封莉，張立秋，王寶貞
( 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱　150090)

　　摘　要：推導(dǎo)了一體式MBR污水處理系統(tǒng)中HRT的計(jì)算公式，并應(yīng)用該公式對(duì)一體式MBR處理生活污水與回用工藝中的HRT進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相一致。
　　關(guān)鍵詞：一體式MBR；HRT；生活污水
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)11-0062-03

　　在一體式MBR處理系統(tǒng)中水力停留時(shí)間(HRT)是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它不僅與系統(tǒng)的處理效果有關(guān)，還直接決定了生物反應(yīng)器容積的大小，進(jìn)而影響到處理工程的基建投資，因此合理地確定HRT具有非常重要的意義。

1?HRT 計(jì)算公式推導(dǎo)

　　 在一體式MBR中，假定進(jìn)水有機(jī)底物的濃度為L₀，出水有機(jī)底物的濃度為Le，進(jìn)、出水流量為Q，則物料平衡如圖1所示。

　　由物料平衡原理可得：
?　　　　QL₀+V（dL/dt）=QLe　　(1)
　　式中?V——生物反應(yīng)器的有效容積
　　　　　dL/dt——有機(jī)底物降解速率
?　HRT計(jì)算公式為：
?　　　　T=V/Q?　　　　(2)
　　將式(1)整理后代入式(2)得：
?　　　　T=-(dL/dt)^-1(L₀-L_e)　　　(3)
　　由式(3)可知，求得HRT的關(guān)鍵是確定有機(jī)底物降解速率dL/dt。生物反應(yīng)器中底物的降解速率和微生物濃度的關(guān)系可用以下方程表示：?
　　　　　dL/dt=-KSL/(K_S+L)　　　　(4)?
　　式中 K——底物最大比降解速度常數(shù)，h^-1
?　　　　S——活性污泥濃度VSS，mg/L
?　　　　L——有機(jī)底物濃度，mg/L
　　　　　KS——飽和常數(shù)，mg/L
　　微生物的增殖速率與有機(jī)底物的減小速率之間存在如下關(guān)系：
　　　　　dS/dt=-YdL/dt　　　(5)
　　式中?Y——污泥產(chǎn)率系數(shù)，mgVSS/mgBOD
?　　　　Y與微生物比增殖速率μ有如下關(guān)系：
　　　　　 1/Y=m/μ+1/YG　　　(6)
　　式中?m——維持常數(shù)，h-1
?　　　　YG——真污泥產(chǎn)率系數(shù)，mgVSS/mgBOD
　　根據(jù)米—門方程式，比增殖速率μ與底物濃度L存在如下關(guān)系：
?　　　　μ=μm［L/(KS+L)］　　(7)
　　式中?μm——微生物最大比增殖速率，h^-1
　　整理式(5)、(6)、(7)得：
　　

?　將式(9)代入式(4)得出dL/dt，再將dL/dt代入式(3)就得到了HRT的計(jì)算公式：

　　式中?S₀——活性污泥的初始濃度，mg/L?
　　上面推導(dǎo)出的HRT計(jì)算公式比較復(fù)雜，且影響因素也很多，應(yīng)用起來很不方便，為此仿照張紹園^［1］對(duì)分離式MBR中HRT計(jì)算公式的簡化方法對(duì)式(10)進(jìn)行簡化處理，得：?
?　　　　　T=(L₀-L_e)(KS+Le)／KLeS₀　　　　　(11)?
　　由式(11)可知，簡化后一體式MBR的HRT計(jì)算公式與完全混合式曝氣池的水力停留時(shí)間計(jì)算公式^［2］在形式上是一樣的。污水在生物反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間與進(jìn)出水有機(jī)物濃度、反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度、飽和常數(shù)KS、有機(jī)物最大比降解速度常數(shù)K等參數(shù)有關(guān)。?

