活性污泥工艺

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/kgMLSS·d）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=0.2-0.4kgBOD/kgMLSS·dFr=0.4-0.9kgBOD/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/kgMLSS·d，但有的地方则是kgBOD/kgMLVSS·d，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/kgMLVSS·d，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300－400mg/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泥龄法的计算式我国规范中提出了按泥龄计算曝气池容积的计算公式：（2）式中：Y－挥发性污泥产率系数（kgVSS/kgBOD）Lj－曝气池出水BOD浓度（mg/L）Lch－曝气池出水BOD浓度（mg/L）Nwv－曝气池混合液挥发性悬浮固体平均浓度（gVSS/L）Kd－衰减系数（d-1）θc－污泥泥龄（d）其余同前规范对式中几个关键参数提出了推荐值：Y=0.4-0.8（20℃，有初沉池）Kd=0.04-0.075(20℃)当水温变化时，按下式修正：Kdt=Kd20×(θt)t-20（3）式中：θt－温度系数，θt=1.02～1.06θc值为：高负荷0.2～2.5，中负荷5～15，低负荷20～30可以看出，它们的取值范围都很宽，Y值的变化幅度达100%，Kd值的变化幅度达87.5%，θc值的变化幅度从50%到几倍，实际计算时很难取值，很难操作，这也是泥龄法在我国难以推广的原因之一。为了使泥龄计算法实用化，笔者根据自己的设计体会，建议采用德国目前使用的ATV标准中的计算公式，并对式中的关键参数取值结合我国具体情况适当修改。实践证明，按该公式计算概念清晰，特别便于操作，计算结果都能满足我国规范的要求，不失为一种简单、可信而又十分有效的设计计算方法。其基本计算公式为：V=24QθcY(Lj-Lch)/1000Nw（4）式中：Y－污泥产率系数（kgSS/kgBOD）其余同前Q、Lj、Lch是设计初始条件，反映原水水量，水质和处理要求，在设计计算前已经确定。泥龄θc是指污泥在曝气池中的平均停留时间，其数值为：θc=VNw/W（5）式中：W－剩余污泥量（kgSS/d）W=24QY(Lj-Lch)/1000（6）根据以上计算式，采用泥龄法设计计算活性污泥工艺时，只需确定泥龄θc，剩余污泥量W（或污泥产率系数Y）和曝气池混合液悬浮固体平均浓度Nw（MLSS）即可求出曝气池容积V。与污泥负荷法相比，它用泥龄θc取代污泥负荷Fw或Fr作为设计计算的最基本参数，与数学模型法相比，它只需测定一个污泥产率系数Y而不需测定13个或19个参数数据。3.2泥龄的确定泥龄是根据理论同时又参照经验的累积确定的，按照处理要求和处理厂规模的不同，采用不同的泥龄，德国ATV标准中单级活性污泥工艺污水处理厂的最小泥龄数值见表1。表中对规模小的污水厂取大值，是考虑到小厂的进水水质变化幅度大，运行工况变化幅度大，因而选用较大的安全系数。泥龄反映了微生物在曝气池中的平均停留时间，泥龄的长短与污水处理效果有两方面的关系：一方面是泥龄越长，微生物在曝气池中停留时间越长，微生物降解有机污染物的时间越长，对有机污染染物降解越彻底，处理效果越好。垂表它1久藏喜摸德国标准中活街性污泥工艺的奥最小泥起处理目标海处理厂规模贼≤盲5000m弊3蒜/d循≥亭25000m谦3

虫/d障无硝化污水厂士5照4魂有硝化（设计集温纸度宝1失0偿℃钞）扣10汤8峰有硝化、反硝认化误（无1棋0劣℃铲）浓V市D封/V=0.2

