于麗昕　王洪臣
給水排水?。郑铮?29?。危?8　200323　　　

提要　根據(jù)酒仙橋污水處理廠2001年3～10月運(yùn)行數(shù)據(jù)及方莊污水處理廠2001年1～6月運(yùn)行數(shù)據(jù),探討了活性污泥工藝中剩余污泥量計(jì)算的有關(guān)問題。通過建立污泥產(chǎn)率系數(shù)與ＭＬＶＳＳ/ＭＬＳＳ比值的關(guān)系,論述了污泥產(chǎn)率系數(shù)會(huì)在較大范圍內(nèi)變化的原因。
關(guān)鍵詞　活性污泥工藝　剩余污泥量　污泥產(chǎn)率系數(shù)　
　
　　我國(guó)大部分城市(鎮(zhèn))污水處理廠采用的是傳統(tǒng)活性污泥法或其變型工藝,其生物系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥量往往存在著設(shè)計(jì)值與實(shí)際值相差較為懸殊的現(xiàn)象,這在不設(shè)初沉池系統(tǒng)的活性污泥工藝,如Ａ/Ｏ法、Ａ2/Ｏ法、ＡＢ法、氧化溝、ＳＢＲ中更為普遍。究其根源,或是污泥產(chǎn)率系數(shù)的設(shè)計(jì)取值與實(shí)際運(yùn)行有差距,或是沒有考慮進(jìn)水中不可降解及惰性懸浮固體對(duì)剩余污泥量的影響。本文就上述兩個(gè)問題進(jìn)行討論。
1　剩余污泥量計(jì)算方法
　　在活性污泥工藝中,為維持生物系統(tǒng)的穩(wěn)定,每天需不斷有剩余污泥排出。它們主要由兩部分構(gòu)成,一是由降解有機(jī)物ＢＯＤ所產(chǎn)生的污泥增殖,二是進(jìn)水中不可降解及惰性懸浮固體的沉積。因此,剩余干污泥量可以用式(1)計(jì)算:
　　　ΔＸ=(Ｙ1+Ｋｄθｃ)Ｑ(ＢＯＤｉ-ＢＯＤｏ)+ｆＰＱ(ＳＳｉ-ＳＳｏ)(1)　
　　　式中ΔＸ———系統(tǒng)每日產(chǎn)生的剩余污泥量,　?。耄纾停蹋樱?ｄ;
　　　　　Ｙ———污泥增殖率,即微生物每代謝1ｋｇＢＯＤ所合成的ＭＬＶＳＳｋｇ數(shù);
　　　　?。耍洹勰嘧陨硌趸?ｄ-1;
　　　　　θｃ———污泥齡(生物固體平均停留時(shí)間),ｄ;
　　　　　Ｙ1+Ｋｄθｃ———污泥凈產(chǎn)率系數(shù),又稱表觀產(chǎn)率(Ｙｏｂｓ);
　　　　?。选鬯髁?ｍ3/ｄ;
　　　　　ＢＯＤｉ,ＢＯＤｏ———進(jìn)、出水中有機(jī)物ＢＯＤ濃度,ｋｇＢＯＤ/ｍ3;
　　　　?。妫小豢缮锝到夂投栊圆糠终迹樱樱椤　〉陌俜?jǐn)?shù);
　　　　　ＳＳｉ,ＳＳｏ———進(jìn)、出水中懸浮固體ＳＳ濃度,ｋｇＳＳ/ｍ3。
　　德國(guó)排水技術(shù)協(xié)會(huì)(ＡＴＶ)制訂的城市污水設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了剩余污泥量的計(jì)算表達(dá)式[1]。此式與式(1)本質(zhì)相同,只是更加細(xì)致,考慮了活性污泥代謝過程中的惰性殘余物(約占污泥代謝量的10%左右)及溫度修正。綜合污泥產(chǎn)率系數(shù)ＹＢＯＤ(以ＢＯＤ計(jì),包含不可降解及惰性ＳＳ沉積項(xiàng))寫作:
　　?。伲拢希?0 6×(1+ＳＳｉＢＯＤｉ)-(1-ｆｂ)×0 6×0 08×θｃ×ＦＴ1+0 08×θｃ×ＦＴ(2)
　　　ＦＴ=1 702(Ｔ-15)(3)
　　　式中ｆｂ———微生物內(nèi)源呼吸形成的不可降解部分,取值0 1;
　　　　?。疲浴獪囟刃拚禂?shù)。
　　比較(1),(2)兩式,可知在ＡＴＶ標(biāo)準(zhǔn)中動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ｙ,Ｋｄ分別取值0．6和0．08ｄ-1,進(jìn)水中不可降解及惰性懸浮固體(ｆＰ部分)占總進(jìn)水ＳＳ的60%。由于剩余污泥中揮發(fā)性部分所占比例與曝氣池中ＭＬＶＳＳ與ＭＬＳＳ的比值大體相當(dāng),因此剩余干污泥量也可以表示成下式:
　　　ΔＸ=ＹｏｂｓＱ(ＢＯＤｉ-ＢＯＤｏ)ｆ(4)
　　　式中ｆ=ＭＬＶＳＳＭＬＳＳ;其他符號(hào)意義同前。
　　式(4)與式(1)是一致的,均需確定Ｙｏｂｓ。
