常见的污水处理工艺小结.doc

污水处理工艺1、活性污泥工艺 活性污泥工艺是国内外城市污水处理工艺的主流，由于其较高的处理效率，运行稳定可靠，而被大中型污水处理厂广泛采用。成为典型的污水二级处理工艺，其主要工艺流程为： 主要设备：排污泵、格栅、吸砂机、刮吸呢机、曝气机、潜水搅拌机、滗水机、回流泵、压榨机等。 2、氧化沟工艺 从本质上讲，氧化沟工艺是传统活性污泥法的一种变形和发展，最突出的优点是在保证稳定高效的处理效果前提下，占地面积小，运行管理简单，降低了总投资和运行费用，同时除氮，除磷的效果优于传统活性污泥法。氧化沟工艺也有许多类型，按池型，运行方式、曝气设备的差别，目前较流行的有两种： T型氧化沟（三沟氧化沟） 主要设备：排污泵、格栅、转刷曝气机、潜水推流器、污泥回流泵、刮吸泥机、压榨机等。 3. A-O法及A-B法 A-O法及A-B法均为活性污泥的变形，A-O法即厌氧好氧生物除磷工艺，A-B法即吸 附生物降解工艺 厌氧段不曝气，又不能使污泥沉降，所以在厌氧池中要配置机械搅拌设备。 A-B法由A段和B段组成，两段串联。A-B工艺没有一沉池，污水经预处理后，直接进A段曝气池，A曝排出的混合液在中沉池进行泥水分离，中沉池出水进入B段曝气，B曝排出的混合液进入二沉池进行泥分离。 4.SBR法：即间歇曝气活性污泥工艺又称序批法。 SBR工艺原理与传统活性污泥完全一致，只是运行方式不同，传统工艺采用连续运行方式，污水连续进入处理系统并连续排出，系统内的每一处理单元功能不变。SBR工艺采用间隙运行方式，污水间歇进入处理单元完成曝气一沉淀生化处理全过程，SBR法的一个运行周期包括五个阶段 阶段起净水池作用，内设搅拌机械； 阶段起曝气池作用，内设曝气机械； 阶段起沉淀池作用； 阶段排水用滗水器； 阶段排泥机械（泵）。图一摘要：本文在阅读大量文献资料的基础上，较为全面的阐述了氧化沟工艺的原理、技术特点及其工艺的发展过程，着重介绍了氧化沟脱氮除磷的工艺，最后针对氧化沟的工艺及其发展方向提出了讨论。 关键词：污水处理 氧化沟 脱氮除磷1 氧化沟工艺概述1.1氧化沟工艺基本原理和主要设计参数氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。它是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。以下为一般氧化沟法的主要设计参数：水力停留时间：1040小时；污泥龄：一般大于20天；有机负荷：0.050.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；容积负荷：0.20.4kgBOD5/(m3.d)；活性污泥浓度：20006000mg/l；沟内平均流速：0.30.5m/s1.2 氧化沟的技术特点：氧化沟利用连续环式反应池（Cintinuous Loop Reator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。氧化沟法由于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池，初沉池，污泥消化池，有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了CLR形式和曝气装置特定的定位布置，是式氧化沟具有独特水力学特征和工作特性：1) 氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环。这样，氧化沟在短期内（如一个循环）呈推流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态。这两者的结合，即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量（一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍），进入沟内污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有机物也有较好的处理能力。