污泥負(fù)荷法計算污泥量

污泥負(fù)荷法計算污泥量用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量1污泥負(fù)荷法這是目前國內(nèi)外最流行的設(shè)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(yùn)用污泥負(fù)荷法設(shè)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(yán)重的缺陷，影響了設(shè)計的精確性和可操作性。污泥負(fù)荷法的計算式為：（1）3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)計流量（m/h）Fw—曝氣池污泥負(fù)荷（kgBOD/kgMLSSd）Nw（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/m池容d）污泥負(fù)荷法是一種經(jīng)驗(yàn)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(yàn)設(shè)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(shè)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=0.2-0.4kgBOD/kgMLSSdFr=0.4-0.9kgBOD/m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(yàn)，對于經(jīng)驗(yàn)較少的設(shè)計人來說很難操作，這是污泥負(fù)荷法的一個主要缺陷。污泥負(fù)荷法的另一個問題是容易混淆。我國規(guī)范中污泥負(fù)荷Fw的單位是kgBOD/kgMLSSd，但有的地方則是kgBOD/kgMLVSSd，我國設(shè)計手冊中就是這樣，美國的標(biāo)準(zhǔn)也是用這個單位。這兩種單位相差很大，MLSS是包括無機(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(shè)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(shè)計經(jīng)驗(yàn)不足時更是無所適從。污泥負(fù)荷法還有一個問題是針對性不強(qiáng)。近年來污水脫氮提上日程，當(dāng)污水要求硝化、反硝化時，F(xiàn)w、Fr取多少合適？這給設(shè)計人增加了難度，也影響了設(shè)計的精確性和可靠性。污泥負(fù)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與MLVSS的比值也大致差不多，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，對于相同規(guī)模相同工藝相同進(jìn)水BOD濃度的兩個廠，按污泥負(fù)荷法計算曝氣池容3333用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量積是相同的，但當(dāng)SS/BOD差異很大時，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(xué)模型設(shè)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：（2）式中：Y—揮發(fā)性污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgVSS/kgBOD）Lch—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（gVSS/L）Kd—衰減系數(shù)（d）ec—污泥泥齡（d）其余同前規(guī)范對式中幾個關(guān)鍵參數(shù)提出了推薦值：丫=0.4-0.8（20C。，有初沉池）Kd=0.04-0.075（20C）當(dāng)水溫變化時，按下式修正：Kdt=Kd20x（6t）t-20-1（3）式中：et—溫度系數(shù)，et=i.02?1.060c值為：高負(fù)荷0.2?2.5，中負(fù)荷5?15，低負(fù)荷20?30可以看出，它們的取值范圍都很寬，丫值的變化幅度達(dá)100%，Kd值的變化幅度達(dá)87.5%，0c值的變化幅度從50%到幾倍，實(shí)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(shí)用化，筆者根據(jù)自己的設(shè)計體會，建議采用德國目前使用的ATV標(biāo)準(zhǔn)中的計算公式，并對式中的關(guān)鍵參數(shù)取值結(jié)合我國具體情況適當(dāng)修改。實(shí)踐證明，按該公式計算概念清晰，特別便于操作，計算結(jié)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(shè)計計算方法。其基本計算公式為：V=24Q9cY(Lj-Lch)/1000Nw(4)式中：丫一污泥產(chǎn)率系數(shù)(kgSS/kgBOD)其余同前Q、Lj、Lch是設(shè)計初始條件，反映原水水量，水質(zhì)和處理要求，在設(shè)計計算前已經(jīng)確定。泥齡ec是指污泥在曝氣池中的平均停留時間，其數(shù)值為：用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量ec=VNw/W(5)式中：w—剩余污泥量(kgSS/d)W=24QY(Lj-Lch)/1000(6)根據(jù)以上計算式，采用泥齡法設(shè)計計算活性污泥工藝時，只需確定泥齡ec,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Nw(MLSS)即可求出曝氣池容積V。與污泥負(fù)荷法相比，它用泥齡ec取代污泥負(fù)荷Fw或Fr作為設(shè)計計算的最基本參數(shù)，與數(shù)學(xué)模型法相比，它只需測定一個污泥產(chǎn)率系數(shù)丫而不需測定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(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ATV標(biāo)準(zhǔn)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(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)。泥齡反映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(guān)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(jī)污染物的時間越長，對有機(jī)污染注：VD/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?yàn)椴煌N群的微生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，用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量它的世代周期較長，并要求好氧環(huán)境，所以在污水進(jìn)行硝化時須有較長的好氧泥齡。