2?。伲铮猓蟮拇_定表觀產(chǎn)率
　?。伲铮猓?Ｙ1+Ｋｄθｃ具有明確的物理含義,我國(guó)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢＪ14-87)第6 ．6．2條明確規(guī)定“在20℃,有機(jī)物以ＢＯＤ計(jì)時(shí),污泥產(chǎn)率系數(shù)Ｙ其常數(shù)為0 ．4～0．8。如處理系統(tǒng)無初次沉淀池,Ｙ值必須通過試驗(yàn)確定?！蓖钸€規(guī)定了Ｋｄ20℃的常數(shù)值0．04～0 ．075ｄ-1。從中可以看出,Ｙ值變化幅度達(dá)100%,Ｋｄ的變化幅度達(dá)87 5%。對(duì)于不設(shè)初沉池的活性污泥系統(tǒng),常常將已有類似污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),作為設(shè)計(jì)上的參考。表1是幾種典型活性污泥工藝Ｙｏｂｓ(或Ｙ,Ｋｄ)取值情況。
　　　　　　　
　　對(duì)于運(yùn)行中的污水處理廠,可通過長(zhǎng)期運(yùn)行工況參數(shù),如θｃ,Ｆ(污泥負(fù)荷,ｋｇＢＯＤ/(ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ))求得Ｙｏｂｓ實(shí)際值,或回歸出適用于該廠的Ｙ,Ｋｄ值。Ｙｏｂｓ用θｃ,Ｆ表示為:Ｙｏｂｓ=1θｃＦ(5)　　據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)并利用式(5)計(jì)算得出的北京市方莊污水處理廠(傳統(tǒng)活性污泥工藝)和酒仙橋污水處理廠(氧化溝工藝)的污泥凈產(chǎn)率系數(shù),見表2。從表2可見,對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥工藝,文獻(xiàn)推薦值與實(shí)際測(cè)定值非常接近;但對(duì)于氧化溝,二者有明顯差距,其它不設(shè)初沉池的活性污泥工藝亦存在著類似的問題。事實(shí)上,由于各個(gè)污水處理廠的運(yùn)行條件千差萬別,必然會(huì)造成Ｙｏｂｓ(或Ｙ,Ｋｄ)不完全相同,有時(shí)差別還很大。
　　　　　　　　　　　
3?。妫泻停娴娜≈?/b>
　　由式(1)可知,為正確估計(jì)和計(jì)算活性污泥工藝中的剩余污泥量,合理確定不可降解及惰性部分占總進(jìn)水ＳＳ的比例是關(guān)鍵。大量的實(shí)踐表明,進(jìn)入曝氣池的懸浮顆粒物質(zhì)除部分有機(jī)物質(zhì)發(fā)生水解而液化外,仍有40%～60%將以剩余污泥的形式排出系統(tǒng)[8]。對(duì)一般城市污水而言,由這部分物質(zhì)所引起的剩余污泥量在排出的總剩余污泥量中占相當(dāng)?shù)谋壤?是不能忽略的。
　　進(jìn)水ＳＳ中不可降解及惰性(無機(jī))部分所占的比例,在德國(guó)ＡＴＶ標(biāo)準(zhǔn)中取0．6。根據(jù)我國(guó)污水處理廠的經(jīng)驗(yàn),此值略高,因此我國(guó)大部分設(shè)計(jì)中取值0 5。根據(jù)酒仙橋廠運(yùn)行參數(shù)計(jì)算得的ｆＰ值為0 42(見表3)。若系統(tǒng)存在初沉池,經(jīng)過初次沉淀后的出水,ｆＰ值會(huì)有所降低,通常為0 3左右(見表4)。
　　　　　　
　　曝氣池的混合液中,揮發(fā)性懸浮固體(ＭＬＶＳＳ)與總懸浮固體(ＭＬＳＳ)的比值ｆ,受系統(tǒng)運(yùn)行條件的影響明顯。對(duì)有初沉池的系統(tǒng),此值通常保持在0 7～0 8之間;若不設(shè)初沉池,ｆ值降低,變化的范圍也更大,一般為0．5～0 ．8,有時(shí)甚至低至0．4。一般說來,氧化溝可保持較高的ｆ值,如酒仙橋廠的ｆ值為0．63。ＳＢＲ則通常穩(wěn)定在0．5左右[10]。
4　Ｙｏｂｓ存在較大差異的原因