2) 氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加的化学药品数量。3) 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。传统曝气的功率密度一般仅为2030瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒1。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，平均速度梯度G小于30秒1，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能。4) 氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态。据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低2030。另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，超作管理方便；出水水质好，工艺可靠性强；基建投资省，运行费用低等特点。1.3 氧化沟技术的发展自1920年英国sheffield建立的污水厂成为氧化沟技术先驱以来，氧化沟技术一直在不断的发展和完善。其技术方面的提高是在两个方面同时展开的：一是工艺的改良；二是曝气设备的革新。1.3.1工艺的改良工艺的改良过程大致可分为四个阶段：见图一1.3.2曝气设备的革新：曝气设备对氧化沟的处理效率，能耗及处理稳定性有关键性影响，其作用主要表现在以下四个方面：向水中供氧；推进水流前进，使水流在池内作循环流动；保证沟内活性污泥处于悬浮状态；使氧、有机物、微生物充分混合。针对以上几个要求，曝气设备也一直在改进和完善。常规的氧化沟曝气设备有横轴曝气装置及竖轴曝气装置。1) 横轴曝气装置为转刷和转盘。其中转刷更为常见，转刷单独使用通常只能满足水深较浅的氧化沟，有效水深不大于2.03.5米。从而造成传统氧化沟较浅，占地面积大的弊端。近几年开发了水下推进器配合转刷，解决了这个问题，如山东高密污水厂，有效水深为4.5米，保证沟内平均流速大于0.3米/秒，沟底流速不低于0.1米/秒，这样氧化沟占地大大减少，转刷技术运用已相当成熟，但因其供氧率低，能耗大，故其逐渐被另外先进的曝气技术所取代。2) 竖轴式表面曝气机，各种类型的表面曝气机均可用于氧化沟，一般安装在沟渠的转弯处，这种曝气装置有较大的提升能力，氧化沟水深可达44.5米，如1968年荷兰PHV开发的著名Carrousel氧化沟在一端的中心设垂直轴的一定方向的低速表曝叶轮，叶轮转动时除向污水供氧外，还能使沟中水体沿一定方向循环流动。表曝设备价格较便宜，但能耗大易出故障，且维修困难。3) 射流曝气，1969年Lewrnpt等创建了第一座试验性射流曝气氧化沟（JAC），国外的射流曝气多为压力供气式，而国内通常是自吸空气式，JAC的优点是氧化沟的宽度和水的深度不受限制，可以用于深水曝气，且氧的利用率高，目前最大的JAC在奥地利的林茨，处理流量为17.2万吨/天，水深7.5米。4) 微孔曝气，现在应用较多的微孔曝气装置，采用多孔性空气扩散装置克服了以往装置气压损失大，易堵塞的毛病，且氧利用率较高，在氧化沟技术运用中越来越广泛，目前，我国广东省某污水厂已成功运用此种曝气系统。5) 其他曝气设备，包括一些新型的曝气推动设备，如浙江某公司开发的复叶节流新型曝气器，氧利用率较高，浮于水面，易检修，充氧能力可达水下7米，推动能力相当强，满足氧化沟的曝气推动一体化要求，同时能够满足氧化沟底部的充氧和推动。氧化沟在国内外都发展很快。欧州的氧化沟污水厂已有上千座，在国内，从20世纪80年代末开始在城市污水和工业废水中引进国外氧化沟的先进技术，从原来的日处理量3000立方米到目前10万吨以上的污水处理厂已比较普遍，氧化沟工艺已成为我国城市污水处理的主要工艺。2.氧化沟脱氮除磷工艺2.1传统氧化沟的脱氮除磷传统氧化沟的脱氮，主要是利用沟内溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设计，使沟中产生交替循环的好氧区和缺氧区，从而达到脱氮的目的。