狐12吗10卡V壳D纠/V==0.圆3忽13拒11虫V烂D沾/V==0.影4猪15秤13替V饥D范/V==0.寇5果18

陪16利有硝化、反硝访化、污泥稳定吨25受不推荐

扯注册：使V年D恒/陆V公为反硝化池容金与总池容之比敞另一方面是泥厕龄长短对微生谢物种群有选择舱性，因为不同倡种群的微生物夫有不同的世代晃周期，如果泥痒龄小于某种微梅生物的世代周烧期，这种微生壮物还来不及繁取殖就排出池外若，就不可能在碍池中生存，为夜了培养繁殖所乒需要的某种微锋生物，选定的华泥龄必须大于乡该种微生物的扩世代周期，最确明显的例子是剩硝化菌，它是殿产生硝化作用晴的微生物，它注的世代周期较画长，并要求好刃氧环境，脆所以在污水进热行硝化时须有捕较长的好氧泥相龄涂。当污水反硝鸽化时，是反硝破化菌在工作，物反硝化菌需要必缺氧环境，为升了进行反硝化劣，就必须有缺页氧段（区段或袭时段），随着钉反硝化氮量的捎增大，需要的娱反硝化菌越多笼，也就是谱缺氧段和缺氧弊泥龄要加长穷。上述关系的赖量化已体现在雹表蝶1速中。小抬无硝化污水处才理厂的最小泥艳龄件4茶－锯5提天谋，是针对生活得污水的水质使摆处理出水达陈到乖BOD30m帜g/纠L员和息SS30mg猎/身L召确定的，这是享多年实践经验兆的积累，就像轮污泥负荷一样亚。些劈畅难有硝化的污水冲处理厂，泥龄乎必须大于硝化粗菌的世代周期咱，设计通常采锡用一个安全系漆数，以确保硝御化作用的进行揪，其计算式为嘴：捧过棍θ酬c=F稍/吃μ狱0震疏旱舍习昼能（应7餐）斤薯甚热式中辞：咳θ结c它－－满足硝化退要求的设计泥呼龄林（灿d额）絮串阳F脖－杜－骗找安全系数，取浓值范吓围兽2.0-3.阶0简，通常铜取怀2.3胶稼没1兼/码μ削0横－硝化菌世代道周期慨（历d奥）征马丢μ葬0雁－－硝化菌比秧生长速率态（强1/筝d也）骆橡棕μ假0躁=0.47×犬1.103谦（暗T-1智5界）店伶俊梨矮（板8醒）仔同创谱式中步：旅T睡－设计污水温吊度，北方地区稿通常汁取够1豪0翼℃贷，南方地区可龙取浴11-1柔2意℃楚圣酬角代入式舱（想8燥）：镜汪监μ突0饥=0.47×净1.103涉（迎10-1蜡5蒸）夸=0.288随/d厦瓶供θ蔽c允=2.3/0舍.288=7倚.99d峡再代入式商（驴7倒）：碑计算所得辟数值与卸表池1垃中的数值相符碑。刑拢表弄1克是德国标准，乓但它的理论依导据和经验积累浸具有普遍意义旁，并不随水质市变化而改变，煮因此笔者认为惧可以在我国设纱计中应用。羡在污泥负锅荷法中，污泥可负荷是最基本摇的设计参数，粗泥龄是导出参泛数，而在泥龄川法中，泥龄是汗最基本的设计澡参数，污泥负戴荷是导出参数唇，两者呈近似港反比关系：础阳查θ丙c显F委w眉=L灶j猎/(Y(L什j狐-L厌ch猾)他)科荣燥湾（蛙9释）泡式中污泥喜产率系风数管Y陡是泥受龄猜θ斯c豪的函数。屡忘3.邪3戏污泥产率系态数的确定传采用泥龄吉法进行活性污假泥工艺设计计削算时，准确确泼定污泥产率系切数宇Y姜是十分重要的课，从式傲（院4周）中看出，曝俱气池容积弦与亏Y雾成正比鬼，唯Y返直接影响曝气阔池容积的大小问。姓式泪（曲6蜘）给出辫了脾Y狮值和剩余污泥跑量孙W必的关系，剩余鹰污泥量是每天躬从生物处理系梁统中排出的污构泥量，它包括直两部分：一部妥分随出水排除岭，一部分排至肥污泥处理系统雄，其计算式为陶：荒恐辈W=24QN顶ch条/1000+烂Q灾s城N李s朴蔽苗闸槐（继1差0粥）替式中泉：处N锅ch滴－出水悬浮固茫体浓度悄（责mg/臂L袭）懂折县Q暂s拍－排至污泥处铅理系统的剩余痕污泥量勉（码m对3漠/搭d爱）割两梯N芬s漂－排至污泥处涌理系统的剩余姑污泥浓度芒（拿kg/m惰3免）汽其孟余同前港剩余污泥袋量最好是实测叫求得。从式滴（厘1床0耻）可以看出，陵对于正常运行碎的污水处理厂称，堆Q痰、寿N什ch奔、舟Q经s奏及药N捉s粱都不难测定，萍这样就能求扎出灾W乡和改Y掌。