解为氨基酸．而后又在脱氨酶作用下，氨基酸发生脱氨基反应，最终形成氨氮。
另外，城市污水中还含有大量由人和高等动物排泄出的尿素，在尿索酶的作用下也会快速形成氨氮。
◆硝化作用：
在有氧情况下，污泥中的亚硝酸菌首先将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，而后又在硝化菌作用下，转化为硝酸盐。
硝化反应消耗碱度。
NH4+＋2O2硝化菌NO3-＋2H+＋H2O
◆反硝化作用：
在无分子态氧存在的情况下，反硝化菌以污水中的硝酸盐作为电子受体，将其还原为氮气而从系统中去除。
反硝化菌多数为兼性菌，在有氧的情况下，可以利用氧作为氧化剂，而在无氧的情况下则可以利用硝酸盐作为氧化剂，所以要达到较好的反硝化效果必须严格控制污水中的溶解氧。
反硝化反应生成碱度。
NO3-＋有机物反硝化菌CO2＋N2＋H2O＋OH-
以上即为生物硝化/反硝化脱氮的基本原理。
根据以上理论，脱氮过程首先应在有氧环境下将含氮物质氧化为硝态氮，而后在无氧条件下，将硝态氮还原为氮气逸出。
3.4磷去除的原理
污水生物除磷技术的发展源于生物超量吸磷现象的发现。
污水生物除磷就是利用活性污泥的超量吸磷现象，即微生物在好氧过程中吸收的磷超过正常生长所需要的磷的量，能够完成好氧超量吸磷的细菌被称为聚磷菌，普通细菌结构中的含磷量约占其质量的2.3%，而聚磷菌体内能达到8％。
最终通过剩余污泥的排放实现除磷的目的。
磷的厌氧释放：
在厌氧条件下，某些细菌能利用细胞内聚磷水解产生的能量，吸收低分子有机物（如挥发性脂肪酸，VFA）于细胞内形成聚β羟基丁酸盐（PHB），同时以正磷酸盐的形式将微生物体内的聚合磷酸盐释放到污水中。
一般认为，磷厌氧释放的基础是污水中存在一定量的小分子有机物；
磷的好氧吸收：
进入好氧状态后，微生物代谢PHB并以ATP的形式释放能最，用于超最吸收污水中的磷，在微生物体内以聚合磷酸盐的形式储存起来，并产生新的细胞物质。
保存在微生物（活性污泥）体内的磷通过排放剩余污泥而最终去除，微生物好氧吸收的磷远远大于其厌氧释放的磷，因而处理后出水中磷浓度明显降低．应该说，磷的厌氧释放是其好氧超量吸收的前提。
4活性污泥系统的构成
典型的城市污水处理流程主要包括机械处理、生化处理（水线）、污泥处理（泥线）等工段。
机械处理工段又称一级处理工段或物理处理工段；由机械处理和生化处理构成的系统属于二级生物处理系统；处理效果介于一级和二级之间的一般称为强化一级处理系统；具有除磷脱氮功能的二级生物处理系统一般称为深度二级处理系统：
为去除特定物质而在二级处理系统后设置的处理系统属三级处理系统（或深度处理系统）。
机械处理工段在整个污水处理系统中占有重要地位，它不仅可以单独作为污水处理工艺，也可以作为预处理置于二级处理系统的前端，以减轻二级处理负荷，减小运行费用并提高处理效果。
机械处理系统一般包括粗细格姗、沉砂池、初沉池等构筑物及配套设备，以去除粗大颗粒及悬浮物为主要目的，是普遍采用的污水处理方式，是所有污水处理系统的必备工段，但某些工艺流程中可以省略初沉池。
污水生化处理属二级处理，以去除污水中的不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的。
其主要原理是通过生物作用，尤其是微生物作用，完成有机物的降解和生物体的合成，将有机物转变成无害的无机气体、液体以及富含有机物的固体物质。
根据微生物在构筑物中的生长模式，生化处理工艺又分为附着生长型（活性污泥法）和悬浮生长型（生物膜法），从构筑物内混合液流态分，生化处理工艺又分为推流式和完全混合式两种。
污泥处理系统主要包括污泥浓缩、污泥消化以及污泥脱水。
污泥处理的主要目的是减小污泥水分，降低容积，以利于最终运输和处置；使污泥稳定化，消除其中的有毒有害物质，避免二次污染；改善污泥中部分物质的性能，以达到最终资源化利用的目的。
其中污泥浓缩和脱水的主要目的都是减小污泥水分，降低容积，而污泥消化的主要目的则是通过微生物的代谢作用，使其中的有机物质达到最终稳定化。
另有部分污水工程为收集污泥消化产生的沼气而设置了沼气系统。
