污泥負(fù)荷法計(jì)算污泥量

1、1污泥負(fù)荷法這是目前國(guó)內(nèi)外最流行的設(shè)計(jì)方法，我國(guó)的規(guī)范、手冊(cè)，美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)及日本等國(guó) 目前也多采用這種方法。幾十年來(lái)，運(yùn)用污泥負(fù)荷法設(shè)計(jì)了成千上萬(wàn)座污水處理廠，充分說(shuō)明它的正確性和適用性。但另一方面，這種方法也存在一些問(wèn)題，甚至是比較嚴(yán)重的缺陷， 影響了設(shè)計(jì)的精確性和可操作性。污泥負(fù)荷法的計(jì)算式為：'幣叵可 II ii.7（ 1式中：v-曝氣池容積（m）Lj曝氣池進(jìn)水 BOD濃度（mg/L）Q曝氣池設(shè)計(jì)流量（m/h ）Fw曝氣池污泥負(fù)荷（kgBOD/kgMLSSd）.3NW （即MLSS 曝氣池混合液懸浮固體平均濃度（ kg/ m ）Fr 曝氣池容積負(fù)荷（kgBOD/ m3池容 d

2、）污泥負(fù)荷法是一種經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，它的最基本參數(shù) Fw和Fr是根據(jù)曝氣的類別按照以往的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，由于水質(zhì)千差萬(wàn)別和處理要求不同，這兩個(gè)基本參數(shù)的設(shè)定只能給出一個(gè)較大的范圍，我國(guó)規(guī)范對(duì)普通曝氣推薦的數(shù)值為：Fw=0.2- 0.4 kgBOD/kgMLSS-dFr=0.4-0.9 kgBOD/ m 3 池容d可以看出，最大值比最小值大一倍以上，幅度很寬，如果其他條件不變，選用最小值算出的曝氣池容積比選用最大值時(shí)的容積大一倍或一倍以上，基建投資也就相差很多， 在這個(gè)范圍內(nèi)取值完全憑經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少的設(shè)計(jì)人來(lái)說(shuō)很難操作，這是污泥負(fù)荷法的一個(gè)主要缺陷。污泥負(fù)荷法的另一個(gè)問(wèn)題是容易混淆。我國(guó)規(guī)范中污泥負(fù)荷F

3、w的單位是kgBOD/kgMLSSd,但有的地方則是 kgBOD/kgMLVSSd,我國(guó)設(shè)計(jì)手冊(cè)中就是這樣，美國(guó)的 標(biāo)準(zhǔn)也是用這個(gè)單位。這兩種單位相差很大，MLSS是包括無(wú)機(jī)懸浮物在內(nèi)的污泥濃度，MLVSS則只是有機(jī)懸浮固體濃度，對(duì)于生活污水，一般MLVSS=0.7MLSS如果單位用錯(cuò)，算出的曝氣池容積將差30%。這種混淆并非不可能， 我國(guó)手冊(cè)中推薦的普通曝氣Fw為O.2-O.4kgBOD/kgMLVSS d,其數(shù)值和規(guī)范完全一樣，但單位確不同了。設(shè)計(jì)中也經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題，不知究竟用哪個(gè)單位好，特別是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)更是無(wú)所適從。污泥負(fù)荷法還有一個(gè)問(wèn)題是針對(duì)性不強(qiáng)。近年來(lái)污水脫氮提上日程，當(dāng)污

4、水要求硝化、 反硝化時(shí)，F(xiàn)w、Fr取多少合適？這給設(shè)計(jì)人增加了難度，也影響了設(shè)計(jì)的精確性和可靠性。污泥負(fù)荷法最根本的問(wèn)題是沒(méi)有考慮到污水水質(zhì)的差異。對(duì)于生活污水來(lái)說(shuō)，SS和BOD濃度大致有數(shù)，MLSS與MLVSS勺比值也大致差不多，但結(jié)合各地的實(shí)際情況就大不相同。 我國(guó)城市一般都有大量工業(yè)，城市污水一般包含50%甚至更多的工業(yè)廢水，因而污水水質(zhì)差別很大，有的 SS BOD高達(dá)300 400mg/L，有的則低到不足 100mg/L,有的污水 SS/BOD 高達(dá)2以上，有的SS比BOD還低。污泥負(fù)荷是以 MLSS為基礎(chǔ)，其中有多大比例的有機(jī)物反 映不出來(lái)，對(duì)于相同規(guī)模相同工藝相同進(jìn)水BOD濃度的兩

