活性污泥工藝的設計計算方法探討
摘要：對(dui)活性(xing)污(wu)泥(ni)(ni)工藝的三種設計計算(suan)(suan)方法(fa)(fa)：污(wu)泥(ni)(ni)負荷法(fa)(fa)、泥(ni)(ni)齡(ling)法(fa)(fa)、數(shu)學模型法(fa)(fa)的優缺點進行了(le)評述，建議現階段推廣采(cai)用(yong)(yong)泥(ni)(ni)齡(ling)法(fa)(fa)進行設計計算(suan)(suan)，并對(dui)泥(ni)(ni)齡(ling)法(fa)(fa)基本參(can)數(shu)的選用(yong)(yong)提出了(le)意(yi)見(jian)。
關鍵詞：活性污泥工(gong)藝，泥齡法(fa)，污泥負荷法(fa)，數學模型法(fa)，設計計算
活性污泥(ni)工藝(yi)是城市(shi)污水處理的(de)主要工藝(yi)，它的(de)設計(ji)(ji)(ji)計(ji)(ji)(ji)算有(you)三種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)：污泥(ni)負荷(he)法(fa)(fa)、泥(ni)齡法(fa)(fa)和(he)數學模(mo)型法(fa)(fa)。三種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)在操作上(shang)難(nan)易(yi)程度(du)不同，計(ji)(ji)(ji)算結果的(de)精確度(du)不同，直接關系(xi)到(dao)設計(ji)(ji)(ji)水平、基建(jian)投(tou)資和(he)處理可(ke)靠性。正因為如(ru)此(ci)，國內外專家都在進行(xing)大量細(xi)致的(de)研究，力(li)求找出一(yi)種(zhong)精確度(du)更高而(er)又便于(yu)操作的(de)計(ji)(ji)(ji)算方(fang)法(fa)(fa)。
1 污(wu)泥負(fu)荷法
這(zhe)是目(mu)前國(guo)內外最流行的(de)設(she)(she)計方法，幾十年來(lai)，運用(yong)(yong)該法設(she)(she)計了(le)成千上(shang)萬(wan)座污水處理(li)廠(chang)，充分(fen)說明它的(de)正(zheng)確性(xing)和適用(yong)(yong)性(xing)。但另一(yi)方面，這(zhe)種(zhong)方法也存(cun)在一(yi)些問(wen)題，甚至是比較嚴重的(de)缺陷，影響了(le)設(she)(she)計的(de)精(jing)確性(xing)和可(ke)操作性(xing)。
污泥負(fu)荷法的計算式(shi)為［1］：
V=24LjQ／1000FwNw=24LjQ／1000Fr (1)
污(wu)泥負荷法(fa)是一種經驗(yan)計(ji)算法(fa)，它的(de)最(zui)基(ji)(ji)本參數(shu)Fw(曝氣池(chi)污(wu)泥負荷)和Fr(曝氣池(chi)容積負荷)是根據曝氣的(de)類別按照以往的(de)經驗(yan)設(she)定(ding)，由于水質(zhi)千差萬別和處(chu)理要求不同，這兩個基(ji)(ji)本參數(shu)的(de)設(she)定(ding)只能給出一個較(jiao)大的(de)范圍，例(li)如我國的(de)規范對普(pu)通曝氣推薦(jian)的(de)數(shu)值為(wei)：
Fw=0.2～0.4 kgBOD/(kgMLSS·d)
Fr=0.4～0.9 kgBOD/(m3池(chi)容·d)
可以(yi)看出(chu)，最大(da)(da)值(zhi)(zhi)比(bi)最小值(zhi)(zhi)大(da)(da)一(yi)倍(bei)以(yi)上(shang)，幅度很(hen)寬(kuan)，如果(guo)其他條件不變，選(xuan)用最小值(zhi)(zhi)算出(chu)的(de)(de)曝氣池容(rong)積(ji)比(bi)選(xuan)用最大(da)(da)值(zhi)(zhi)時的(de)(de)容(rong)積(ji)大(da)(da)一(yi)倍(bei)或一(yi)倍(bei)以(yi)上(shang)，基建投資也就(jiu)相(xiang)差很(hen)多，在這個范圍內取值(zhi)(zhi)完全憑經驗(yan)，對于經驗(yan)較(jiao)少的(de)(de)設計人來說很(hen)難操(cao)作(zuo)，這是污泥負(fu)荷法的(de)(de)一(yi)個主要(yao)缺陷。
污泥(ni)(ni)負(fu)荷法(fa)的(de)另一個問題(ti)是單(dan)位(wei)容(rong)易混(hun)淆，譬如我國設(she)計規范中Fw的(de)單(dan)位(wei)是kgBOD/(kgMLSS·d)，但(dan)設(she)計手冊中則是kgBOD/(kgMLVSS·d)，這兩種(zhong)單(dan)位(wei)相差很大(da)。MLSS是包括無機懸浮物在內的(de)污泥(ni)(ni)濃(nong)度，MLVSS則只(zhi)是有(you)機懸浮固體的(de)濃(nong)度，對于生活污水，一般(ban)MLVSS=0.7MLSS，如果單(dan)位(wei)用錯，算出的(de)曝(pu)氣池(chi)容(rong)積將差30%。這種(zhong)混(hun)淆并非不可(ke)能(neng)，例(li)如我國設(she)計手冊中推薦的(de)普通(tong)曝(pu)氣的(de)Fw為0.2～0.4kgBOD/(kgMLVSS·d)［2］，其(qi)數值(zhi)和設(she)計規范完全一樣(yang)，但(dan)單(dan)位(wei)卻不同了。設(she)計中經常遇到不知究竟用哪個單(dan)位(wei)好的(de)問題(ti)，特別是設(she)計經驗不足時(shi)更是無所適從(cong)，加上近年來污水脫(tuo)氮提上了日(ri)程，當污水要(yao)求(qiu)硝化、反(fan)硝化時(shi)，Fw、Fr取(qu)多(duo)少合適呢?