靠问题在于企，设计时还没爆有污水处理厂易，只有参照其犬他类似污水处沫理厂的数值，约但由于污水水愧质不同，处理妹程度及环境条贵件不同，各地浸得出背的柄Y刚值不可能一样筒，特别是在我蚊国，很多城市钩污水处理厂由倡于资金短缺等催原因，运行往荒往不正常，剩歉余污泥阴量酸W想的数值也测不匪准确，这势必畅影响设计的精娱确性和可靠性举。谈从理论上当分析，污泥产绝率系数与原污殊水水质、处理馒程度和污水温康度等因素有关猪。首先，骨污泥产率系数鸦本来的含义是立每公改斤朝BO悦D赞降解后产生突的兄S社S工公斤数筐，由于是有机吨物降解产物，政这里岸的兆S摇S称应该杜是前VS掘S润，即挥发性悬厘浮固体，但污栏水中还有相当其数量的无机悬并浮固体和难降概解有机悬浮固筛体，它们并未慰被微生物降解骆，而是原封不飘动地沉积到污竖泥中，结果产坐生郊的告S躺S烫将大于真正冒由信BO授D砖降解产生的污舅泥捐VS垃S支，因此在确定接污泥产率系数蓝时，必须考虑炊原污水中无机哈悬浮固体和难奴降解有机悬浮圾固体的含量。扁其次，随着处闸理程度的提高干，污泥泥龄的耳增长，有机物断降解越彻底，艰微生物的衰减婚也越多，这导欺致剩余污泥量应的减少。至于雨水温，是影响挂生化过程的重姓要因素，水温悄增高，生化过倍程加快，将使区剩余污泥量减顺少。对于各种头因素的影响，属可根据理论分谦析通过实验建辛立数学方程式辨，按照这个方休程计算的结果狼如经受住实践总的检验，就可筛用于实际工程夜，德国已经提酱出了这样的方抓程式，按这个汇方程式计算出砌的驰Y呜值已正式写剂进抛AT埋V保标准中。连惧碰运（其1肝1枝）欧贸F灌T践=1.072由（纵T-1抖5切）干莲摘璃砍幸（碗1岂2尖）蠢式中续：蝶N帆j昌－进水悬浮固支体浓度订（漠mg/头L诚）捞却场F际T盏－温度修正系禁数鸡形田T割弯－设计水温，金与前面的计算贷取相同数值过其混余同前妙可以看出厨，愤Y家值拖与皂N晕j宿/L里j如、胳θ廊c猎、腔F分T廊有关减。边N抖j咳/L控j诚反映污水中无誉机悬浮固体和兔难降解悬浮固贵体所占比重的度大小，如果它艳们占的比重增睡大，剩余污泥蹲量自然要增加狂，饲Y匠值也就增大了浸。键θ双c息影响污泥的衰卷减盘，宗θ璃c警增长，污泥衰辰减的多时，渐Y肚值相应减少。围温度的影响体自现曾在绪F师T袄上，水温增高杆，就F陷T终增大知，注Y励值减小，也就爸是剩余污泥量竟减少。这种关旬系是显而易见较的。燥这个方程骨式对我国有参骡考价值。但由滥于我国的生活辨习惯与西方国廉家差异很大，浮我国污水中有锋机物比重低，跪有机物中脂肪冻比例低，碳水态化合物比例高仓，因而产泥量传也不会完全相式同。根据国内棉已公布的数据纺和笔者的经验翁，我国活性污蓬泥工艺污水处财理厂的剩余污族泥产量比西方牵国家要少，因擦此，式隆（板1日1浆）中须乘上一欺个修正系第数线K状：希遥吃条愉（萄1女3眉）浮在目前缺熄乏我国自己犬的炒Y饥值计算式的情余况下，笔者认坦为采用式扬（掘1今3埋）计华算纱Y枪值是可行的。裂满3.炸4租蔬MLS片S苹的确定弦不管采用做哪种设计计算乘方法，都需要酸合理确敞定歉MLS感S虎。在其他条件纳不变的情况下杆，挺MLS谈S宇增大一倍，曝竿气池容就减小巴一倍产，渐MLS徒S模减小一倍，曝岩气池容就增大胆一倍，渡直接影响基建气投资，因此需艇要慎重确定。挡在规范和狭手册中，哈对毅MLS你S第值推荐了一个此选用范围，如牙3橡，坚3吗，变化幅度都颤比较大，设计戒时不好操作。曲为了选定合适盒的充MLS掩S皱值，有必要弄闻清影响它的因叼素。备峰储MLS御S逮不能选得过低伐，主要有三个园原因：窑燃（覆1埋）捆MLS铜S惩过低，曝气池末容奖积矛V神就要相应增大鞠，在经济上不焰利。现渡（条2小）武MLS答S画过低，曝气池糟中容易产生泡依沫，为了防止煎泡沫，一般需尚保归持油2kg/m惊3离以上的污泥浓盆度。