污泥負荷法計算污泥量

1、1污泥負荷法這是目前國內(nèi)外最流行的設計方法，我國的規(guī)范、手冊，美國、英國、法國及日本等國 目前也多采用這種方法。幾十年來，運用污泥負荷法設計了成千上萬座污水處理廠，充分說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題，甚至是比較嚴重的缺陷， 影響了設計的精確性和可操作性。污泥負荷法的計算式為：叫Q 叫Q=15甌（1）式中：V曝氣池容積（m3）Lj曝氣池進水 BODM度（mg/L） Q曝氣池設計流量（m3/h ） Fw曝氣池污泥負荷（kgBOD/kgMLSSd） 3 NW （即MLSS 曝氣池混合放懸浮固體平均濃度（ kg/ m ） Fr 曝氣池容積負荷（kgBOD/ m3池容 d）污

2、泥負荷法是一種經(jīng)驗計算法，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)驗設定，由于水質(zhì)千差萬別和處理要求不同，這兩個基本參數(shù)的設定只能給出一個較大的范圍，我國規(guī)范對普通曝氣推薦的數(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的容積大一倍或一倍以上，基建投資也就相差很多，在這個范圍內(nèi)取值完全憑經(jīng)驗，對于經(jīng)驗較少的設計人來說很難操作，這是污泥負荷法的一個主要缺陷。污泥負荷法的另一個問題是容易混淆。我國規(guī)范中污泥負荷Fw的

3、單位是kgBOD/kgMLSSd,但有的地方則是kgBOD/kgMLVSSd,我國設計手冊中就是這樣，美國的標準也是用這個單位。這兩種單位相差很大，MLSS是包括無機懸浮物在內(nèi)的污泥濃度，MLVSS則只是有機懸浮固體濃度，對于生活污水，一般MLVSS=0.7MLSS如果單位用錯，算出的曝氣池容積將差30%。這種混淆并非不可能， 我國手冊中推薦的普通曝氣Fw為0.2-0.4kgBOD/kgMLVSSd,其數(shù)值和規(guī)范完全一樣，但單位確不同了。設計中也經(jīng)常遇到這樣的問題，不知究竟用哪個單位好，特別是設計經(jīng)驗不足時更是無所適從。污泥負荷法還有一個問題是針對性不強。近年來污水脫氮提上日程，當污水要求硝化

4、、 反硝化時，F(xiàn)w、Fr取多少合適？這給設計人增加了難度，也影響了設計的精確性和可靠性。污泥負荷法最根本的問題是沒有考慮到污水水質(zhì)的差異。對于生活污水來說，SS和BOD濃度大致有數(shù)，MLSS MLVSS勺比值也大致差不多，但結合各地的實際情況就大不相同。我國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)100mg/L,有的污水 SS/BOD其中有多大比例的有機物反 按污泥負荷法計算曝氣池容差別很大，有的 SS BO*達300-400mg/L,有的則低到不足 高達2以上，有白SS比BOD氐。污泥負荷是以 MLSS基礎, 映不出來，對于相同規(guī)模相同工藝相同進水 BOD

5、度的兩個廠， 積是相同的，但當 SS/BO喊異很大時，MLVSSfe相差很大，實際的生物環(huán)境就大不相同， 處理效果也就明顯不同了。綜上所述，污泥負荷法有待改進。因此，國際水質(zhì)污染與控制協(xié)會（ IAWQ組織各國專 家，于1986年首次推出活性污泥一號模型（簡稱ASM1 , 1995年又推出活性污泥二號模型（簡稱ASM2 ,數(shù)學模型設計法正式面世。3泥齡法3.1泥齡法的計算式我國規(guī)范中提出了按泥齡計算曝氣池容積的計算公式：/_24。篁廠“）一 1000必L式中：Y揮發(fā)性污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBODL ch 曝氣池出水 BODB度（mg/L）Nwv曝氣池混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度（gVSS

6、/L）K d最減系數(shù)（d ）0 c污泥泥齡（d）其余同前規(guī)范對式中幾個關鍵參數(shù)提出了推薦值：Y=0.4-0.8 （20C,有初沉池）（=0.04- 0.075（20 C）當水溫變化時，按下式修正：,t-20, _、Kdt=Kd20X（ 0 t）（3）式中：9t溫度系數(shù)，9t=1.021.060 c值為：高負荷 0.22.5,中負荷515,低負荷2030可以看出，它們的取值范圍都很寬，Y值的變化幅度達100% K值的變化幅度達87.5%, 0c值的變化幅度從50哪1幾倍，實際計算時很難取值，很難操作，這也是泥齡法在我國難 以推廣的原因之一。為了使泥齡計算法實用化，筆者根據(jù)自己的設計體會，建議采用