污泥負(fu)荷法(fa)最根本的(de)(de)問題是(shi)沒有(you)考慮到(dao)污水(shui)(shui)水(shui)(shui)質的(de)(de)差(cha)(cha)(cha)異。對于(yu)生(sheng)活污水(shui)(shui)來說(shuo)，SS和(he)BOD濃度大(da)致(zhi)有(you)數(shu)，MLSS與MLVSS的(de)(de)比值(zhi)也大(da)致(zhi)差(cha)(cha)(cha)不多，但結合(he)各地的(de)(de)實際情況來看(kan)，城市污水(shui)(shui)一般包含50%甚至更(geng)多的(de)(de)工(gong)業廢水(shui)(shui)，因而污水(shui)(shui)水(shui)(shui)質差(cha)(cha)(cha)別很(hen)大(da)，有(you)的(de)(de)SS、BOD值(zhi)高達300～400 mg/L，有(you)的(de)(de)則低到(dao)不足100 mg/L，有(you)的(de)(de)污水(shui)(shui)SS/BOD值(zhi)高達2以(yi)上，有(you)的(de)(de)SS值(zhi)比BOD值(zhi)還低。污泥負(fu)荷是(shi)以(yi)MLSS為(wei)基礎的(de)(de)，其中(zhong)有(you)多大(da)比例的(de)(de)有(you)機(ji)物反映不出(chu)來，對于(yu)相(xiang)同(tong)規(gui)模、相(xiang)同(tong)工(gong)藝、相(xiang)同(tong)進水(shui)(shui)BOD濃度的(de)(de)兩個(ge)廠，按污泥負(fu)荷法(fa)計算(suan)曝氣池(chi)容積是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)(de)，但當SS/BOD值(zhi)差(cha)(cha)(cha)異很(hen)大(da)時(shi)，MLVSS也相(xiang)差(cha)(cha)(cha)很(hen)大(da)，實際的(de)(de)生(sheng)物環境就大(da)不相(xiang)同(tong)，處理(li)效(xiao)果(guo)也就明顯不同(tong)了。
綜上所述，污泥(ni)負荷(he)法有待改進。因(yin)此，國際水質污染(ran)與控(kong)制協會(IAWQ)組織各國專(zhuan)家，于1986年(nian)首次推(tui)出(chu)活性(xing)污泥(ni)一號(hao)模(mo)型(簡稱(cheng)(cheng)ASM1)［3］，1995年(nian)又推(tui)出(chu)了(le)活性(xing)污泥(ni)二(er)號(hao)模(mo)型(簡稱(cheng)(cheng)ASM2)［4、5］。
2 數學模型法
數學(xue)模(mo)型(xing)法在(zai)理論上是比(bi)較完美的，但在(zai)具體應用(yong)(yong)上則存在(zai)不少問(wen)題，這主要是由于污水和污水處(chu)理的復雜性和多樣性，即使是簡化了的數學(xue)模(mo)式(shi)，應用(yong)(yong)起來(lai)也相當困難，從而(er)阻礙(ai)了它的推廣和應用(yong)(yong)。到目前(qian)為止，數學(xue)模(mo)型(xing)法在(zai)國外尚(shang)未成(cheng)為普遍采用(yong)(yong)的設計方(fang)法，而(er)在(zai)我國還沒有實際應用(yong)(yong)于工程，仍停(ting)留在(zai)研究(jiu)階段(duan)。
數(shu)(shu)學模(mo)(mo)型(xing)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)主要問(wen)題(ti)是模(mo)(mo)型(xing)中(zhong)有(you)(you)(you)(you)很(hen)多(duo)(duo)系數(shu)(shu)和常數(shu)(shu)，ASM1中(zhong)有(you)(you)(you)(you)13個(ge)，ASM2中(zhong)有(you)(you)(you)(you)19個(ge)，它們都(dou)需要設計(ji)(ji)人員根(gen)據實際污水(shui)水(shui)質(zhi)和處(chu)理(li)工藝(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)確定(ding)具體數(shu)(shu)值，其(qi)中(zhong)多(duo)(duo)數(shu)(shu)要經過大(da)量監測分(fen)析后才(cai)能(neng)得出(chu)，而(er)且不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)污水(shui)有(you)(you)(you)(you)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)值。由于(yu)污水(shui)水(shui)質(zhi)多(duo)(duo)變，確定(ding)這些(xie)參(can)(can)數(shu)(shu)很(hen)困難，如(ru)果(guo)這些(xie)參(can)(can)數(shu)(shu)有(you)(you)(you)(you)誤，就直接影(ying)響到(dao)計(ji)(ji)算(suan)結果(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)精確性和可靠性。