5城市污水的物理处理
5.1格栅及其附属设备
5.1.1格栅的构造及其分类
格栅是一种最简单的过滤设备，由一组平行的栅条组成，置于污水流经的路线上，用以截留大块呈悬浮或漂浮状的污染物（垃圾）。
设置格栅的主要目的有：
防止大块漂浮物损坏水下设备；防止缠绕物堵塞管道和水泵；防止缠绕物挂缠在闸阀、止回阀上影响阀门的启闭，或挂在终沉池出水三角堰上影响出水，挂在机械曝气设备上增加设备阻力，挂在仪表上影响仪表的精度。
格栅按栅条间距大小可分为粗格栅、中格栅和细格栅。
粗格栅间隔在40mm以上，主要用于水泵前，保护水泵；中格栅栅条间距10～40mm，用于截留大部分栅渣；细格栅栅条间距4～10mm,用于截留细软栅渣，防止缠绕物通过。
目前污水处理厂普遍采用中、细格栅的组合方式。
按运动部件分格栅可分为以下几类：
◆台阶式格栅除污机。
格栅片做成台阶形的，分动静两组，由驱动装置带动。
动组作上下运动，运动幅度为一个台阶高度。
静组与动组间的间隔为一个格栅的有效间距。
利用动组的运动，栅渣在静组的台阶上一级一级向上移动。
当达到静组最顶端时，上面安装的清污转刷将栅渣输送到渣斗或皮带输送机上。
◆转鼓式格栅除污机。
这是一种大流量的除污、输送一体化设备。
栅条安装在一个直径3～8m的大型转动鼓上，水从转鼓中心流入，从两侧流出，拦截的栅渣由转鼓输送到其头部，而后经高压冲洗管反冲到穿过格栅的输送带上。
格栅鼓的转速一般为1～3r/min。
◆回转式格栅除污机。
在格栅的两侧有两条环形链条，在链条上每隔一段距离安装一个齿耙。
在链条驱动装置的带动下，齿把做l～3r/min的往复运动，齿耙依次将拦截的垃圾刮到最上端的卸料斗处，由卸料小耙将垃圾刮到输送机上。
使用这种格栅应注意水下设备的维护和保养，另外，可能会因格栅运动而产生因回水携带栅渣的问题。
5.1.2格栅的主要运行参数
一般而言，格栅除污机没有必要提昼夜不停的运转，长时间的运转不仅会造成电量的损耗，而且会加速设备的磨损，造成设备老化，因此应根据一定的条件设置设备的开机。
格栅运行的开机控制条件一般为栅前栅后液位差和时间差。
格栅的主要运行参数有过栅流速和过栅水头损失。
一般控制栅前流速0.4～0.8m/s，过栅流速0.6～l.0m/s，流速过大会导致栅渣流失量增大，过小则会造成格栅间淤积沉砂。
格栅的水头损失即正常流动时格栅前后的水位差，一般为0.08～0.15m，当栅渣截留量增大时，水位差也将增大，因此格栅前后的水位差能反映截留栅渣量的多少，城市污水处理厂往往采用超声波液位计测定水位差的方法控制格栅自动除渣。
5.1.3格栅及其附属设备的一般操作顺序及要求
格栅的附属设备一般包括螺旋输送机和螺旋压榨机。
格栅及其附属设备的开启顺序为：
螺旋压榨机螺旋输送机格栅，关机顺序正好相反，首先关闭格栅，间隔一定时间后关闭螺旋输送机，而后又关闭螺旋压榨机，这样的目的主要是清除各设备中的残渣，防止下次启动时，设备高负荷工作。
5.2污水提升泵房
城市污水处理厂的污水进入提升泵房前一般不设调节池，为了保证抽水量和来水量的一致，提升泵运行调度必须遵循以下几条：
✓尽量利用大小泵或定速泵和变频泵的组合来满足水量，而不是通过阀门来控制，以减小管路损失，节约能耗；
✓尽量保持集水池的高水位，可降低提升扬程，但不能为了高水位运行而抛弃了其它因素。
从进水管网到提升泵间应保持一定的水力落差，以防止管网沉砂，其体的运行液位应根去设计水位确定；
✓水泵的开停次数不宜过频。
水泵开停的过程中会对水泵产生一定的水锤，严垂影响泵的寿命。
一般而言定速泵每小时开启的次数不得超过6次，变频泵可以自行调节流量，因此，锤的冲击较小，不必过于限制开启次数；
✓各水泵的投运时间应基本均匀。
5.3沉砂池及其附属设备
城市污水中含有一定数量的无机物，如砂粒，这些砂粒随污水进入构筑物后，在流速比较缓慢的地方，如曝气沉砂池底部、沉淀池底部等沉积，而且这些物质还会随污泥进入污泥处理系统，造成管道和设备的损坏，因此城市污水处理厂一般应设沉砂池。
沉砂池主要
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