活性污泥法污泥产量计算

活性污泥工艺的计算方法探讨 摘要对活性污泥工艺的三种设计计算方法:污泥负荷法、泥龄法、数学模型法的优缺点进行了评述,建议现阶段推广采用泥龄法进行设计计算,并对泥龄法基本参数的选用提出了。 关键词活性污泥工艺泥龄法污泥负荷法数学模型法设计计算 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。 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,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] V=24LjQ/1000FwNw=24LjQ/1000Fr(1) 污泥负荷法是一种经验计算法,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,例如我国的对普通曝气推荐的数值为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,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单位容易混淆,譬如我国设计规范中Fw的单位是kgBOD/ (kgMLSS·d),但设计手册中则是kgBOD/(kgMLVSS·d),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的浓度,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,例如我国设计手册中推荐的普通曝气的Fw为0.2~0.4kgBOD/(kgMLVSS·d)[2],其数值和设计规范完全一样,但单位却不同了。设计中经常遇到不知究竟用哪个单位好的问题,特别是设计经验不足时更是无所适从,加上近年来污水脱氮提上了日程,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B OD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300~400 mg/L,有的则低到不足100 mg/L,有的污水SS/BOD值高达2以上,有的SS值比BOD值还低。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,按污泥负荷法计算曝气池容积是相同的,但当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)[3],1995年又推出了活性污泥二号模型(简称ASM2)[4、5]。 2数学模型法 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1 9个,它们都需要设计人员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 设计规范中提出了按泥龄计算曝气池容积的计算[1] V=[24QθcY(Lj-Lch)/1 000Nwv(1+Kdθc)(2) 设计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=1.02~1.06 θc——高负荷取0.2~2.5,中负荷取5~15,低负荷取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,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) Q、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而采用不同的泥龄,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1德国标准中活性污泥工艺的最小泥龄 d 处理目标处理厂规模≤5 000 m3/d≥25 000 m3/d无硝化54有硝化(设计温度:10 ℃)108有硝化、反硝化(10 ℃)VD/V=0.2 VD/V=0.3 VD/V=0.4 VD/V=0.512 13 15 1810 11 13 16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。 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,不可能在池中生存,为了培养繁殖所需要的某种微生物,