國(guo)(guo)外(wai)(wai)已經提出(chu)了這些(xie)參(can)(can)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)值，但我(wo)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)污水(shui)成分(fen)與(yu)國(guo)(guo)外(wai)(wai)有(you)(you)(you)(you)很(hen)大(da)差別，特別是污水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)(you)機物成分(fen)差別很(hen)大(da)，盲目(mu)套(tao)用國(guo)(guo)外(wai)(wai)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)值肯定(ding)是不(bu)(bu)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)。因此，要將數(shu)(shu)學模(mo)(mo)型(xing)法(fa)(fa)應(ying)用于(yu)我(wo)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)(de)(de)污水(shui)處(chu)理(li)設計(ji)(ji)，必須組織力量監測分(fen)析各種污水(shui)水(shui)質(zhi)，確定(ding)有(you)(you)(you)(you)關(guan)參(can)(can)數(shu)(shu)，才(cai)有(you)(you)(you)(you)可能(neng)把(ba)數(shu)(shu)學模(mo)(mo)型(xing)實用化。然(ran)(ran)而(er)，從我(wo)國(guo)(guo)目(mu)前情況看，數(shu)(shu)據分(fen)析和積累恰恰是最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)薄弱環節之(zhi)一，我(wo)國(guo)(guo)已運轉的(de)(de)(de)(de)(de)城市污水(shui)處(chu)理(li)廠有(you)(you)(you)(you)上百(bai)座，至今連一些(xie)最基本的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據都(dou)難以確定(ding)，更(geng)不(bu)(bu)用說數(shu)(shu)學模(mo)(mo)型(xing)法(fa)(fa)所需的(de)(de)(de)(de)(de)各種數(shu)(shu)據了，顯(xian)然(ran)(ran)，要在(zai)我(wo)國(guo)(guo)應(ying)用數(shu)(shu)學模(mo)(mo)型(xing)法(fa)(fa)還(huan)(huan)需做大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)工作，還(huan)(huan)需要相(xiang)當(dang)長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)時間(jian)。
3 泥齡法
3.1泥齡法(fa)的計算式
設計規范中提出了按泥齡計算曝氣池容積(ji)的計算公式［1］：
V=［24QθcY(Lj-Lch)／1 000Nwv(1+Kdθc) (2)
設計規(gui)范對式中幾個(ge)關鍵參數(shu)提出(chu)了推薦值：
Y=0.4～0.8(20℃，有初沉池)
Kd=0.04～0.075(20℃)
當水(shui)溫變化時，按(an)下(xia)式(shi)修(xiu)正：
Kdt=Kd20(θt)t-20 (3)
式中(zhong) θt——溫度系數，θt=1.02～1.06
θc——高(gao)負荷取(qu)0.2～2.5，中負荷取(qu)5～15，低負荷取(qu)20～30
可以看出，它(ta)們的(de)(de)取值范(fan)圍都很寬，Y值的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)幅度(du)達100%，Kd值的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)幅度(du)達87.5%，θc值的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)幅度(du)從50%到(dao)幾倍，實(shi)際計算時很難取值，這也是泥(ni)齡法在(zai)我(wo)國難以推廣的(de)(de)原因之(zhi)一。
為了使泥齡(ling)計算(suan)(suan)(suan)法(fa)實(shi)(shi)用化(hua)，筆者根(gen)據自己的設(she)(she)計體會(hui)，建議采用德國目前使用的ATV標準中(zhong)的計算(suan)(suan)(suan)公(gong)式(shi)(shi)，并對式(shi)(shi)中(zhong)的關鍵(jian)參數取值結合我國具體情況適當修(xiu)改(gai)。實(shi)(shi)踐證明(ming)，按該公(gong)式(shi)(shi)計算(suan)(suan)(suan)概(gai)念清(qing)晰，特(te)別便于操(cao)作，計算(suan)(suan)(suan)結果(guo)都能(neng)滿足我國規范的要求(qiu)，不(bu)失為一種簡單、可信而(er)又十分(fen)有效的設(she)(she)計計算(suan)(suan)(suan)方法(fa)。其基本計算(suan)(suan)(suan)公(gong)式(shi)(shi)為：
V=24QθcY(Lj-Lch)／1000Nw (4)
式中 Y——污泥(ni)產率系數(kgSS/kgBOD)
Q、Lj、Lch值(zhi)是設(she)計(ji)初始(shi)條件(jian)，是反(fan)映(ying)原水水量、水質和處理要(yao)求(qiu)的，在設(she)計(ji)計(ji)算前已經確定。
泥(ni)齡θc是(shi)指污泥(ni)在曝氣池中(zhong)的平均(jun)停(ting)留(liu)時間，其數值為：
θc=VNw／W (5)
式中 W——剩(sheng)余污泥量，kgSS/d
W=24QY(Lj-Lch)／1000 (6)