其最大的优点是在不外加碳源的情况下在同一沟中实现有机物和总氮的去除，因此是非常经济的。但在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此对除氮的效果是有限的，而对除磷几乎不起作用。另外，在传统的单沟式氧化沟中，微生物在好氧缺氧好氧短暂的经常性的环境变化中使硝化菌和反硝化菌群并非总是处于最佳的生长代谢环境中，由此也影响单位体积构筑物的处理能力。随着氧化沟工艺的反展，目前，在工程应用中比较有代表性的有形式有：多沟交替式氧化沟（如三沟式，五沟式）及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔(Orbal)氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等。他们都具有一定的脱氮除磷能力，2.2.PI型氧化沟的脱氮除磷PI（Phase Isolation）型氧化沟，即交替式和半交替式氧化沟，是七十年代在丹麦发展起来的，其中包括DE型、T型和VR型氧化沟，随着各国对污水处理厂出水氮，磷含量要求越来越严，因而开发出现了功能加强的PI型氧化沟，主要由Kruger公司与Demmark技术学院合作开发的，称为Bio-Denitro和Bio-Denipho工艺，这两种工艺都是根据A/O和A2/O生物脱氮除磷原理，创造缺氧/好氧，厌氧/缺氧/好氧的工艺环境，达到生物脱氮除磷的目的。2.2.1DE型、T型氧化沟脱氮工艺DE型氧化沟为双沟系统，T型氧化沟为三沟系统，其运行方式比较相似，都是通过配水井对水流流向的切换，堰门的起闭以及曝气转刷的调速，在沟中创造交替的硝化，反硝化条件，以达到脱氮的目的。其不同之处在于DE型氧化沟系统是二沉池与氧化沟分建，有独立的污泥回流系统；而T型氧化沟的两侧沟轮流作为沉淀池。2.2.2VR型氧化沟脱氮工艺VR氧化沟沟型宛如通常的环形跑道，中央有一小岛的直壁结构，氧化沟分为两个容积相当的部分，其水平形式如反向的英文字母C，污水处理通过二道拍门和二道出流堰交替起闭进行连续和恒水位运行。2.2.3 PI型氧化沟同时脱氮除磷工艺交替式氧化沟在脱氮效果上良好，为了达到除磷效果，通常在氧化沟前设置相应的厌氧区或构筑物或改变其运行方式。据国内外实际运行经验显示，这种同时脱氮除磷工艺只要运行时控制的好，可以取得很好的脱氮除磷效果。西安北石桥污水净化中心采用具有脱氮除磷的DE型氧化沟系统（前加厌氧池），一期工程处理能力为15万立方米/天，对各阶段处理效果实测结果表明，DE型氧化沟处理城市污水效果显著。COD、TN、TP的总去除效率分别达到87.591.6，63.666.9，85.093.4，出水TN为9.010.1mg/l,TP为0.420.45mg/l,出水水质优于国家二级出水排放标准。上述三种PI型氧化沟脱氮除磷工艺都有转刷的调速，活门、出水堰的启闭切换频繁的特点，对自动化要求高，转刷利用率低，故在经济欠发达的地区受到很大的限制。2.3奥贝尔氧化沟脱氮除磷工艺Orbal氧化沟简称同心圆式，它也是分建式，有单独二沉池，采用转碟曝气，沟深较大，它的脱氮效果很好，但除磷效率不够高，要求除磷时还需前加厌氧池。应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.04.5m,动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。2.4卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺2.4.1传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.04.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达9599，脱氮效率约为90，除磷效率约为50，如投加铁盐，除磷效率可达95。2.4.2.单级卡鲁塞尔氧化沟脱氮除磷工艺单级卡鲁塞尔氧化沟有两种形式：一是有缺氧段的卡鲁塞尔氧化沟，可在单一池内实现部分反硝化作用，使用于有部分反硝化要求，但要求不高的场合。