5、個(gè)廠，按污泥負(fù)荷法計(jì)算曝氣池容 積是相同的，但當(dāng) SS/BOD差異很大時(shí)，MLVSS也相差很大，實(shí)際的生物環(huán)境就大不相同, 處理效果也就明顯不同了。綜上所述，污泥負(fù)荷法有待改進(jìn)。因此，國(guó)際水質(zhì)污染與控制協(xié)會(huì)（IAWQ組織各國(guó)專家，于1986年首次推出活性污泥一號(hào)模型（簡(jiǎn)稱ASM1 ，1995年又推出活性污泥二號(hào)模型（簡(jiǎn)稱ASM2，數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)法正式面世。3泥齡法3.1泥齡法的計(jì)算式我國(guó)規(guī)范中提出了按泥齡計(jì)算曝氣池容積的計(jì)算公式：24Q燈-心1二廠（2）式中：Y揮發(fā)性污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBODLch 曝氣池出水 BOD濃度（mg/L ）Nwv 曝氣池混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度（gVS

6、S/L）Kd衰減系數(shù)（d ）0 c污泥泥齡（d）其余同前規(guī)范對(duì)式中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)提出了推薦值：Y=0.4-0.8 （20C，有初沉池）Kd=0.04- 0.075（20 C）當(dāng)水溫變化時(shí)，按下式修正：t-20Kdt=Kd20X（ 0 t）（ 3）式中：0 t溫度系數(shù)，0 t=1.021.060 c值為：高負(fù)荷 0.22.5，中負(fù)荷515,低負(fù)荷2030可以看出，它們的取值范圍都很寬，Y值的變化幅度達(dá)100% «值的變化幅度達(dá)87.5%, 0 c值的變化幅度從50%幾倍，實(shí)際計(jì)算時(shí)很難取值，很難操作，這也是泥齡法在我國(guó)難 以推廣的原因之一。為了使泥齡計(jì)算法實(shí)用化，筆者根據(jù)自己的設(shè)計(jì)體會(huì)，

7、建議采用德國(guó)目前使用的ATV標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式，并對(duì)式中的關(guān)鍵參數(shù)取值結(jié)合我國(guó)具體情況適當(dāng)修改。實(shí)踐證明，按該公式計(jì)算概念清晰，特別便于操作，計(jì)算結(jié)果都能滿足我國(guó)規(guī)范的要求，不失為一種簡(jiǎn)單、 可信而又十分有效的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。其基本計(jì)算公式為：(4 )V=24Q0 cY(Lj-Lch)/1000Nw式中：Y污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgSS/kgBOD）其余同前Q Lj、Lch是設(shè)計(jì)初始條件，反映原水水量，水質(zhì)和處理要求，在設(shè)計(jì)計(jì)算前已經(jīng)確定。 泥齡0 c是指污泥在曝氣池中的平均停留時(shí)間，其數(shù)值為：0 c=VNW/W(5)式中： W剩余污泥量（kgSS/d）W=24QY（匚L ch）/1000（6）根據(jù)以上計(jì)

8、算式，采用泥齡法設(shè)計(jì)計(jì)算活性污泥工藝時(shí)，只需確定泥齡0 c,剩余污泥量W（或污泥產(chǎn)率系數(shù) Y和曝氣池混合液懸浮固體平均濃度N （ MLSS即可求出曝氣池容積V。與污泥負(fù)荷法相比，它用泥齡0 c取代污泥負(fù)荷Fw或Fr作為設(shè)計(jì)計(jì)算的最基本參數(shù)，與數(shù)學(xué)模型法相比，它只需測(cè)定一個(gè)污泥產(chǎn)率系數(shù)Y而不需測(cè)定13個(gè)或19個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)。3.2 泥齡的確定泥齡是根據(jù)理論同時(shí)又參照經(jīng)驗(yàn)的累積確定的，按照處理要求和處理廠規(guī)模的不同，采用不同的泥齡，德國(guó) ATV標(biāo)準(zhǔn)中單級(jí)活性污泥工藝污水處理廠的最小泥齡數(shù)值見(jiàn)表1。表中對(duì)規(guī)模小的污水廠取大值，是考慮到小廠的進(jìn)水水質(zhì)變化幅度大，運(yùn)行工況變化幅度大，因而選用較大的安全系數(shù)。