艺眠（狠3吨）当污泥浓度诱很低时，所需栋氧量较少，碎如块MLS邮S厚过低，池容增智大，单位池容垦的供气量就很页小，有可能满务足不了池内混占合的要求，势少必额外增加搅崇拌功率。鲜滋屯MLS民S谣也不能选得过视高，主要是因希为：法辉（违1隔）要提坝高街MLS贝S疤，必须相应增垂加污泥回流比防，降低二沉池笑表面负荷，加访长二沉池停留荷时间，这就要检求增大二沉池续体积和回流污岂泥能耗。把曝碎气池、二沉池念和回流污泥泵缘房作为一个整痒体来考虑，为甲使造价和运行液费用总价最低辜，污泥回流比校通常限制兽在捕150煌%括以内。对于一肚般城市污水，口二沉池的回流野污泥浓度通常资为敞4-8kg/仪m谱3鸡，若按最高铁值减8kg/m铅3句计，回流异比遥150良%暮时曝气池掏内储MLS恩S铃为例4.8kg它/m手3堡，实际设计咳中抚MLS典S妻最高一般不超冬过堡4.5kg/耻m鲁3模。杠注（宴2加）污水的性质尿和曝气池运行及工况问对陆MLS在S私有巨大影响，福如果污水中的她成分或曝气池茄的工况有利于骡污泥膨胀，污项泥指白数罪SV卷1坦值居高不下（饰比筑如娘SV1>18捧0mL/谁g奥），回流污泥察浓度就会大大黑降低条，里MLS城S赖就必须选择低准值。鹅根据以上艰分析，在选邪定拨MLS肤S掌时要照顾到各叨个方面：列瓣（详1凶）泥龄长、污棕泥负荷低选较啦高值，泥龄短衰、污泥负荷高屈选较低值，同门步污泥好氧稳逢定时选高值。唇恼（域2批）有初沉池选皱较低值，无初奇沉池选较高值季。族从（嫌3肢）因SV庄1斜低时选较高值交，高时选较低化值。特游（弹4蝶）污水浓度高本时选较高值，排低时选较低值衫。号洞（扎5乒）合建反应池反（宜如甜SB悉R幸）不存在污泥醋回流问题，选草较高值或高值糊。倡辟（围6阅）核算搅拌功汗率是否满足要印求，如不满足盲要进行适应调正整。坛德合国谈AT叉V壶标准们对她MLS话S固规定了选用范惧围，有硝化和熟无硝化时号其勇MLS伍S样值是一样的，柱这不完全符合冻我国具体情况洁。我国城市污残水污染物浓度夸通常较低，在奶无硝化（泥龄矛短）时如姨果焦MLS阵S尾过高，有可能肚停留时间过短时，不利于生化犬处理，故将无寻硝化时逃的蜡MLS网S还值降挽低调0.5kg骤/m局3据，推荐狮的孩MLS馋S窗值列于锡表博2烤。秆表偷2归来付孔曝气货池邪MLS犁S谱取值范围秤处理目标裳MLS丧S碍（蚊kg/m锦3领）罢有初沉池煎无初沉池笨无硝化顽有硝化（和反悔硝化）

怪污泥稳定爷4.5压3.阿5板泥龄法的优赞缺点畜优点：擦让（条1圣）泥龄法是经愉验和理论相结其合的设计计算唤方法，泥乖龄退θ亩c垄和污泥产率系要数勉Y雾值的确定都有沉充分的理论依牧据，又有经验档的积累，因而社更加准确可靠丛。驳贼（统2煌）泥龄法很直剖观，根据泥龄宣大小，对所选爱工艺能否实现千硝化、反硝化木和污泥稳定一置目了然。架授（惠3脚）泥龄法的计袋算中只使联用杂MLS贷S袍，不使淘用池MLVS付S迟，污泥中无机嚷物所占比重的蔬不同在参言数悉Y岩中体现，计算疼式中没原有雅MLVS掘S繁，因而不会引考起两者的混淆雀。咏婶（疗4插）泥龄法中最植基本的参数泥桐龄哀θ菊c谅和污泥产率系祝数花Y射都有变化幅度米很小的推荐值睡和计算值，操盆作起来比选定锡污泥负荷值更休方便容易。肝间（坝5夕）泥龄法不像毅数学模型法那者样需要确定很壮多参数，使操波作大大简化。顶缺点：运计算污泥养产率系袋数说Y立值的方程式是嘉根据德国的污泪水实验得出的摧，结合我国情栗况在应用时需冶乘一个修正系勾数。4几点结论班杜（第1企）活性污泥工您艺的设计计算士方法有必要从沿污泥负荷法逐玉步向泥龄法过尝渡，最终过渡育到数学模型法腐。在数学模型溪法实用化之前爬，泥龄法将发察挥重要作用。估艘（挑2亭）按泥龄法计善算用式沃（莫4为），与规范中幸的计算式相比甩，蒸N般w前与追N顽wv块的转换和污泥饰衰减的影响闸在拴Y眠值的计算中考慌虑，这样理论新意义更加清晰充，使用起来更猜加方便。翼绍（谅3任）德陪国皱AT相V析标准中推荐的指泥龄选用数据痕（见塘表低1希）是根据