根據(ju)以上計算(suan)(suan)式(shi)，采用泥(ni)齡法(fa)(fa)設計計算(suan)(suan)活性污泥(ni)工藝(yi)時，只需(xu)確(que)定(ding)泥(ni)齡θc、剩余污泥(ni)量W(或污泥(ni)產率(lv)系數(shu)Y)和曝(pu)氣(qi)(qi)池混(hun)合液懸浮固體平均濃度Nw(MLSS)即可求出曝(pu)氣(qi)(qi)池容積V。與(yu)污泥(ni)負荷法(fa)(fa)相比(bi)，它(ta)用泥(ni)齡θc取代Fw或Fr作為(wei)設計計算(suan)(suan)的最基本參數(shu)，與(yu)數(shu)學模型法(fa)(fa)相比(bi)，它(ta)只需(xu)測(ce)定(ding)一(yi)個污泥(ni)產率(lv)系數(shu)Y，而不需(xu)測(ce)定(ding)13或19個參數(shu)數(shu)據(ju)。
3.2泥(ni)齡的確定
泥齡是根據理(li)(li)論同(tong)時又參照經(jing)驗的累積確(que)定的，按照處(chu)理(li)(li)要求(qiu)和處(chu)理(li)(li)廠規模(mo)的不同(tong)而采用(yong)不同(tong)的泥齡。
泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)反(fan)(fan)映(ying)了(le)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)在(zai)曝(pu)氣池(chi)中的(de)平均停留時(shi)(shi)間，泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)的(de)長短與污水(shui)(shui)處理效果有(you)(you)兩(liang)方面(mian)的(de)關系(xi)：一(yi)方面(mian)是(shi)(shi)泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)越長，微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)在(zai)曝(pu)氣池(chi)中停留時(shi)(shi)間越長，微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)降解有(you)(you)機污染(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)時(shi)(shi)間越長，對有(you)(you)機污染(ran)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)降解越徹底，處理效果越好；另一(yi)方面(mian)是(shi)(shi)泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)長短對微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)群有(you)(you)選擇(ze)性，因為不(bu)同種(zhong)群的(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)有(you)(you)不(bu)同的(de)世代周(zhou)期(qi)，如果泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)小(xiao)于某種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)世代周(zhou)期(qi)，這種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)還(huan)來(lai)不(bu)及繁殖(zhi)就排出池(chi)外，不(bu)可能(neng)在(zai)池(chi)中生(sheng)存，為了(le)培養繁殖(zhi)所(suo)需(xu)要的(de)某種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，選定的(de)泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)必須(xu)大于該種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)世代周(zhou)期(qi)。最明顯的(de)例子是(shi)(shi)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)菌(jun)，它(ta)是(shi)(shi)產生(sheng)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)作(zuo)用的(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，它(ta)的(de)世代周(zhou)期(qi)較(jiao)長，并(bing)要求好氧環(huan)(huan)境，所(suo)以在(zai)污水(shui)(shui)進(jin)行硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)時(shi)(shi)須(xu)有(you)(you)較(jiao)長的(de)好氧泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)。當污水(shui)(shui)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)時(shi)(shi)，是(shi)(shi)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)菌(jun)在(zai)工作(zuo)，反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)菌(jun)需(xu)要缺氧環(huan)(huan)境，為了(le)進(jin)行反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)，就必須(xu)有(you)(you)缺氧段(區段或時(shi)(shi)段)，隨著反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)氮(dan)量(liang)的(de)增大，需(xu)要的(de)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)菌(jun)越多，也就是(shi)(shi)缺氧段和缺氧泥(ni)齡(ling)(ling)(ling)要加(jia)長。
