2022年活性污泥工艺方案计算方法探讨.docx

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1、精品学习资源活性污泥工艺的设计运算方法探讨活性污泥工艺是城市污水处理的主要工艺，它的设计运算有三种方法：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，运算结果的精确度不同，直接关系到设计水平、基建投资和处理牢靠性；正由于如此，国内外专家都在进行大量细致的讨论，力求找出一种精确度更高而又便于操作的运算方法；1 污泥负荷法这是目前国内外最流行的设计方法，几十年来，运用该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，甚至是比较严峻的缺陷，影响了设计的精确性和可操作性；污泥负荷法的运算式为 1： V=24LjQ1000FwNw=24LjQ

2、 1000Fr1污泥负荷法是一种体会运算法，它的最基本参数Fw 曝气池污泥负荷 和 Fr 曝气池容积负荷 是依据曝气的类别依据以往的体会设定，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畴，例如我国的规范对一般曝气举荐的数值为：Fw=0.2 0.4 kgBOD/kgMLSS d Fr=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，假如其他条件不变，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，基建投资也就相差许多，在这个范畴内取值完全凭体会，对于体会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

3、泥负荷法的另一个问题是单位简洁混淆，譬如我国设计规范中 Fw的单位是 kgBOD/kgMLSS d， 但设计手册中就是 kgBOD/kgMLVSSd，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就只是有机悬浮固体的浓度，对于生活污水，一般MLVSS=0.7MLS，S 假如单位用错，算出的曝气池容积将差 30%；这种混淆并非不行能，例如我国设计手册中举荐的一般曝气的Fw为 0.2 0.4kgBOD/kgMLVSSd2，其数值和设计规范完全一样，但单位却不同了；设计中常常遇到不知到底 用哪个单位好的问题，特殊是设计体会不足时更是无所适从，加上近年来污水脱氮提上了日程，

4、当污水要求硝化、反硝化时，Fw、Fr 取多少合适呢 .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形来看，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值高达 300400 mg/L ，有的就低到不足 100 mg/L ，有的污水 SS/BOD值高达 2 以上，有的 SS值比 BOD值仍低；污泥负荷是以MLSS为基础的，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，按污泥负荷法运算曝气池 容积是相同的，但

5、当 SS/BOD值差异很大时， MLVSS也相差很大，实际的生物环境就大不相同，处理成效也就明显不同了；综上所述，污泥负荷法有待改进；因此，国际水质污染与掌握协会IAWQ组织各国专家，于 1986 年欢迎下载精品学习资源首次推出活性污泥一号模型 简称 ASM13， 1995 年又推出了活性污泥二号模型 简称 ASM24、 5；2 数学模型法数学模型法在理论上是比较完善的，但在详细应用上就存在不少问题，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纳的设计方法，而在我国仍没有实际应用于工

6、程，仍停留在讨论阶段；数学模型法的主要问题是模型中有许多系数和常数， ASM1中有 13 个， ASM2中有 19 个，它们都需要设计人员依据实际污水水质和处理工艺的要求确定详细数值，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，假如这些参数有误，就直接影响到运算结果的精确性和牢靠性；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，特殊是污水中的有机物成分差别很大，盲目套用国外的参数值确定是不行的；因此，要将数学模型法应用于我国的污水处理设计，必需组织力气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有用化；然

7、而，从我国目前情形看，数据分析和积存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，明显， 要在我国应用数学模型法仍需做大量的工作，仍需要相当长的时间；3 泥龄法3.1 泥龄法的运算式设计规范中提出了按泥龄运算曝气池容积的运算公式1： V= 24QcYLj-Lch1 000Nwv1+Kd c2设计规范对式中几个关键参数提出了举荐值：Y=0.4 0.820 ，有初沉池 Kd=0.04 0.07520 当水温变化时，按下式修正：Kdt=Kd20 tt-203式中t 温度系数， t=1.02 1.06c高负荷取 0.

8、2 2.5 ，中负荷取 5 15，低负荷取 2030可以看出，它们的取值范畴都很宽， Y 值的变化幅度达 100%，Kd 值的变化幅度达 87.5%， c 值的变化幅度从 50%到几倍，实际运算时很难取值，这也是泥龄法在我国难以推广的缘由之一；为了使泥龄运算法有用化，笔者依据自己的设计体会，建议采纳德国目前使用的 ATV标准中的运算公式，并对式中的关键参数取值结合我国详细情形适当修改；实践证明，按该公式运算概念清楚，特殊便于操作，运算结果都能满意我国规范的要求，不失为一种简洁、可信而又非常有效的设计运算方法；其基本运算公式为：V=24QcYLj-Lch1000Nw4欢迎下载精品学习资源式中Y污

9、泥产率系数 kgSS/kgBODQ、Lj 、Lch 值是设计初始条件，是反映原水水量、水质和处理要求的，在设计运算前已经确定；泥龄c 是指污泥在曝气池中的平均停留时间，其数值为：c=VNw W5式中W剩余污泥量， kgSS/dW=24QYLj-Lch 10006依据以上运算式，采纳泥龄法设计运算活性污泥工艺时，只需确定泥龄 c、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NwMLSS即 可求出曝气池容积V；与污泥负荷法相比，它用 泥龄c 取代 Fw或 Fr 作为设计运算的最基本参数，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 或 19 个参数数据；3.2 泥