7、德國目前使用的ATV標準中的計算公式，并對式中的關鍵參數(shù)取值結合我國具體情況適當修改。實踐證明，按該公式計算概念清晰，特別便于操作，計算結果都能滿足我國規(guī)范的要求，不失為一種簡單、 可信而又十分有效的設計計算方法。其基本計算公式為：V=24Q0 cY（L j -L ch）/1000Nw（4）式中：Y污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgSS/kgBO。其余同前Q Lj、Lch是設計初始條件，反映原水水量，水質(zhì)和處理要求，在設計計算前已經(jīng)確定。泥齡。c是指污泥在曝氣池中的平均停留時間，其數(shù)值為：0 c=VNW/W(5)式中： W剩余污泥量(kgSS/d)W=24QY(bL ch)/1000(6)根據(jù)以上計算式，采用

8、泥齡法設計計算活性污泥工藝時，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7?固體平均濃度N (MLSS即可求出曝氣池容積V。與污泥負荷法相比，它用泥齡9 c取代污泥負荷Fw或Fr作為設計計算的最基本參數(shù)，與數(shù)學模型法相比，它只需測定一個污泥產(chǎn)率系數(shù)Y而不需測定13個或19個參數(shù)數(shù)據(jù)。3.2 泥齡的確定泥齡是根據(jù)理論同時又參照經(jīng)驗的累積確定的，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 ATV標準中單級活性污泥工藝污水處理廠的最小泥齡數(shù)值見表1。表中對規(guī)模小的污水廠取大值，是考慮到小廠的進水水質(zhì)變化幅度大，運行工況變化幅度大，因而選用較大的安全系數(shù)。泥齡反映

9、了微生物在曝氣池中的平均停留時間， 泥齡的長短與污水處理效果有兩方面的 關系：一方面是泥齡越長， 微生物在曝氣池中停留時間越長， 微生物降解有機污染物的時間 越長，對有機污染表1德國標準中活性污泥工藝的最小泥處理目標處理廠規(guī)模 25000m3/d無硝化污水廠54有硝化(設計溫度10C)108有硝化、反硝化 (10)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。另一方面是泥齡長短對微生物種群有選擇性， 因為不 同種群的微生物有不同的世代周期， 如果泥齡小于某

10、種微生物的世代周期， 這種微生物還來 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，并要求好氧環(huán)境，所以在污水進行硝化時須有較長的好氧泥齡。當污水反硝化時，是反硝化菌在工作，反硝化菌需要缺氧環(huán)境，為了進行反硝化，就必須有缺氧段（區(qū)段或時段），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。上述關系的量化已體現(xiàn)在表1 中。無硝化污水處理廠的最小泥齡4 5 天，是針對生活污水的水質(zhì)使處理出水達到BOD30mg/次口 SS30mg/L確定的，

11、這是多年實踐經(jīng)驗的積累，就像污泥負荷一樣。有硝化的污水處理廠，泥齡必須大于硝化菌的世代周期，設計通常采用一個安全系數(shù)，以確保硝化作用的進行，其計算式為：0 c=F/ 科 0（7）式中：0 c滿足硝化要求的設計泥齡（ d）F安全系數(shù)，取值范圍2.0-3.0 ，通常取2.31/科0硝化菌世代周期（d）科0 硝化菌比生長速率（1/d ）科 0=0.47 X 1.103 （8）式中：T設計污水溫度，北方地區(qū)通常取10C,南方地區(qū)可取 11-12C代入式（8）：科 0=0.47 X 1.103 10-15）=0.288/d0 c=2.3/0.288=7.99d再代入式（7）：計算所得數(shù)值與表1 中的數(shù)值

12、相符。表 1 是德國標準，但它的理論依據(jù)和經(jīng)驗積累具有普遍意義，并不隨水質(zhì)變化而改變，因此筆者認為可以在我國設計中應用。在污泥負荷法中，污泥負荷是最基本的設計參數(shù)，泥齡是導出參數(shù)，而在泥齡法中，泥齡是最基本的設計參數(shù)，污泥負荷是導出參數(shù)，兩者呈近似反比關系：0 cF產(chǎn)Lj/（Y（L j -L ch）（9）式中污泥產(chǎn)率系數(shù) Y是泥齡9 c的函數(shù)。3.3 污泥產(chǎn)率系數(shù)的確定采用泥齡法進行活性污泥工藝設計計算時，準確確定污泥產(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勺關系，剩余污泥量是每天從生物處理系統(tǒng)中排出的污

13、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)，其計算式為：W=24QcNh/1000+QsNs（ 10）式中：Nh 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)白剩余污泥濃度(kg/m3)其余同前剩余污泥量最好是實測求得。從式(10)可以看出，對于正常運行的污水處理廠，Q沖、Q及N都不難測定，這樣就能求出 腐口 Y。問題在于，設計時還沒有污水處理廠，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，很多城市污水處理廠由于資金短缺等原因，運行往往不正常，剩余污泥