9、泥齡反映了微生物在曝氣池中的平均停留時(shí)間，泥齡的長(zhǎng)短與污水處理效果有兩方面的關(guān)系：一方面是泥齡越長(zhǎng)， 微生物在曝氣池中停留時(shí)間越長(zhǎng)， 微生物降解有機(jī)污染物的時(shí)間 越長(zhǎng)，對(duì)有機(jī)污染表1德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中活性污泥工藝的最小泥處理目標(biāo)處理廠規(guī)模<5000m3/d> 25000m3/d無(wú)硝化污水廠54有硝化（設(shè)計(jì)溫度10C）108有硝化、反硝化（10C）V/V=0.21210V/V=0.31311V/V=0.41513V/V=0.51816有硝化、反硝化、污泥穩(wěn)定25不推薦注：V/V為反硝化池容與總池容之比染物降解越徹底，處理效果越好。另一方面是泥齡長(zhǎng)短對(duì)微生物種群有選擇性， 因?yàn)椴?同種群的微生

10、物有不同的世代周期， 如果泥齡小于某種微生物的世代周期， 這種微生物還來(lái) 不及繁殖就排出池外，就不可能在池中生存，為了培養(yǎng)繁殖所需要的某種微生物， 選定的泥 齡必須大于該種微生物的世代周期，最明顯的例子是硝化菌，它是產(chǎn)生硝化作用的微生物， 它的世代周期較長(zhǎng)， 并要求好氧環(huán)境， 所以在污水進(jìn)行硝化時(shí)須有較長(zhǎng)的好氧泥齡。 當(dāng)污水 反硝化時(shí)， 是反硝化菌在工作， 反硝化菌需要缺氧環(huán)境， 為了進(jìn)行反硝化， 就必須有缺氧段 （區(qū)段或時(shí)段） ，隨著反硝化氮量的增大，需要的反硝化菌越多， 也就是缺氧段和缺氧泥齡 要加長(zhǎng)。上述關(guān)系的量化已體現(xiàn)在表 1 中。無(wú)硝化污水處理廠的最小泥齡 4 5天，是針對(duì)生活污水的

11、水質(zhì)使處理出水達(dá)到BOD30mg/L和SS30mg/L確定的，這是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，就像污泥負(fù)荷一樣。有硝化的污水處理廠， 泥齡必須大于硝化菌的世代周期， 設(shè)計(jì)通常采用一個(gè)安全系數(shù)， 以確保硝化作用的進(jìn)行，其計(jì)算式為：0 c=F/ 卩 0（ 7）式中：0 c滿足硝化要求的設(shè)計(jì)泥齡（d）F 安全系數(shù)，取值范圍 2.0-3.0 ，通常取 2.31/卩0硝化菌世代周期（d）卩0 硝化菌比生長(zhǎng)速率（1/d ）卩 o=O.47 X 1.103 （T-15）（ 8）式中：T設(shè)計(jì)污水溫度，北方地區(qū)通常取10C，南方地區(qū)可取 11-12C代入式（ 8）：（ 10-15 ）卩 0=0.47 X 1.103 （

12、 - ） =0.288/d0 c=2.3/0.288=7.99d再代入式（ 7）：計(jì)算所得數(shù)值與表 1 中的數(shù)值相符。表1 是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，但它的理論依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累具有普遍意義，并不隨水質(zhì)變化而改變， 因此筆者認(rèn)為可以在我國(guó)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。在污泥負(fù)荷法中，污泥負(fù)荷是最基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，泥齡是導(dǎo)出參數(shù)，而在泥齡法中，泥 齡是最基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，污泥負(fù)荷是導(dǎo)出參數(shù)，兩者呈近似反比關(guān)系：0 cFw= Lj /（Y（L j-Lch）（9）式中污泥產(chǎn)率系數(shù) Y是泥齡0 c的函數(shù)。3.3 污泥產(chǎn)率系數(shù)的確定采用泥齡法進(jìn)行活性污泥工藝設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，準(zhǔn)確確定污泥產(chǎn)率系數(shù) Y是十分重要的，從式（4）中看出，曝氣池容積與 Y成