10、龄的确定泥龄是依据理论同时又参照体会的累积确定的，依据处理要求和处理厂规模的不同而采纳不同的泥龄，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 1德国标准中活性污泥工艺的最小泥龄欢迎下载精品学习资源处理目标d处理厂规模 5 000 m3/d25 000 m3/d欢迎下载精品学习资源无硝化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、污泥稳固25不举荐注 VD/V 为反硝化池容与总池容之比；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，

11、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成效有两方面的关系：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，对有机污染物降解越完全，处理成效越好；另一方面是泥龄长短对微生物种群有挑选性，由于不同种群的微生物有不同的世代周期，假如泥龄小于某种微生物的世代周期，这种微生物仍来不及繁衍就排出池外，不行能在池中生存， 为了培育繁衍所需要的某种微生物，选定的泥龄必需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

12、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，就必需有缺氧段 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；上述关系的量化已表达在表1 中；无硝化污水处理厂的最小泥龄挑选4 5 d ，是针对生活污水的水质并使处理出水达到BOD=30 mg/L和 SS=30 mg/L 确定的，这是多年实践体会的积存，就像污泥负荷的取值一样；欢迎下载精品学习资源有硝化的污水处理厂，泥龄必需大于硝化菌的世代周期，设计通常采纳一个安全系数，以确保硝化作用的进行，其运算式为：c=F式中 c满意硝化要求的设计泥龄，d F安全系数，取值范畴2.0 3.

13、0 ，通常取 2.3 1/ o硝化菌世代周期，d o硝化菌比生长速率， d-1o=0.47 1.103T-158式中T设计污水温度，北方地区通常取10 ，南方地区可取 1112 代入式 8 得：o=0.47 1.10310-15=0.288/d再代入式 7 得： c=2.3 1 0.288=7.99 d运算所得数值与表 1 中的数值相符；表 1 是德国标准，但它的理论依据和体会积存具有普遍意义，并不随水质变化而转变，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=

14、Lj YLj -Lch9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纳泥龄法进行活性污泥工艺设计运算时，精确确定污泥产率系数Y 是非常重要的，从式4 中看出，曝气池容积与 Y 值成正比， Y 值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，其运算式为：W=24QcNh 1000+QsNs10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剩余污泥量最好是实测求得；从

15、式10 可以看出，对于正常运行的污水处理厂，Q、Nch、Qs 及 Ns 值都不难测定，这样就能求出W和 Y 值；问题在于设计时仍没有污水处理厂，只有参照其他类似污水处理厂的数值；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 值不行能一样，特殊是许多城市污水处理厂由于资金短缺等缘由，运行往往不正常，剩余污泥量 W的数值也测不精确，这势必影响设计的精确性和牢靠性；从理论上分析，污泥产率系数与原水水质、处理程度和污水温度等因素有关；第一，污泥产率系数本来的含义是肯定量 BOD降解后产生的 SS；由于是有机物降解产物，这里的SS 应当是 VSS，即挥发性悬浮固体，但污水中仍有相当数量的无机

16、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 VSS，因此在确定污泥产率系数时，必需考虑原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，有机物降解越完全，微生物的衰减也越多，这导致剩余污泥量的削减；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，将使剩余污泥量削减；对于各种因素的影响，可依据理论分析通过试验建立数学方欢迎下载精品学习资源程式，其运算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，按这个方程式运算出的 Y 值已正式写进 ATV

17、标准中；Y=0.6Nj Lj+1-0.0720.6 cFT 1+0.08 cFT11 F=1.072T-1512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，与前面的运算取相同数值可以看出， Nj/Lj值反映了污水中无机悬浮固体和难降解悬浮固体所占比重的大小，假如它们占的比 重增大，剩余污泥量自然要增加，Y 值也就增大了； c 值影响污泥的衰减，c 值增长，污泥衰减得多， Y 值相应削减；温度的影响表达在FT 值上，水温增高， FT 值增大， Y 值减小，也就是剩余污泥量削减；这个方程式对我国具有参考价值；由于我国的生活习惯与西方国家差异很大，污水中有机物比重低， 有机物

18、中脂肪比例低，碳水化合物比例高，因而产泥量也不会完全相同；依据国内已公布的数据和笔者的体会，我国活性污泥工艺污水处理厂的剩余污泥产量比西方国家要少，因此，式11 中须乘上一个修正系数 K：Y=K0.6NjLj+1-0.072 0.6 cFT） 一般取 K 0.8 0.9 ；在目前缺乏我国自己的Y 值运算式的情形下，笔者认为采纳式13 运算 Y 值是可行的；3.4 MLSS的确定不管采纳哪种设计运算方法，都需要合理确定MLSS；在其他条件不变的情形下，MLSS增大一倍，曝气池容就减小一倍；MLSS减小一倍，曝气池容就增大一倍；它直接影响基建投资，因此需要谨慎确定；在设计规范和手册中，对MLSS值