另一种是卡鲁塞尔A/C工艺，即在氧化沟上游加设厌氧池，可提高活性污泥的沉降性能，有效控制活性污泥膨胀，出水磷的含量通常在2.0mg/l以下。以上两种工艺一般用于现有氧化沟的改造，与标准的卡鲁塞尔氧化沟工艺相比变动不大，相当于传统活性污泥工艺的A/O和A2/O工艺。2.4.3.合建式卡鲁塞尔氧化沟缺氧区与好氧区合建式氧化沟式美国EIMCO公司专为卡鲁塞尔系统设计的一种先进的生物脱氮除磷工艺（卡鲁塞尔2000型）。它的构造上的主要改进是在氧化沟内设置了一个独立的缺氧区。缺氧区回流渠的端口处装有一个可调节的活门。根据出水含氮量的要求，调节活门张开程度，可控制进入缺氧区的流量。缺氧和好氧区合建式氧化沟的关键在与于对曝气设备充氧量的控制，必须保证进入回流渠处的混合液处于缺氧状态，为反硝化创造良好环境。缺氧区内有潜水搅拌器，具有混合和维持污泥悬浮的作用。在卡鲁塞尔2000型基础上增加前置厌氧区，可以达到脱氮除磷的目的，被称为A2/C卡鲁塞尔氧化沟。四阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在卡鲁塞尔2000型系统下游增加了第二缺氧池及再曝气池，实现更高程度的脱氮。五阶段卡鲁塞尔Bardenpho系统在A2/C卡鲁塞尔系统的下游增加了第二缺氧池和在曝气池，实现更高程度的脱氮和除磷。综上所述，厌氧，缺氧与好氧合建的氧化沟系统可以分为三阶段A2/O系统以及四、五阶段Bardenpho系统，这几个系统均是A/O系统的强化和反复，因此这种工艺的脱氮除磷效果很好，脱氮率达9095。另外，卡鲁塞尔3000型氧化沟也有较好的脱氮除磷效果。在此不加以详述。2.4.4. 合建式一体化氧化沟是指集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独二沉池的氧化沟。这种氧化沟设有专门的固液分离装置和措施。它既是连续进出水，又是合建式，且不用倒换功能，从理论上讲最经济合理，且具有很好的脱氮除磷效果。 一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池；污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。一体化氧化沟的工艺特点见图二：3讨论1）提高中小城市污水治理率是今后污水治理领域的重点，对于规模小于10万吨/天的中小型污水处理厂来说，氧化沟和SBR是首选工艺，目前总体来说应用最多的是氧化沟工艺，在氧化沟各种工艺中，考虑其各自的特点及污水脱氮除磷的要求，推荐中小城市使用较成熟的卡鲁塞尔氧化沟.对于合建式一体化氧化沟，国内应用该工艺的污水厂已超过十余座，其示范工程四川新都污水处理厂己成功运行5年多，是未来氧化沟工艺发展的一个主要方向。2）近年来，在氧化沟中尝试使用各种综合曝气装置，即采用曝气器与水下混合器独立运行，将氧化沟中的水流循环混合作用与曝气传氧作用区分开来，使氧化沟中交替出现缺氧与好氧状态，已达到脱氮除磷目的，同时这种运行方式还能取得节能的效果。据报道，这种综合曝气系统已在国外得到应用，在国内也可尝试并推广采用这种综合曝气设备。3）微孔曝气氧化沟工艺即保留了氧化沟沿水流方向间断曝气和循环流动的特点，又克服了氧化沟因采用表面曝气机而占地面积大，充氧效率低，水流断面流速不均，池底易沉淀等不足，不失为一种可推广使用的工艺。4）在土地十分紧张的地区，在取得较准确的设计参数的基础上，可考虑使用立体式循环氧化沟。5）在氧化沟工艺设计中，沟深的设计是一个很重要的问题，尽管水下推进器的使用使沟深有所提高，但也并非越大越好，因为有效水深的增加会引起能量模式的改变，从而需增加动力设备就不同，引起投资和运行费用的提高。不同地质情况，不同进水水质及处理要求，有不同的沟深要求。因此，每一个选用氧化沟工艺的污水厂，都因根据各种因素综合分析以确定最佳的沟深。参考文献：1 周律主编.中小城市污水处理厂处理投资决策与工艺技术M.北京：化学工业出版社，2002年2 王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理M.