14、量W的數(shù)值也測不準確，這勢必影響設計的精確性和可靠性。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。首先， 污泥產(chǎn)率系數(shù)本來的含義是每公斤BOD條解后產(chǎn)生的SS公斤數(shù)，由于是有機物降解產(chǎn)物，這里的SS應該是VSS即揮發(fā)性懸浮固體，但污水中還有相當數(shù)量的無機懸浮固體和難降 解有機懸浮固體，它們并未被微生物降解，而是原封不動地沉積到污泥中，結果產(chǎn)生的SS將大于真正由BOD降解產(chǎn)生的污泥 VSG因此在確定污泥產(chǎn)率系數(shù)時，必須考慮原污水中無 機懸浮固體和難降解有機懸浮固體的含量。其次，隨著處理程度的提高，污泥泥齡的增長， 有機物降解越徹底，微生物的衰減也越多，這導致剩余污泥量的

15、減少。至于水溫，是影響生化過程的重要因素，水溫增高，生化過程加快，將使剩余污泥量減少。 對于各種因素的影響， 可根據(jù)理論分析通過實驗建立數(shù)學方程式，按照這個方程計算的結果如經(jīng)受住實踐的檢驗， 就可用于實際工程，德國已經(jīng)提出了這樣的方程式，按這個方程式計算出的 Y值已正式寫進ATV標準中。y = 0,6(+1)-40.072 x 0,6 乂31 + 0.08 x %(11)l1/(T - 15)F=1.072( 12)式中：N進水懸浮固體濃度(mg/L)Ft-溫度修正系數(shù)T -設計水溫，與前面的計算取相同數(shù)值其余同前可以看出，Y值與N/Lj、。八Ft有關。N/Lj反映污水中無機懸浮固體和難降解懸

16、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，9 c增長，污泥衰減的多，Y值相應減少。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。這種關系是顯而易見的。這個方程式對我國有參考價值。但由于我國的生活習慣與西方國家差異很大，我國污水中有機物比重低，有機物中脂肪比例低，碳水化合物比例高，因而產(chǎn)泥量也不會完全相同。根據(jù)國內(nèi)已公布的數(shù)據(jù)和筆者的經(jīng)驗，我國活性污泥工藝污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)量比西方國家要少，因此，式(11)中須乘上一個修正系數(shù) K:y =Kx06(+l)L (13)式中：K= 0.8-0.

17、9在目前缺乏我國自己的 Y值計算式的情況下，筆者認為采用式(13)計算Y值是可行的。3.4 MLSS勺確定不管采用哪種設計計算方法，都需要合理確定MLSS在其他條件不變的情況下，MLSS增大一倍，曝氣池容就減小一倍，MLSSM小一倍，曝氣池容就增大一倍，直接影響基建投資，因此需要慎重確定。在規(guī)范和手冊中，對 MLSS直推薦了一個選用范圍，如普通曝氣是1.5-2.5kg/m 3,延時一.一3曝氣是2.5-5.0kg/m ,變化幅度都比較大，設計時不好操作。為了選定合適的MLSS直，有必要弄清影響它的因素。MLSM能選得過低，主要有三個原因：(1) MLSS低，曝氣池容積 V就要相應增大，在經(jīng)濟上

18、不利。(2) MLSS過低，曝氣池中容易產(chǎn)生泡沫，為了防止泡沫，一般需保持2kg/m3以上的污泥濃度。(3)當污泥濃度很低時，所需氧量較少，如MLSSi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，勢必額外增加攪拌功率。MLS他不能選得過高，主要是因為：(1)要提高MLSS必須相應增加污泥回流比，降低二沉池表面負荷，加長二沉池停留 時間，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整體來考慮，為使造價和運行費用總價最低，污泥回流比通常限制在150蛆內(nèi)。對于一般城市污水，二沉池的回流污泥濃度通常為4-8kg/m3,若按最高值8kg/m3計，回

19、流比150%時曝氣池內(nèi) MLSS為4.8 kg/m 3,實際設計中 MLSSt高一般不超過 4.5kg/m 3。(2)污水的性質(zhì)和曝氣池運行工況對 MLSSW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 SV1180mL/g),回流污泥濃度就會 大大降低，MLSS就必須選擇低值。根據(jù)以上分析，在選定 MLSS寸要照顧到各個方面：(1)泥齡長、污泥負荷低選較高值，泥齡短、污泥負荷高選較低值，同步污泥好氧穩(wěn) 定時選高值。(2)有初沉池選較低值，無初沉池選較高值。(3) SV1低時選較高值，高時選較低值。(4)污水濃度高時選較高值，低時選較低值。(5)合

20、建反應池(如 SBR不存在污泥回流問題，選較高值或高值。(6)核算攪拌功率是否滿足要求，如不滿足要進行適應調(diào)整。德國ATV標準對MLSSS定了選用范圍，有硝化和無硝化時其 MLSS直是一樣的，這不完 全符合我國具體情況。我國城市污水污染物濃度通常較低，在無硝化(泥齡短)時如果MLSS過高，有可能停留時間過短，不利于生化處理，故將無硝化時的MLSS直降低0.5 kg/m3,推薦的MLSS直列于表2。表2曝氣池MLS期值范圍處理目標MLSS (kg/m3)有初沉池無初沉池無硝化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)缺點優(yōu)點：(1)泥齡法是經(jīng)驗和理論相結合的設計計算方法，泥齡9 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)