　　從本質(zhì)上講,在一個(gè)保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的活性污泥系統(tǒng)中,污泥齡θｃ(通過排泥控制)決定了可能存在的優(yōu)勢(shì)菌群;而有機(jī)物的多寡,營(yíng)養(yǎng)的平衡(在ＭＬＶＳＳ一定時(shí),受進(jìn)水水質(zhì)影響)則決定了微生物總體的生長(zhǎng)水平。ｆ值作為表征活性污泥系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù),既與θｃ,ＭＬＶＳＳ密切關(guān)聯(lián),又受到進(jìn)水水質(zhì)的影響,可以用來解釋Ｙｏｂｓ的變化。
　　由于前述式(1)與式(4)是等同的,忽略ＳＳｏ,ＢＯＤｏ(符號(hào)意義同前),則有:Ｙｏｂｓ+ｆＰＳＳｉＢＯＤｉ=Ｙｏｂｓｆ,從而可建立起Ｙｏｂｓ與ｆＰ,ＳＳｉＢＯＤｉ以及ｆ之間的關(guān)聯(lián):
　　　　　Ｙｏｂｓ=ｆＰ×ＳＳｉＢＯＤｉ×ｆ1-ｆ(6)　　
　　式(6)中,ｆＰ與ＳＳｉＢＯＤｉ體現(xiàn)了進(jìn)水水質(zhì)差異對(duì)污泥產(chǎn)率的影響,有無初沉池是關(guān)鍵因素,ｆ則與運(yùn)行工況緊密聯(lián)系。根據(jù)表4所列城市污水的代表性ｆＰ和ＳＳｉＢＯＤｉ值,通過式(6)繪制Ｙｏｂｓ～ｆ的關(guān)系曲線,見圖1。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　從圖1可以看出,對(duì)無初沉池的活性污泥系統(tǒng),ｆ的微小變化,會(huì)帶來Ｙｏｂｓ的較大改變,特別是當(dāng)ｆ>0 6時(shí)。排泥是污水處理廠的關(guān)鍵操作,因?qū)ξ勰嗯欧帕康目刂撇煌?加之進(jìn)水水質(zhì)的變化,使得ｆ值可能在0 4～0 7甚至更大的范圍內(nèi)變動(dòng),相應(yīng)的污泥產(chǎn)率系數(shù)Ｙｏｂｓ可能低至0 ．3,也可能超過1 ．0,可見排泥過程對(duì)污泥產(chǎn)率的影響極大。
　　對(duì)同一污水處理廠,其運(yùn)行條件是復(fù)雜多變的,而設(shè)計(jì)只是滿足了某種特定狀況,必然造成實(shí)際污泥產(chǎn)率與設(shè)計(jì)存在較大差距;對(duì)不同污水處理廠,即使它們的工藝設(shè)計(jì)完全相同,由于實(shí)際運(yùn)行控制參數(shù)及來水水質(zhì)不同,因此Ｙｏｂｓ也會(huì)有不同。就一般城市污水而言,進(jìn)水ＳＳ與ＢＯＤ濃度大致相同,若不設(shè)初沉池,通常要求ｆ值控制在0 6以下(ｆ>0 6以后Ｙｏｂｓ變化顯著,不利系統(tǒng)運(yùn)行),此時(shí)Ｙｏｂｓ介于0 3～0 6之間,這也是大多數(shù)污水處理廠污泥產(chǎn)率系數(shù)的設(shè)計(jì)取值范圍。
5　結(jié)語
　　(1)在活性污泥工藝設(shè)計(jì)中,正確估算剩余污泥量非常重要,為此需解決兩方面的問題:一是確定污泥產(chǎn)率系數(shù)Ｙｏｂｓ;另一是確定進(jìn)水ＳＳ中不可降解及惰性懸浮固體的比例。
　　(2)對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法,可根據(jù)已有規(guī)范及資料給定的Ｙ,Ｋｄ值,計(jì)算Ｙｏｂｓ;對(duì)不設(shè)初沉池的活性污泥變型工藝,Ｙｏｂｓ會(huì)隨ＭＬＶＳＳ/ＭＬＳＳ比值顯著變化,變化范圍為0 3～1 0?？梢?根據(jù)來水水質(zhì)情況,通過調(diào)整排泥,可明顯影響污泥產(chǎn)率。
　　(3)若城市污水處理廠不設(shè)初沉池,在設(shè)計(jì)時(shí),Ｙｏｂｓ取值介于0 3～0 6之間,且需控制ＭＬＶＳＳ/ＭＬＳＳ比值在0 6以下?！　?4)對(duì)于城市污水,原水ＳＳ中不可降解及惰性懸浮固體的比例,在設(shè)計(jì)中可取50%,經(jīng)初沉池后,通常降至30%左右。
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⊙作者通訊處:100016北京酒仙橋污水處理廠王洪臣　100061北京城市排水集團(tuán)　修回日期:2002 9 20