北京：科学出版社，1997年. 3 米克尔G曼特布鲁斯A贝尔著，袁懋梓译.污水处理的氧化沟技术M.北京:中国建筑出版社，19884 张自杰，林荣忱，金儒霖.排水工程（下册，第4版）M.北京:中国建筑工业出版社，2000.5 周雹.中、小城市污水处理厂的优选工艺 J.中国给水排水，1995，11(增刊).6 沈光范.关于城市污水处理厂设计的若干问题J.中国给水排水，2000，16(3)：20-23.7 刘章富等.同步生物除磷脱氮的几种实用新工艺J.中国给水排水，2002，18（9）：65688 杭世珺.城市污水处理工程设计中值得探讨的几个问题J.给水排水.2004，30（1）：15219 郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术M.北京：中国建筑工业出版社，1998.10 邓荣森等.一体化氧化沟技术的发展J.中国给水排水.1998，311 华光辉，张波.城市污水生物除磷脱氮工艺中的矛盾关系及对策J.给水排水，2000，26(12)：1-4.12 汤小玲,周扬秋,梁新和.奥伯尔氧化沟设计应注意的几个问题R.第四届给水排水青年学术年会,2000-11-1.13 Mikkel G, Mandt, Bruce A Bell.Oxidation Ditches in Wastewater TreatmentM.1982.14 Liu J X,Groenestijn van J W,Doddema H J，et al.Influence of the aeration brush on nitrogen removal in the oxidation ditchJ.Eur Water Pollut Control,1996,6(4):25-30.15 Liu J X,Groenestijn van J W,Doddema H J，et al.Addition of anaerobic tanks to an oxidation ditch system to enhance removal of phosphorus from wastewaterM.Journal of Envoramental Sciences.2002,14(2):245-249.图二作者：周雹 周丹活性污泥工艺是城市污水处理的主要工艺，它的设计计算有三种方法：污泥负荷法、泥龄法和数学模型法，三种方法在操作上难易程度不同，计算结果的精确度不同，直接关系到设计水平、基建投资和处理可靠性，正因为如此，国内外专家都在进行大量细致的研究，力求找出一种精确度更高而又便于操作的计算方法。笔者根据自己的实践体会，对活性污泥工艺的设计计算方法进行探讨，与同行们商榷。 1污泥负荷法这是目前国内外最流行的设计方法，我国的规范、手册，美国、英国、法国及日本等国目前也多采用这种方法。几十年来，运用污泥负荷法设计了成千上万座污水处理厂，充分说明它的正确性和适用性。但另一方面，这种方法也存在一些问题，甚至是比较严重的缺陷，影响了设计的精确性和可操作性。污泥负荷法的计算式为：（1） 式中：V曝气池容积（m3）Lj曝气池进水BOD浓度（mg/L）Q曝气池设计流量（m3/h）Fw曝气池污泥负荷（kgBOD/kgMLSSd）Nw（即MLSS）曝气池混合液悬浮固体平均浓度（kg/ m3）Fr曝气池容积负荷（kgBOD/ m3池容d）污泥负荷法是一种经验计算法，它的最基本参数Fw和Fr是根据曝气的类别按照以往的经验设定，由于水质千差万别和处理要求不同，这两个基本参数的设定只能给出一个较大的范围，我国规范对普通曝气推荐的数值为：Fw=0.2-0.4 kgBOD/kgMLSSdFr=0.4-0.9 kgBOD/ m3池容d可以看出，最大值比最小值大一倍以上，幅度很宽，如果其他条件不变，选用最小值算出的曝气池容积比选用最大值时的容积大一倍或一倍以上，基建投资也就相差很多，在这个范围内取值完全凭经验，对于经验较少的设计人来说很难操作，这是污泥负荷法的一个主要缺陷。污泥负荷法的另一个问题是容易混淆。