無硝化污水處理廠(chang)的(de)最小泥齡選(xuan)擇(ze)4～5 d，是(shi)針對生活污水的(de)水質并使(shi)處理出水達到BOD=30 mg/L和SS=30 mg/L確定(ding)的(de)，這是(shi)多年實踐經(jing)驗的(de)積(ji)累，就像(xiang)污泥負荷的(de)取值一(yi)樣。
有(you)硝(xiao)化(hua)的(de)污水處理(li)廠，泥(ni)齡必須大于(yu)硝(xiao)化(hua)菌的(de)世代周期，設計通常采用一個安全系(xi)數，以確保硝(xiao)化(hua)作用的(de)進行(xing)，其(qi)計算式(shi)為：
θc=F（1／μo） (7)
式(shi)中θ c——滿足硝化要求的設計泥齡，d
F——安全系數，取值范(fan)圍2.0～3.0，通常取2.3
1/μo——硝化菌世代周(zhou)期，d
μo——硝化菌比生長速率，d-1
μo=0.47×1.103(T-15) (8)
式(shi)中 T——設(she)計污水溫度(du)，北方(fang)(fang)地區(qu)通常取10 ℃，南方(fang)(fang)地區(qu)可取11～12 ℃
代(dai)入(ru)式(shi)(8)得(de)：
μo=0.47×1.103(10-15)=0.288/d
再代入式(7)得：
θc=2.3×1／0.288=7.99 d
計(ji)算所(suo)得數(shu)(shu)值與表1中的數(shu)(shu)值相符。
表1是德(de)國標準，但它(ta)的理論依據和經驗積累具有普遍意(yi)義，并不隨水質變化(hua)而改(gai)變，因此筆者認為可以在我(wo)國設計中應用。
在污泥(ni)負(fu)(fu)荷(he)(he)法(fa)中，污泥(ni)負(fu)(fu)荷(he)(he)是(shi)最基(ji)本的設(she)計(ji)參數(shu)(shu)，泥(ni)齡(ling)是(shi)導出參數(shu)(shu)。而在泥(ni)齡(ling)法(fa)中，泥(ni)齡(ling)是(shi)最基(ji)本的設(she)計(ji)參數(shu)(shu)，污泥(ni)負(fu)(fu)荷(he)(he)是(shi)導出參數(shu)(shu)，兩者(zhe)呈近似反比關系(xi)：
θcFw=Lj／Y(Lj-Lch) (9)
式中污泥(ni)(ni)產率系數(shu)(shu)Y是泥(ni)(ni)齡(ling)θc的函數(shu)(shu)。
3.3污泥產率系(xi)數的確(que)定(ding)
采(cai)用泥齡法進(jin)行活性污(wu)泥工藝設計計算時(shi)，準確確定污(wu)泥產率系(xi)數(shu)Y是十分重(zhong)要的，從式(4)中看出，曝氣池容積與Y值成正比，Y值直接(jie)影響(xiang)曝氣池容積的大小(xiao)。
式(6)給出了Y值(zhi)和剩(sheng)(sheng)余污(wu)泥量(liang)(liang)W的(de)關系，剩(sheng)(sheng)余污(wu)泥量(liang)(liang)是每天從生物處理(li)(li)系統(tong)中排(pai)(pai)出的(de)污(wu)泥量(liang)(liang)，它(ta)包括兩部分(fen)(fen)：一部分(fen)(fen)隨出水(shui)排(pai)(pai)除，一部分(fen)(fen)排(pai)(pai)至污(wu)泥處理(li)(li)系統(tong)，其計算(suan)式為：
W=24QNch／1000+QsNs (10)
式中 Nch——出水懸浮固體(ti)濃度，mg/L
Qs——排至污泥處理系統(tong)的剩余(yu)污泥量(liang)，m3/d
Ns——排至污(wu)(wu)泥(ni)處理系統(tong)的剩(sheng)余(yu)污(wu)(wu)泥(ni)濃度，kg/m3
剩(sheng)余污泥量最好是實測求得(de)。從式(10)可以看出(chu)，對于(yu)正(zheng)常(chang)運行的污水(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)，Q、Nch、Qs及Ns值(zhi)(zhi)都不(bu)(bu)難測定，這樣就能求出(chu)W和Y值(zhi)(zhi)。問題在(zai)于(yu)設計時還沒有污水(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)，只有參照(zhao)其他類似(si)污水(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)的數(shu)值(zhi)(zhi)。由于(yu)污水(shui)(shui)水(shui)(shui)質不(bu)(bu)同，處(chu)理程度及環境條(tiao)件(jian)不(bu)(bu)同，各地(di)得(de)出(chu)的Y值(zhi)(zhi)不(bu)(bu)可能一樣，特(te)別(bie)是很多城市污水(shui)(shui)處(chu)理廠(chang)由于(yu)資(zi)金短缺等原因，運行往往不(bu)(bu)正(zheng)常(chang)，剩(sheng)余污泥量W的數(shu)值(zhi)(zhi)也測不(bu)(bu)準確，這勢必影響設計的精(jing)確性(xing)和可靠性(xing)。
