活性污泥法剩余污泥量的计算

随着氮磷去除要求的不断提高，污泥泥龄已成为活性污泥法设计和运行的关键参数，而如何计算剩余污泥量是计算污泥泥龄的关键。国内的计算方法，无论是动力学法还是经验法，都只考虑由降解有机物BOD5所产生的污泥增殖，没有考虑进水中惰性固体对剩余污泥量的影响，计算所得剩余污泥量往往偏小。本文介绍德国废水工程学会(ATV)和美国Eckenfelder等人提出的剩余污泥量计算方法。?
1　 国外剩余污泥量计算方法
1.1 德国排水工程学会的剩余污泥计算模式?
　　德国排水工程学会颁布的活性污泥法设计规范(1991)将剩余污泥分为：?
　　① 由降解有机物而引起的异养性微生物的污泥增殖量(不计自养性微生物的增殖)；?
　　② 活性污泥代谢过程惰性残余物(约占污泥代谢量的10%左右)；?
　　③ 曝气池进水中不能水解/降解的惰性悬浮固体，其量约占悬浮固体浓度的60%左右。
　　因此，剩余污泥量可表达为：
       
　　式中　　X=(YH•Q•BOD5,i-bH•X•MLSS•V•fT,H)/SP 　　　　　　(2)
　　由于 　SP=MLSSV/Θc　　　　　　　(3)
　　联立式(1)、(2)、(3)即可求得剩余污泥量：
　　SP=YH•Q•BOD5,i+0.6•Q•SS-0.9•bH•YH•Q•BOD5•fT,H/[1/Θc+bH•fT,H]　(4)
　　折算到每去除1kgBOD5的污泥产量SPt为：
　　SPt=YH-0.9•bH•YH•fT,H/[1/Θc+bH•fT,H]+0.6•SSi/BOD5　　　　　　(5)
　　式中　Q——进水流量，m3/d
　　　　　X——异养性微生物在活性污泥中所占的比例
　　　　　V——曝气池容积，m3
　　　　　Θc——污泥泥龄，d
　　　　　YH——异养性微生物的增殖率，kgDS/kgBOD5,YH=0.6
　　　　　bH——异养性微生物的内源呼吸速率（自身氧化率），bH=0.08L/d
　　　　　fT,H——异养性微生物生长温度修正系数，fT,H=1.072(T-15）（T为温度，℃）
　　　　　SSi——瀑气池进水悬浮SS浓度，kg/m3
　　　　　BOD5，i——进水BOD5浓度，kg/m3
　　　　　MLSS——污泥浓度，kg/m3
通常YH=0.6、hH=0.08L/d，公式可写成：