我国规范中污泥负荷Fw的单位是kgBOD/kgMLSSd，但有的地方则是kgBOD/kgMLVSSd，我国设计手册中就是这样，美国的标准也是用这个单位。这两种单位相差很大，MLSS是包括无机悬浮物在内的污泥浓度，MLVSS则只是有机悬浮固体浓度，对于生活污水，一般MLVSS=0.7MLSS，如果单位用错，算出的曝气池容积将差30。这种混淆并非不可能，我国手册中推荐的普通曝气Fw为0.2-0.4kgBOD/ kgMLVSSd，其数值和规范完全一样，但单位确不同了。设计中也经常遇到这样的问题，不知究竟用哪个单位好，特别是设计经验不足时更是无所适从。污泥负荷法还有一个问题是针对性不强。近年来污水脱氮提上日程，当污水要求硝化、反硝化时，Fw、Fr取多少合适？这给设计人增加了难度，也影响了设计的精确性和可靠性。污泥负荷法最根本的问题是没有考虑到污水水质的差异。对于生活污水来说，SS和BOD浓度大致有数，MLSS与MLVSS的比值也大致差不多，但结合各地的实际情况就大不相同。我国城市一般都有大量工业，城市污水一般包含50甚至更多的工业废水，因而污水水质差别很大，有的SS、BOD高达300400mg/L，有的则低到不足100mg/L，有的污水SS/BOD高达2以上，有的SS比BOD还低。污泥负荷是以MLSS为基础，其中有多大比例的有机物反映不出来，对于相同规模相同工艺相同进水BOD浓度的两个厂，按污泥负荷法计算曝气池容积是相同的，但当SS/BOD差异很大时，MLVSS也相差很大，实际的生物环境就大不相同，处理效果也就明显不同了。综上所述，污泥负荷法有待改进。因此，国际水质污染与控制协会（IAWQ）组织各国专家，于1986年首次推出活性污泥一号模型（简称ASM1），1995年又推出活性污泥二号模型（简称ASM2），数学模型设计法正式面世。2数学模型法活性污泥工艺是污水生物处理过程，它遵循有机物降解和微生物生长动力学，在这方面已有相当深入的研究和较完善的理论体系，数学模型法正是建立在这个理论体系上，运用生物反应动力学公式，模拟污水厂的真实运行情况，给出必要的前提条件及假设，建立数学矩阵，设计时只需确定与该工程相吻合的动力学系数和化学常数，就可解出数学方程，得出所需的各种设计参数。采用这种方法，不仅能优化设计，提高设计水平和效率，还可优化已建成污水厂的运行管理，开发新的工艺，这是污水处理设计的本质的飞跃，它摆脱了经验设计法，严格遵循理论的推导，使设计的精确性和可靠性显著提高。在活性污泥一号模型推出后不久，欧美等国就研制出各种实用计算机程序，实现了商品化，并应用于设计和运行。数学模型法在理论上是比较完美的，但在具体应用上则存在不少问题，这主要是由于污水和污水处理的复杂性和多样性，即使是简化了的数学模式，应用起来也相当困难，从而阻碍了它的推广和应用。到目前为止，数学模型法在国外尚未成为普遍采用的设计方法，而在我国还没有实际应用于工程，仍停留在研究阶段。数学模型法的主要问题是模型中有很多系数和常数，ASM1中有13个，ASM2中有19个，它们都需要设计人根据实际污水水质和处理工艺的要求确定具体数值，其中多数要经过大量监测分析后才能得出，而且不同的污水有不同的数值，由于污水水质多变，确定这些参数很困难，如果这些参数有误，就直接影响到计算结果的精确性和可靠性。国外已经提出了这些参数的数值，但我国的污水成分与国外有很大差别，特别是污水中的有机物成分差别很大，盲目套用国外的参数数值肯定是不行的，因此，要将数学模型法应用于我国的污水处理设计，必须组织力量监测分析各种污水水质，确定有关参数，才有可能把数学模型实用化。然而，从我国目前情况看，数据分析和积累恰恰是最大的薄弱环节之一，我国已运转的城市污水处理厂有上百座，至今连一些最基本的数据都难以确定，更不用说数学模型法所需的各种数据了，显然，要在我国应用数学模型法还需做大量的工作，还需要相当长的时间。3泥龄法3.1泥龄法的处理目标处理厂规模5000m3/d25000m3/d无硝化污水厂54有硝化（设计温度10）108有硝化、反硝化（10）VD/V=0.21210VD/V=0.31311VD/V=0.41513VD/V=0.51816有硝化、反硝化、污泥稳定25不推荐注：VD/V为反硝化池容与总池容之比染物降解越彻底，处理效果越好。