從理(li)論(lun)上分析(xi)，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)產(chan)率(lv)系(xi)數與原(yuan)(yuan)水(shui)水(shui)質、處(chu)理(li)程(cheng)(cheng)度(du)(du)和(he)(he)污(wu)(wu)水(shui)溫(wen)度(du)(du)等因(yin)(yin)素(su)有(you)(you)(you)關。首先，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)產(chan)率(lv)系(xi)數本來的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)義(yi)是(shi)(shi)一定(ding)量BOD降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)后產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)SS。由(you)(you)于(yu)是(shi)(shi)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)產(chan)物(wu)(wu)，這里的(de)(de)(de)(de)(de)SS應(ying)該是(shi)(shi)VSS，即(ji)揮發性懸(xuan)浮固(gu)體，但污(wu)(wu)水(shui)中還有(you)(you)(you)相當(dang)數量的(de)(de)(de)(de)(de)無機(ji)(ji)(ji)懸(xuan)浮固(gu)體和(he)(he)難降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)懸(xuan)浮固(gu)體，它(ta)們(men)并未被微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)，而是(shi)(shi)原(yuan)(yuan)封不動(dong)地沉積(ji)到(dao)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中，結(jie)果產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)SS將大(da)于(yu)真正由(you)(you)BOD降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)VSS，因(yin)(yin)此在確定(ding)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)產(chan)率(lv)系(xi)數時，必須考(kao)慮原(yuan)(yuan)水(shui)中無機(ji)(ji)(ji)懸(xuan)浮固(gu)體和(he)(he)難降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)懸(xuan)浮固(gu)體的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量。其(qi)次，隨著處(chu)理(li)程(cheng)(cheng)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)泥(ni)(ni)齡的(de)(de)(de)(de)(de)增長，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)(ji)物(wu)(wu)降(jiang)(jiang)解(jie)(jie)(jie)越徹(che)底，微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)衰減也越多，這導致(zhi)剩(sheng)(sheng)余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)量的(de)(de)(de)(de)(de)減少。至于(yu)水(shui)溫(wen)，是(shi)(shi)影響生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)過程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)重要因(yin)(yin)素(su)，水(shui)溫(wen)增高，生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)過程(cheng)(cheng)加(jia)快，將使剩(sheng)(sheng)余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)量減少。對(dui)于(yu)各種因(yin)(yin)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)影響，可根據理(li)論(lun)分析(xi)通過實(shi)(shi)驗建(jian)立(li)數學方程(cheng)(cheng)式，其(qi)計算結(jie)果如經受住(zhu)實(shi)(shi)踐的(de)(de)(de)(de)(de)檢驗，就可用于(yu)實(shi)(shi)際工程(cheng)(cheng)。德國已經提(ti)出了這樣的(de)(de)(de)(de)(de)方程(cheng)(cheng)式，按這個(ge)方程(cheng)(cheng)式計算出的(de)(de)(de)(de)(de)Y值已正式寫進ATV標準中。
Y=0.6(Nj／Lj+1)-0.072×0.6θc×FT／1+0.08θc×FT (11)
F=1.072(T-15) (12)
式中(zhong) Nj ——進水懸浮固體濃度，mg/L
FT——溫度修正系數(shu)
T——設計水溫，與前面的(de)計算取(qu)相同數(shu)值