　　
　　
从式(6)可以看出，剩余污泥产率(每去除1kgBOD5产生的剩余污泥量)取决于曝气池进水SS/BOD5值、水温、污泥泥龄等因素。
1.2 美国Eckenfelder剩余污泥计算模式
　　该模式由Eckenfelder和Goronszy等人提出(1991)，主要出发点是将剩余污泥划分为有机部分和无机惰性物质两个部分，然后分别计算。
1.2.1 剩余污泥中的有机部分?
　　剩余污泥中的有机物质主要来自微生物的增殖以及进水中的部分未降解有机固体颗粒物质。剩余污泥量包括的各项可用公式分别求得：
　　① 异养性微生物的增殖
　　dVH＝Q•(fso1•BODi-BODe-2.9•ND)•YH (好氧条件下) 　　　　(7)?
　　　　　+2.9•ND•Q•YDN (缺氧条件下) 　　　　　　　　　　　　　　(8)?
　　　　　+Q•YH•VSSi•fde•fdb?(进水可降解有机物中，已降解的部分污泥增殖)　 (9)?
　　这里，在可降解颗粒物质中，已经降解的部分
?　fde＝1-e-kh,T•ΘC 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10)?
　　式中 kh,T——温度为T时可降解VSS的水解速率常数，
　　　? kh,T＝0.15•1.072(T-15)
　　因此，异养性微生物增长总方程式为：
　　　?dVH＝Q•YH(fso1•BODi-BODe-2.9•ND+VSSi•fdb•fde)+Q•YDN(29•ND)?(11)?
　　式中　BODi、BODe——曝气池进、出水BOD5浓度，kg/m3?
　　　　　VSSi——曝气池进水VSS浓度,kg/m3
　　　　?YDN——异养性微生物在缺氧条件下的增殖率，kgDS/kgBOD5，YDN略低于YH，计算时一般YDN＝YH
?　　　　ND——反硝化氮量?
　　　　　fso1——溶解性BOD5所占比例?
　　　　　fdb——在进水挥发性悬浮固体VSS中可降解物质所占的比例，一般为0.75左右。
　　　　　fde——已经降解的部分在可降解有机颗粒物质中所占比例?
　　② 自养性微生物的增殖?
　　　　　　?dVA＝Q•YA•TKNn (12)?
　　式中 ?TKNn——可以硝化的总凯氏氮，kg/m3?
　　　　? YA——自养性微生物的增殖率，kgDS/kgN?
　　由于自养性微生物的增长速率较异养性微生物要小得多，计算时一般可忽略不计。?
　　③ 进水中未降解有机颗粒物质产生的污泥
　　　　　?dVud＝(1-fde)•fdb•VSSi•Q? (13)?
　　④ 进水有机颗粒物质中不可降解部分所产生的剩余污泥
　　dVnd=(1-fdb)•VSSi•Q 　　　　　　(14)
　　⑤ 内源呼吸引起的污泥自身氧化衰减量
　　dVr=-kb•fb•Fdb•MLVSS•V　　　　　(15)
　　式中　kd——活性污泥内源呼吸速率常数，一般kb=0.08L/d
　　　　　fb—曝气池微生物量在MLVSS中所占比例
　　　　　Fdb—曝气池活性污泥中可降解的生物有机固体所占比例
　　　　　MLVSS—曝气池活性污泥浓度，kg/m3
　　曝气池微生物量在MLVSS中所占的比例fb定义为存活的异养性和自养性微生物占曝气池活性污泥浓度MLVSS的比例：
　　fb=(dVH+dVA-dVr)/(dVH+dVA-dVud.dVnd-dVr) (16)
　　曝气池活性污泥中可降角的生物有机固体所占比例Fdb取决于污泥泥龄的大小，泥龄越大污泥老化程度越高，可降解物质的比例就越低：
　　Fdb=fp/(1+kb•(1-fp)•Θc) (17)
　　式中 fb——所产生的生物有机颗粒中可降解的比例，fp=0.8左右
1.2.2 剩余污泥中的无机部分
　　在Eckenfelder模式中，忽略微生物代谢过程中产生的惰性残余物质，认为活性污泥中的惰性物质主要与进水中含有的无机惰性物质有关。
　　剩余污泥中的无机惰性物质
　　dVi=Q(TSSi-VSSi)=Q.TSSi.Fi (18)
　　式中 Fi——进水悬浮固体中无机部分所占的比例，Fi=0.2左右
　　因此，总的剩余污泥量可表示为：
　　SPT=dVH+dVA+dVud+dVnd-dVr+dVi (19)
　　折算到每去除1kgBOD5污泥产量SPt为：
　　SPt=SPT/BODi
2 计算结果比较
　　活性污泥法剩余污泥量与污水处理厂进水水质有密切的关系，我国典型城市污水水质可见表1。
　　在上述进水水质和不同水温及污泥泥龄的条件下，根据德国废水工程协会剩余污泥计算方法所求得的污泥产率见图1。
表1 典型城市污水水质 项目 原污水 经初沉池处理后（ηBOD5=25%） 有机物BOD5（mg/L)
其中：溶解性BOD5
固体性BOD5
溶解性BOD所占比例（%） 200
100
100
50 150
100
50
67 悬浮固体SS（mg/L）
其中：挥发性固体VSS
非挥发性固体NVSS
挥发性SS所占固体NVSS
挥发性SS所占比例（%） 220
168
55
75 100
75
25
75 总氮浓度（mg/L） 40 36
　  
　　在同样水质条件下，按Eckenfelder剩余污泥计算模式所得的剩余污泥产率见图2。

　　上述两种模式分别在两个较为极端的温度及设与不设初沉池的条件下进行剩余污泥产率计算结果的比较，见图3。
　　上述计算结果比较表明，模式所得结果在很大的温度和泥龄范围内基本相等，在温度较低时差别≯5%；当温度较高时，所得结果差别也≯10%?。

3 结论?
　　目前国内活性污泥法污水处理厂仍停留在利用污泥负荷进行设计的阶段，随着污水处理要求的提高，尤其在要求深度去除氮磷等营养盐类物质时，利用污泥泥龄进行工艺设计已成为必然。而采用泥龄进行设计的关键是正确地估计和计算工艺过程中的剩余污泥量，国内计算方法一般仅考虑进入曝气池的BOD物质所引起的污泥增殖而没有考虑进水中悬浮固体对剩余污泥的影响，因此已经不能满足日益精确的工艺设计要求。大量的实践表明，进入曝气池的悬浮颗粒物质除部分有机物质发生水解而液化外，仍有40%～60%将以剩余污泥的形式排出系统。对一般城市污水而言，由这部分物质所引起的剩余污泥量在排出的总剩余污泥量中占相当的比例，是不能忽略的。?
　　德国废水工程学会(ATV)以及美国Eckenfelder等人所建议的活性污泥法剩余污泥计算模式，基本符合污水处理厂的实际运转结果，这些模式是否完全适用于中国的情况尚有待验证。但上述两种计算模式对活性污泥法剩余污泥的组成分析应引起国内同行的重视。

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很牛逼的样子，反正我看不懂