另一方面是泥龄长短对微生物种群有选择性，因为不同种群的微生物有不同的世代周期，如果泥龄小于某种微生物的世代周期，这种微生物还来不及繁殖就排出池外，就不可能在池中生存，为了培养繁殖所需要的某种微生物，选定的泥龄必须大于该种微生物的世代周期，最明显的例子是硝化菌，它是产生硝化作用的微生物，它的世代周期较长，并要求好氧环境，所以在污水进行硝化时须有较长的好氧泥龄。当污水反硝化时，是反硝化菌在工作，反硝化菌需要缺氧环境，为了进行反硝化，就必须有缺氧段（区段或时段），随着反硝化氮量的增大，需要的反硝化菌越多，也就是缺氧段和缺氧泥龄要加长。上述关系的量化已体现在表1中。无硝化污水处理厂的最小泥龄45天，是针对生活污水的水质使处理出水达到BOD30mg/L和SS30mg/L确定的，这是多年实践经验的积累，就像污泥负荷一样。 有硝化的污水处理厂，泥龄必须大于硝化菌的世代周期，设计通常采用一个安全系数，以确保硝化作用的进行，其计算式为：c=F/0 （7） 式中：c满足硝化要求的设计泥龄（d）F 安全系数，取值范围2.0-3.0，通常取2.31/0硝化菌世代周期（d）0硝化菌比生长速率（1/d）0=0.471.103（T-15） （8） 式中：T设计污水温度，北方地区通常取10，南方地区可取11-12 代入式（8）：0=0.471.103（10-15）=0.288/dc=2.3/0.288=7.99d再代入式（7）：计算所得数值与表1中的数值相符。表1是德国标准，但它的理论依据和经验积累具有普遍意义，并不随水质变化而改变，因此笔者认为可以在我国设计中应用。在污泥负荷法中，污泥负荷是最基本的设计参数，泥龄是导出参数，而在泥龄法中，泥龄是最基本的设计参数，污泥负荷是导出参数，两者呈近似反比关系：cFw=Lj/(Y(Lj-Lch)（9）式中污泥产率系数Y是泥龄c的函数。3.3污泥产率系数的确定采用泥龄法进行活性污泥工艺设计计算时，准确确定污泥产率系数Y是十分重要的，从式（4）中看出，曝气池容积与Y成正比，Y直接影响曝气池容积的大小。式（6）给出了Y值和剩余污泥量W的关系，剩余污泥量是每天从生物处理系统中排出的污泥量，它包括两部分：一部分随出水排除，一部分排至污泥处理系统，其计算式为：W=24QNch/1000+QsNs（10）式中：Nch出水悬浮固体浓度（mg/L）Qs排至污泥处理系统的剩余污泥量（m3/d）Ns排至污泥处理系统的剩余污泥浓度（kg/m3）其余同前剩余污泥量最好是实测求得。从式（10）可以看出，对于正常运行的污水处理厂，Q、Nch、Qs及Ns都不难测定，这样就能求出W和Y。问题在于，设计时还没有污水处理厂，只有参照其他类似污水处理厂的数值，但由于污水水质不同，处理程度及环境条件不同，各地得出的Y值不可能一样，特别是在我国，很多城市污水处理厂由于资金短缺等原因，运行往往不正常，剩余污泥量W的数值也测不准确，这势必影响设计的精确性和可靠性。从理论上分析，污泥产率系数与原污水水质、处理程度和污水温度等因素有关。首先，污泥产率系数本来的含义是每公斤BOD降解后产生的SS公斤数，由于是有机物降解产物，这里的SS应该是VSS，即挥发性悬浮固体，但污水中还有相当数量的无机悬浮固体和难降解有机悬浮固体，它们并未被微生物降解，而是原封不动地沉积到污泥中，结果产生的SS将大于真正由BOD降解产生的污泥VSS，因此在确定污泥产率系数时，必须考虑原污水中无机悬浮固体和难降解有机悬浮固体的含量。其次，随着处理程度的提高，污泥泥龄的增长，有机物降解越彻底，微生物的衰减也越多，这导致剩余污泥量的减少。至于水温，是影响生化过程的重要因素，水温增高，生化过程加快，将使剩余污泥量减少。对于各种因素的影响，可根据理论分析通过实验建立数学方程式，按照这个方程计算的结果如经受住实践的检验，就可用于实际工程，德国已经提出了这样的方程式，按这个方程式计算出的Y值已正式写进ATV标准中。 （11） F=1.072（T - 15） （12）式中：Nj进水悬浮固体浓度（mg/L）FT温度修正系数T 设计水温，与前面的计算取相同数值其余同前approval of the programme submitted to the supervising engineer whe