可以看出(chu)，Nj/Lj值(zhi)(zhi)反(fan)映了污(wu)(wu)水(shui)中(zhong)無機懸浮固體和難降(jiang)解懸浮固體所占比重(zhong)的(de)大小，如果它們占的(de)比重(zhong)增大，剩余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)量自然要增加(jia)，Y值(zhi)(zhi)也(ye)就增大了。θc值(zhi)(zhi)影(ying)響(xiang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)衰減，θc值(zhi)(zhi)增長，污(wu)(wu)泥(ni)(ni)衰減得多，Y值(zhi)(zhi)相應減少。溫度的(de)影(ying)響(xiang)體現(xian)在FT值(zhi)(zhi)上，水(shui)溫增高，FT值(zhi)(zhi)增大，Y值(zhi)(zhi)減小，也(ye)就是剩余污(wu)(wu)泥(ni)(ni)量減少。
這(zhe)個方程式對我國(guo)(guo)具(ju)有參考價值(zhi)。由于我國(guo)(guo)的生活習慣與西方國(guo)(guo)家(jia)差異很大(da)，污(wu)水(shui)中有機物比(bi)(bi)重(zhong)低，有機物中脂肪比(bi)(bi)例低，碳水(shui)化合物比(bi)(bi)例高，因而(er)產泥量也(ye)不會完(wan)全相同。根據(ju)國(guo)(guo)內已(yi)公布的數據(ju)和筆者的經驗，我國(guo)(guo)活性污(wu)泥工藝污(wu)水(shui)處理廠的剩余(yu)污(wu)泥產量比(bi)(bi)西方國(guo)(guo)家(jia)要少(shao)，因此，式(11)中須乘上一個修正系數K：
Y=K×0.6(NjLj+1)-［（0.072×0.6θc×FT）／（1+0.08θc×FT） (13)
一(yi)般取K＝0.8～0.9。
在目前缺乏我國自己的Y值(zhi)計(ji)算(suan)式的情況(kuang)下，筆者認為采用(yong)式(13)計(ji)算(suan)Y值(zhi)是可行(xing)的。
3.4 MLSS的確定(ding)
不管(guan)采用哪種設(she)計計算(suan)方(fang)法，都需(xu)要合理確定MLSS。在(zai)其他條件(jian)不變的(de)情況下，MLSS增大(da)一(yi)(yi)倍(bei)，曝氣池容就(jiu)減小一(yi)(yi)倍(bei)；MLSS減小一(yi)(yi)倍(bei)，曝氣池容就(jiu)增大(da)一(yi)(yi)倍(bei)。它直接影響基建投資，因此需(xu)要慎重(zhong)確定。
在設(she)計(ji)規范和手冊(ce)中，對MLSS值(zhi)推薦了一(yi)個選(xuan)用范圍，如普通曝(pu)氣是1.5～2.5 kg/m3，延時曝(pu)氣是2.5～5.0 kg/m3，變(bian)化幅度都比較大(da)，設(she)計(ji)時不好操作。為(wei)了選(xuan)定合適(shi)的(de)(de)MLSS值(zhi)，有必要(yao)弄(nong)清影響(xiang)它(ta)的(de)(de)因素。
MLSS不能選得過低，主要有三個原因：
①MLSS過(guo)低，曝氣(qi)池容積V就要相應增大，在經濟(ji)上(shang)不利。
②MLSS過低(di)，曝(pu)氣池中(zhong)容易產生泡沫，為(wei)了(le)防止泡沫，一般需(xu)保持2 kg/m3以上的污泥濃度(du)。
③當污泥濃度(du)很低時，所需氧量(liang)(liang)較少(shao)，如(ru)MLSS過(guo)低，池容增(zeng)大(da)，單位池容的(de)供(gong)氣(qi)量(liang)(liang)就很小(xiao)，有(you)可能滿足不了池內混合的(de)要求，勢(shi)必(bi)額(e)外增(zeng)加攪拌設備(bei)。MLSS也不能選(xuan)得過(guo)高，主要是(shi)因為：
①要(yao)提高(gao)MLSS，必須(xu)相應增加(jia)污泥回(hui)流(liu)(liu)比(bi)，降低二(er)(er)(er)(er)沉池(chi)(chi)(chi)表面負荷，加(jia)長二(er)(er)(er)(er)沉池(chi)(chi)(chi)停(ting)留時間，這就要(yao)求增大(da)二(er)(er)(er)(er)沉池(chi)(chi)(chi)體積和(he)(he)回(hui)流(liu)(liu)污泥能耗。把曝氣(qi)池(chi)(chi)(chi)、二(er)(er)(er)(er)沉池(chi)(chi)(chi)和(he)(he)回(hui)流(liu)(liu)污泥泵房(fang)作為一(yi)個(ge)整(zheng)體來考慮(lv)，為使造價和(he)(he)運行費用總價最(zui)低，污泥回(hui)流(liu)(liu)比(bi)通常限制(zhi)在150%以內。對(dui)于一(yi)般城市污水，二(er)(er)(er)(er)沉池(chi)(chi)(chi)的回(hui)流(liu)(liu)污泥濃度通常為4～8 kg/m3，若按(an)最(zui)高(gao)值(zhi)約8 kg/m3計(ji)，回(hui)流(liu)(liu)比(bi)為150%時的曝氣(qi)池(chi)(chi)(chi)內MLSS為4.8kg/m3，實際設計(ji)中MLSS最(zui)高(gao)一(yi)般不超過4.5kg/m3。
②污水的(de)性質和曝(pu)氣池運行(xing)工(gong)況對MLSS有巨大(da)影響，如果污水中(zhong)的(de)成(cheng)分或曝(pu)氣池的(de)工(gong)況有利于污泥膨脹，污泥指(zhi)數SVI值居高不下(如SVI＞180 mL/g)，回流污泥濃(nong)度就(jiu)會大(da)大(da)降低(di)，MLSS就(jiu)必須選擇(ze)低(di)值。
根據以(yi)上分(fen)析(xi)，在(zai)選定MLSS時要照顧到各個(ge)方面(mian)：
①泥(ni)齡(ling)長、污泥(ni)負(fu)荷(he)低，選(xuan)較高值(zhi)；泥(ni)齡(ling)短(duan)、污泥(ni)負(fu)荷(he)高，選(xuan)較低值(zhi)；同步污泥(ni)好氧穩(wen)定時，選(xuan)高值(zhi)。