13、正比，Y直接影響曝氣池容積的大小。式（6）給出了 Y值和剩余污泥量 W的關(guān)系，剩余污泥量是每天從生物處理系統(tǒng)中排出 的污泥量，它包括兩部分：一部分隨出水排除，一部分排至污泥處理系統(tǒng)，其計(jì)算式為：W=24QcNh/1000+QsNs（ 10）式中：2 出水懸浮固體濃度（mg/L）3Qs-排至污泥處理系統(tǒng)的剩余污泥量（m/d ）Ns排至污泥處理系統(tǒng)的剩余污泥濃度（kg/m3）其余同前剩余污泥量最好是實(shí)測(cè)求得。從式（10）可以看出，對(duì)于正常運(yùn)行的污水處理廠，QMh、QS及Ns都不難測(cè)定，這樣就能求出W和Y。問(wèn)題在于，設(shè)計(jì)時(shí)還沒(méi)有污水處理廠， 只有參照其他類似污水處理廠的數(shù)值，但由于污水水質(zhì)不同，處理

14、程度及環(huán)境條件不同，各地得出的Y值不可能一樣，特別是在我國(guó)，很多城市污水處理廠由于資金短缺等原因，運(yùn)行往往不正常，剩余污泥量W的數(shù)值也測(cè)不準(zhǔn)確，這勢(shì)必影響設(shè)計(jì)的精確性和可靠性。從理論上分析，污泥產(chǎn)率系數(shù)與原污水水質(zhì)、處理程度和污水溫度等因素有關(guān)。首先， 污泥產(chǎn)率系數(shù)本來(lái)的含義是每公斤BOD筆解后產(chǎn)生的SS公斤數(shù)，由于是有機(jī)物降解產(chǎn)物，這里的SS應(yīng)該是VSS即揮發(fā)性懸浮固體，但污水中還有相當(dāng)數(shù)量的無(wú)機(jī)懸浮固體和難降 解有機(jī)懸浮固體，它們并未被微生物降解，而是原封不動(dòng)地沉積到污泥中，結(jié)果產(chǎn)生的SS將大于真正由BOD降解產(chǎn)生的污泥 VSS因此在確定污泥產(chǎn)率系數(shù)時(shí)，必須考慮原污水中無(wú) 機(jī)懸浮固體和難降

15、解有機(jī)懸浮固體的含量。其次，隨著處理程度的提高，污泥泥齡的增長(zhǎng)， 有機(jī)物降解越徹底，微生物的衰減也越多，這導(dǎo)致剩余污泥量的減少。至于水溫，是影響生化過(guò)程的重要因素，水溫增高，生化過(guò)程加快，將使剩余污泥量減少。 對(duì)于各種因素的影響， 可根據(jù)理論分析通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立數(shù)學(xué)方程式，按照這個(gè)方程計(jì)算的結(jié)果如經(jīng)受住實(shí)踐的檢驗(yàn)， 就可用于實(shí)際工程，德國(guó)已經(jīng)提出了這樣的方程式，按這個(gè)方程式計(jì)算出的 Y值已正式寫進(jìn)ATV標(biāo)準(zhǔn)中。0.072x0.6殆(11)(12)F=1.0721 + 0.08 x式中：N進(jìn)水懸浮固體濃度（mg/L）Ft溫度修正系數(shù)T -設(shè)計(jì)水溫，與前面的計(jì)算取相冋數(shù)值 其余同前(T- 15)可以看

16、出，Y值與N/Lj、0 c、Ft有關(guān)。N/Lj反映污水中無(wú)機(jī)懸浮固體和難降解懸浮固 體所占比重的大小， 如果它們占的比重增大， 剩余污泥量自然要增加， Y值也就增大了。 0 c 影響污泥的衰減，0 c增長(zhǎng)，污泥衰減的多， Y值相應(yīng)減少。溫度的影響體現(xiàn)在Ft上，水溫增高，F(xiàn)t增大，Y值減小，也就是剩余污泥量減少。這種關(guān)系是顯而易見(jiàn)的。這個(gè)方程式對(duì)我國(guó)有參考價(jià)值。但由于我國(guó)的生活習(xí)慣與西方國(guó)家差異很大，我國(guó)污水中有機(jī)物比重低，有機(jī)物中脂肪比例低，碳水化合物比例高，因而產(chǎn)泥量也不會(huì)完全相同。 根據(jù)國(guó)內(nèi)已公布的數(shù)據(jù)和筆者的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)活性污泥工藝污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)量比西方國(guó)家要少，因此，式（11）中