19、举荐了一个选用范畴，如一般曝气是1.5 2.5 kg/m3 ，延时曝气是2.5 5.0 kg/m3 ，变化幅度都比较大，设计时不好操作；为了选定合适的MLSS值，有必要弄清影响它的因素；MLSS不能选得过低，主要有三个缘由：MLSS过低，曝气池容积 V就要相应增大，在经济上不利；MLSS过低，曝气池中简洁产生泡沫，为了防止泡沫，一般需保持2 kg/m3 以上的污泥浓度；当污泥浓度很低时，所需氧量较少，如MLSS过低，池容增大，单位池容的供气量就很小，有可能满意不了池内混合的要求，势必额外增加搅拌设备；MLSS也不能选得过高，主要是由于：要提高 MLSS，必需相应增加污泥回流比，降低二沉池表面负

20、荷，加长二沉池停留时间，这就要求增大二沉池体积和回流污泥能耗；把曝气池、二沉池和回流污泥泵房作为一个整体来考虑，为使造价和运 行费用总价最低，污泥回流比通常限制在150%以内；对于一般城市污水，二沉池的回流污泥浓度通常为4 8 kg/m3 ，如按最高值约 8 kg/m3 计，回流比为 150%时的曝气池内 MLSS为 4.8kg/m3 ，实际设计中MLSS最高一般不超过 4.5kg/m3 ；污水的性质和曝气池运行工况对MLSS有庞大影响，假如污水中的成分或曝气池的工况有利于污泥 膨胀，污泥指数SVI 值居高不下 如 SVI180 mL/g ，回流污泥浓度就会大大降低，MLSS就必需挑选低值；依

21、据以上分析，在选定MLSS时要照料到各个方面：泥龄长、污泥负荷低，选较高值；泥龄短、污泥负荷高，选较低值；同步污泥好氧稳固时，选高值；欢迎下载精品学习资源有初沉池时选较低值，无初沉池时选较高值；SVI 值低时选较高值，高时选较低值；污水浓度高时选较高值，低时选较低值；合建反应池 如 SBR不存在污泥回流问题，选较高值或高值；核算搅拌功率是否满意要求，如不满意时要进行适当调整；德国 ATV标准对 MLSS值规定了选用范畴，有硝化和无硝化时其 MLSS值是一样的，这不完全符合我国详细情形；我国城市污水污染物浓度通常较低，在无硝化 泥龄短 时假如 MLSS值过高，有可能停留时间过短，不利于生化处理，

22、故将无硝化时的 MLSS值降低 0.5kg/m3 ，举荐的 MLSS值列于表 2；表 2举荐曝气池 MLSS 取值范畴欢迎下载精品学习资源处理目标MLSS有初沉池无初沉池kg/m3欢迎下载精品学习资源无硝化2.0 3.03.0 4.0有硝化 和反硝化 2.5 3.53.5 4.5污泥稳固4.53.5 泥龄法的优缺点泥龄法是体会和理论相结合的设计运算方法，泥龄 c 和污泥产率系数 Y 值的确定都有充分的理论依据，又有体会的积存，因而更加精确牢靠；泥龄法很直观，依据泥龄大小对所选工艺能否实现硝化、反硝化和污泥稳固一目了然；泥龄法的运算中只使用MLSS值，不使用 MLVSS值，污泥中无机物所占比重的

23、不同在参数Y 值中表达，因而不会引起两者的混淆；泥龄法中最基本的参数泥龄 c 和污泥产率系数 Y 都有变化幅度很小的举荐值和运算值，操作起来比选定污泥负荷值更便利简洁；泥龄法不像数学模型法那样需要确定许多参数，使操作大大简化；运算污泥产率系数 Y 值的方程式是依据德国的污水水质和试验得出的，结合我国情形在应用时需乘以一个修正系数；4 结论活性污泥工艺的设计运算方法有必要从污泥负荷法逐步向泥龄法过渡，最终过渡到数学模型法；在数学模型法有用化之前，泥龄法将发挥重要作用；按泥龄法运算用式4 ，该式与设计规范中的运算式相比，Nw 与 Nwv的转换和污泥衰减的影响在Y值的运算中考虑，这样理论意义更加清楚，使用起来更加便利；德国 ATV标准中举荐的泥龄选用数据 见表 1是依据有机物降解和微生物生长规律结合实际体会产生的，不涉及污水的详细水质变化，在我国有有用价值；污泥产率系数Y 值的运算式 11 有充分的理论依据，但它是用德国污水试验得出的，为了适用于我国，须乘以修正系数，修正后的运算式13 可用于实际设计运算；MLSS的取值在设计规范中有规定，但范畴较大，不太好操作，建议参照表2 中的数据选用，相互对比检验；建议对我国有肯定代表性的城市污水进行试验讨论，推出自己的Y 值运算方程式，使泥龄法的有用基础更加扎实牢靠；欢迎下载精品学习资源欢迎下载