②有初(chu)沉池時(shi)選(xuan)較(jiao)低值，無初(chu)沉池時(shi)選(xuan)較(jiao)高值。
③SVI值低時選較高(gao)值，高(gao)時選較低值。
④污水濃度高時(shi)選較(jiao)高值(zhi)，低(di)時(shi)選較(jiao)低(di)值(zhi)。
⑤合建反應池(如SBR)不存在污泥回流(liu)問(wen)題，選較高值或高值。
⑥核算攪拌功率是否(fou)滿足要求，如不(bu)滿足時要進(jin)行適當(dang)調整(zheng)。
德國(guo)(guo)ATV標準對MLSS值(zhi)規定了選用(yong)范圍(wei)，有硝(xiao)化(hua)和無硝(xiao)化(hua)時(shi)其MLSS值(zhi)是一樣(yang)的，這不完全符合(he)我國(guo)(guo)具體情況。我國(guo)(guo)城市污(wu)(wu)水污(wu)(wu)染物濃度通常(chang)較低，在無硝(xiao)化(hua)(泥(ni)齡短)時(shi)如果(guo)MLSS值(zhi)過(guo)高，有可能停留(liu)時(shi)間過(guo)短，不利(li)于(yu)生化(hua)處理，故將(jiang)無硝(xiao)化(hua)時(shi)的MLSS值(zhi)降低0.5kg/m3，推薦的MLSS值(zhi)列(lie)于(yu)表2。
表2 推薦曝氣池(chi)MLSS取(qu)值(zhi)范圍
 |
3.5泥齡法的(de)優缺點
①泥(ni)齡法是經驗(yan)和理論(lun)相結合的(de)設計(ji)計(ji)算方(fang)法，泥(ni)齡θc和污泥(ni)產率系數Y值的(de)確(que)定(ding)都有充分的(de)理論(lun)依據(ju)，又(you)有經驗(yan)的(de)積累(lei)，因而更加準確(que)可靠。
②泥齡(ling)法(fa)很直觀，根據泥齡(ling)大(da)小對(dui)所(suo)選工藝能(neng)否實(shi)現硝化、反硝化和污泥穩定(ding)一目了然。
③泥齡(ling)法(fa)的計算中只使用(yong)(yong)MLSS值，不(bu)(bu)使用(yong)(yong)MLVSS值，污泥中無(wu)機物所占(zhan)比重的不(bu)(bu)同(tong)在參數Y值中體現，因而不(bu)(bu)會引起兩者的混淆。
④泥(ni)齡法中最基(ji)本的(de)(de)參數——泥(ni)齡θc和污(wu)泥(ni)產(chan)率系數Y都有變化幅度很小的(de)(de)推薦(jian)值和計(ji)算值，操作(zuo)起來比選定污(wu)泥(ni)負荷值更(geng)方便容易。
⑤泥齡(ling)法(fa)不像數(shu)學模(mo)型法(fa)那樣需要確(que)定很多參數(shu)，使操作大(da)大(da)簡化。
⑥計(ji)算(suan)污泥產率(lv)系數Y值的(de)方程式是根(gen)據德國(guo)(guo)的(de)污水(shui)水(shui)質(zhi)和(he)實驗得出的(de)，結合我國(guo)(guo)情況在應用時需乘以一(yi)個修正系數。
4 結論
①活性污泥工藝的設(she)計計算方法(fa)(fa)有必要(yao)從污泥負(fu)荷法(fa)(fa)逐步向泥齡(ling)法(fa)(fa)過渡(du)，最(zui)終過渡(du)到(dao)數(shu)學(xue)模型法(fa)(fa)。在數(shu)學(xue)模型法(fa)(fa)實用(yong)化之前，泥齡(ling)法(fa)(fa)將發揮(hui)重要(yao)作用(yong)。
②按泥(ni)(ni)齡法計(ji)算用式(4)，該式與(yu)設(she)計(ji)規范中的(de)計(ji)算式相(xiang)比，Nw與(yu)Nwv的(de)轉換(huan)和(he)污(wu)泥(ni)(ni)衰減的(de)影響在Y值(zhi)的(de)計(ji)算中考慮，這樣理(li)論意(yi)義(yi)更(geng)加(jia)清(qing)晰(xi)，使用起來更(geng)加(jia)方便(bian)。
③德國ATV標準中推薦的泥齡選用數據(見表1)是根據有機物降解和微生物生長規律結合實
際(ji)經驗產生的(de)，不(bu)涉(she)及(ji)污水的(de)具體水質變化，在我國有實(shi)用價值。
④污(wu)泥產率(lv)系數Y值(zhi)的(de)計算(suan)式(11)有充分的(de)理論依據，但它是(shi)用德國污(wu)水實驗(yan)得出的(de)，為了適用于(yu)我國，須乘以修(xiu)(xiu)正(zheng)系數，修(xiu)(xiu)正(zheng)后(hou)的(de)計算(suan)式(13)可用于(yu)實際設計計算(suan)。
⑤MLSS的(de)取值在(zai)設計規范中(zhong)(zhong)有(you)規定，但范圍(wei)較大(da)，不(bu)太好操作，建議參照(zhao)表2中(zhong)(zhong)的(de)數據選用，相互對比(bi)檢驗。
⑥建(jian)議對我國有(you)一定代(dai)表性的城市污水進行(xing)實驗研究(jiu)，推出自(zi)己(ji)的Y值計算(suan)方程式，使泥齡法的實用(yong)基(ji)礎(chu)更加扎(zha)實可靠。
參考文獻：
［1］GBJ 14—87，室外(wai)排水設計規范［S］.
［2］給(gei)排(pai)水設計手冊［M］.北京(jing)：中國(guo)建(jian)筑工業(ye)出版社，1986.
［3］陳立.EFOR程(cheng)序的(de)仿真模擬(ni)功能(neng)應用(yong)研(yan)究(jiu)［J］.中(zhong)國給水排水，1998，14(5)：15-18.
［4］汪(wang)慧(hui)貞，吳俊奇.活性污泥數(shu)學模型的發展和使(shi)用［J］.中國給水排水，1999，15(5)：20-21.
［5］楊青(qing)，甘樹應，陳季華，等.活性(xing)污(wu)泥3號模型(xing)(ASM3)簡介［J］.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