17、須乘上一個(gè)修正系數(shù) K:(13)式中：K= 0.8-0.90.072x0.6 * 外1 + 0.08 x?r在目前缺乏我國(guó)自己的3.4 MLSS的確定不管采用哪種設(shè)計(jì)計(jì)算方法，都需要合理確定 增大一倍，曝氣池容就減小一倍，MLSS減小一倍，資，因此需要慎重確定。在規(guī)范和手冊(cè)中，對(duì) MLSS直推薦了一個(gè)選用范圍，如普通曝氣是1.5-2.5kg/m 3,延時(shí)3曝氣是2.5-5.0kg/m ，變化幅度都比較大，設(shè)計(jì)時(shí)不好操作。為了選定合適的MLSS直，有必要弄清影響它的因素。MLSS不能選得過(guò)低，主要有三個(gè)原因：(1)(2) 泥濃度。(3)Y值計(jì)算式的情況下,筆者認(rèn)為采用式(13)計(jì)算Y值是可行的。

18、MLSS在其他條件不變的情況下，MLSS曝氣池容就增大一倍，直接影響基建投MLSS過(guò)低，曝氣池容積 V就要相應(yīng)增大，在經(jīng)濟(jì)上不利。MLSS過(guò)低，曝氣池中容易產(chǎn)生泡沫，為了防止泡沫，一般需保持2kg/m3以上的污當(dāng)污泥濃度很低時(shí)，所需氧量較少，如MLSS過(guò)低，池容增大，單位池容的供氣量就很小，有可能滿足不了池內(nèi)混合的要求，勢(shì)必額外增加攪拌功率。MLSS也不能選得過(guò)高，主要是因?yàn)椋?1) 要提高M(jìn)LSS必須相應(yīng)增加污泥回流比，降低二沉池表面負(fù)荷，加長(zhǎng)二沉池停留時(shí)間，這就要求增大二沉池體積和回流污泥能耗。把曝氣池、二沉池和回流污泥泵房作為一個(gè)整體來(lái)考慮，為使造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用總價(jià)最低，污泥回流比通常限制

19、在150%內(nèi)。對(duì)于一般城市污水，二沉池的回流污泥濃度通常為4-8kg/m3,若按最高值8kg/m3計(jì)，回流比150%時(shí)曝氣池內(nèi) MLSS為4.8 kg/m 3，實(shí)際設(shè)計(jì)中 MLSS最高一般不超過(guò) 4.5kg/m 3。(2) 污水的性質(zhì)和曝氣池運(yùn)行工況對(duì) MLSS有巨大影響，如果污水中的成分或曝氣池的 工況有利于污泥膨脹，污泥指數(shù) SV1值居高不下(比如 SV1>180mL/g)，回流污泥濃度就會(huì) 大大降低，MLSS就必須選擇低值。根據(jù)以上分析，在選定 MLSS時(shí)要照顧到各個(gè)方面：(1) 泥齡長(zhǎng)、污泥負(fù)荷低選較高值，泥齡短、污泥負(fù)荷高選較低值，同步污泥好氧穩(wěn) 定時(shí)選高值。(2)(3)(4)

20、(5)(6)德國(guó)有初沉池選較低值，無(wú)初沉池選較高值。SV1低時(shí)選較高值，高時(shí)選較低值。污水濃度高時(shí)選較高值，低時(shí)選較低值。合建反應(yīng)池(如 SBR不存在污泥回流問(wèn)題，選較高值或高值。核算攪拌功率是否滿足要求，如不滿足要進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。ATV標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MLSS規(guī)定了選用范圍，有硝化和無(wú)硝化時(shí)其 MLSS直是一樣的，這不完 在無(wú)硝化(泥齡短)時(shí)如果MLSS3MLSS直降低0.5 kg/m，推全符合我國(guó)具體情況。我國(guó)城市污水污染物濃度通常較低， 過(guò)高，有可能停留時(shí)間過(guò)短，不利于生化處理，故將無(wú)硝化時(shí)的 薦的MLSS直列于表2。表2曝氣池MLSS取值范圍處理目標(biāo)MLSS( kg/m3)有初沉池?zé)o初沉池?zé)o硝化2.0-3.03.0-4.0有硝化(和反硝化)2.5-3.53.5-4.5污泥穩(wěn)定4.53.5 泥齡法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1) 泥齡法是經(jīng)驗(yàn)和理論相結(jié)合的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，泥齡0 c和污泥產(chǎn)率系數(shù) Y值的確 定都有充分的理論依據(jù)，又有經(jīng)驗(yàn)的積