2?HRT計(jì)算公式的驗(yàn)證

　　在利用式(11)計(jì)算一體式MBR處理不同類型污水的HRT時(shí)，須先通過試驗(yàn)確定該污水的KS、K值，然后根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物濃度L₀、要求出水的有機(jī)物濃度L_e和生物反應(yīng)器內(nèi)要控制的活性污泥濃度S₀來計(jì)算得出HRT值。?
2.1　試驗(yàn)裝置?
　　試驗(yàn)裝置如圖2所示。

　　模擬生活污水水質(zhì)配制而成的原水貯存在高位水箱中，高位水箱出水進(jìn)入平衡水箱(通過浮球閥保持進(jìn)、出水平衡)。生物反應(yīng)器依靠出水管與其內(nèi)液面的高差ΔH自流出水，故改變?chǔ)即可改變膜組件的通量。反應(yīng)器底部設(shè)曝氣裝置。?
2.2　原水水質(zhì)?
　　原水由直鏈淀粉、蔗糖、牛肉膏、蛋白胨、NH₄Cl、Na₂HPO₄、NaH₂PO₄等配制而成，BOD₅平均為266mg/L。?
　　23KS、K值 的確定將式(11)進(jìn)行變形得：
?　　　Le=TLeS₀K/(L₀-Le)-KS　　(12)?
　　控制進(jìn)水有機(jī)物濃度L₀近似為一常數(shù)，通過調(diào)整進(jìn)水流量控制污水在生物反應(yīng)器中的HRT分別為10h、8h、6h、4h，然后測定系統(tǒng)穩(wěn)定后出水的有機(jī)物濃度Le和反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度S₀，測定結(jié)果見表1。

表1　不同HRT時(shí)的Le和S₀值 HRT(h) 10 8 6 4 Le(mg/L) 8.56 9.21 9.98 10.6 S₀(mg/L) 3150 3 950 5100 7400 TLeS₀/(L₀-Le)(h·mg/L) 1048 1133 1193 1228

　　根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，以TLeS₀/(L₀-Le)為橫坐標(biāo)、Le為縱坐標(biāo)描出各點(diǎn)。結(jié)果如圖3所示。?

　　圖3圖解法確定常數(shù)K及KS對(duì)圖中各點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得出直線方程，求出斜率和截距，即得K和K_S分別為0.011h^-1和3.204 h^-1。?
2.4?HRT的計(jì)算
　　將K和K_S代入式(11)得：?
　　　　　T=(L₀-L_e)/(3.204+Le)/0.011L_eS₀　　 (13)?
　　式(13)即為HRT的計(jì)算公式。可見，在進(jìn)水濃度L₀一定的前提下，HRT僅與出水有機(jī)物濃度和反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度S₀有關(guān)，即出水有機(jī)物濃度越低則HRT越大，反應(yīng)器內(nèi)S₀越大則HRT越小。在應(yīng)用一體式MBR處理生活污水并回用工藝中，活性污泥濃度一般控制在6000mg/L左右，出水BOD₅若要滿足雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)即Le＜10mg/L，則可根據(jù)式(13)計(jì)算出最短HRT為5.12h。?
2.5?HRT對(duì)BOD₅去除效果的影響
　　在水溫為24℃、進(jìn)水pH值為6.5～7.5、反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度為6000mg/L左右的條件下，HRT對(duì)BOD₅去除效果的影響如圖4所示。?

　　由圖4可知，出水BOD₅濃度隨著HRT的減小而增加，當(dāng)HRT=6h時(shí)出水的BOD₅為9.64mg/L；當(dāng)HRT=4h時(shí)出水的BOD₅為11.3mg/L，已不能滿足雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這與前面的理論計(jì)算結(jié)果——最短的HRT為5.12h基本一致。

3　結(jié)語

　　①運(yùn)用微生物反應(yīng)原理和物料平衡原理推導(dǎo)出了一體式MBR工藝中HRT的計(jì)算公式：T=(L₀-L_e)(K_S+Le)/KLeS₀，如果某特定種類的污水K與K_S為一定值，則HRT僅與進(jìn)、出水有機(jī)物濃度、反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度有關(guān)。?
　　②利用求得的HRT計(jì)算公式，對(duì)一體式MBR處理生活污水并回用工藝中的HRT進(jìn)行了理論計(jì)算，得出在進(jìn)水有機(jī)物濃度L₀平均為266mg/L、反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度S₀為6000mg/L左右的條件下，出水若要滿足雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)即Le＜10mg/L，則最短的HRT為5.12h，這與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相一致。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］張紹園.膜生物反應(yīng)器水力停留時(shí)間的確定及其影響因素分析［J］.環(huán)境科學(xué)，1997，18(6)：35-38.?
　　［2］張自杰.排水工程(下，第4版)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

　　電　　話：(0451)641967113936163975
　　收稿日期：2002-04-05