當(dāng)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(jìn)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(guān)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(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)計通常采用一個安全系數(shù)，以確保硝化作用的進(jìn)行，其計算式為：ec=F/^0(7)式中：ec——滿足硝化要求的設(shè)計泥齡(d)F－－安全系數(shù)，取值范圍2.0-3.0，通常取2.31小0—硝化菌世代周期(d)⑷一一硝化菌比生長速率(1/d)□0=0.47x1.103(T-15)(8)式中：T—設(shè)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)：□0=0.47x1.103(10-15)=0.288/dec=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)值相符。表1是德國標(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)為可以在我國設(shè)計中應(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：ecFw=Lj/(Y(Lj-Lch))(9)式中污泥產(chǎn)率系數(shù)丫是泥齡ec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)計計算時，準(zhǔn)確確定污泥產(chǎn)率系數(shù)丫是十分重要的，從式（4）中看出，曝氣池容積與丫成正比，丫直接影響曝氣池容積的大小。式（6）給出了丫值和剩余污泥量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)，其計算式為：W=24QNch/1000+QsNs（10）式中：Nch—出水懸浮固體濃度（mg/L）Qs—排至污泥處理系統(tǒng)的剩余污泥量（m/d）3用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量Ns—排至污泥處理系統(tǒng)的剩余污泥濃度（kg/m）其余同前剩余污泥量最好是實(shí)測求得。從式（10）可以看出，對于正常運(yùn)行的污水處理廠，Q、Nch、Qs及Ns都不難測定，這樣就能求出W和Y。問題在于，設(shè)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，各地得出的丫值不可能一樣，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(yùn)行往往不正常，剩余污泥量W的數(shù)值也測不準(zhǔn)確，這勢必影響設(shè)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(guān)。首先，污泥產(chǎn)率系數(shù)本來的含義是每公斤BOD降解后產(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，必須考慮原污水中無機(jī)懸浮固體和難降解有機(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，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(shí)驗(yàn)建立數(shù)學(xué)方程式，按照這個方程計算的結(jié)果如經(jīng)受住實(shí)踐的檢驗(yàn)，就可用于實(shí)際工程，德國已經(jīng)提出了這樣的方程式，按這個方程式計算出的丫值已正式寫進(jìn)ATV標(biāo)準(zhǔn)中。3F=1.072（T-15）（11）（12）式中：Nj—進(jìn)水懸浮固體濃度（mg/L）FT—溫度修正系數(shù)T－設(shè)計水溫，與前面的計算取相同數(shù)值其余同前可以看出，丫值與Nj/Lj、Ge、FT有關(guān)。Nj/Lj反映污水中無機(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。G影響污泥的衰減，ec增長，污泥衰減的多，丫值相應(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)系是顯而易見的。這個方程式對我國有參考價值。但由于我國的生活習(xí)慣與西方國家差異很大，我國污水中有機(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(yàn)，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：c用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量式中：K=0.8-0.9（13）在目前缺乏我國自己的丫值計算式的情況下，筆者認(rèn)為采用式（13）計算丫值是可行的。3.4MLSS的確定不管采用哪種設(shè)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，MLSS減小一倍，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值推薦了一個選用范圍，如普通曝氣是1.5-2.5kg/m,延時曝氣是2.5-5.0kg/m,變化幅度都比較大，設(shè)計時不好操作。為了選定合適的MLSS值，有必要弄清影響它的因素。MLSS不能選得過低，主要有三個原因：（1）MLSS過低，曝氣池容積V就要相應(yīng)增大，在經(jīng)濟(jì)上不利。（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/m以上的污泥濃度。（3）當(dāng)污泥濃度很低時，所需氧量較少，如MLSS過低，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。MLSS也不能選得過高，主要是因?yàn)椋海?）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(yùn)行費(fèi)用總價最低，污泥回流比通常限制在150%以內(nèi)。對于一般城市污水，二沉池的回流污泥濃度通常為4-8kg/m,若按最高值8kg/m計，回流比150%時曝氣池內(nèi)MLSS為4.8kg/m，實(shí)際設(shè)計中MLSS最高一般不超過4.5kg/m。（2）污水的性質(zhì)和曝氣池運(yùn)行工況對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時要照顧到各個方面：（1）泥齡長、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）合建反應(yīng)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(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。德國ATV標(biāo)準(zhǔn)對MLSS規(guī)定了選用范圍，有硝化和無硝化時其MLSS值是一樣的，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值降低0.5kg/m，推薦的MLSS值列于表2。__-__用污泥負(fù)荷,污泥泥齡計算污泥量3.5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)計計算方法，泥齡9c和污泥產(chǎn)率系數(shù)丫值的確定都有充分的理論依據(jù)，又有經(jīng)驗(yàn)的積