于麗昕　王洪臣
給水排水　Ｖｏｌ 29　Ｎｏ 8　200323　　　

提要　根據酒仙橋污水處理廠2001年3～10月運行數據及方莊污水處理廠2001年1～6月運行數據,探討了活性污泥工藝中剩余污泥量計算的有關問題。通過建立污泥產率系數與ＭＬＶＳＳ/ＭＬＳＳ比值的關系,論述了污泥產率系數會在較大范圍內變化的原因。
關鍵詞　活性污泥工藝　剩余污泥量　污泥產率系數　
　
　　我國大部分城市(鎮)污水處理廠采用的是傳統活性污泥法或其變型工藝,其生物系統產生的剩余污泥量往往存在著設計值與實際值相差較為懸殊的現象,這在不設初沉池系統的活性污泥工藝,如Ａ/Ｏ法、Ａ2/Ｏ法、ＡＢ法、氧化溝、ＳＢＲ中更為普遍。究其根源,或是污泥產率系數的設計取值與實際運行有差距,或是沒有考慮進水中不可降解及惰性懸浮固體對剩余污泥量的影響。本文就上述兩個問題進行討論。
1　剩余污泥量計算方法
　　在活性污泥工藝中,為維持生物系統的穩定,每天需不斷有剩余污泥排出。它們主要由兩部分構成,一是由降解有機物ＢＯＤ所產生的污泥增殖,二是進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)計算:
　　　ΔＸ=(Ｙ1+Ｋｄθｃ)Ｑ(ＢＯＤｉ-ＢＯＤｏ)+ｆＰＱ(ＳＳｉ-ＳＳｏ)(1)　
　　　式中ΔＸ———系統每日產生的剩余污泥量,　　ｋｇＭＬＳＳ/ｄ;
　　　　　Ｙ———污泥增殖率,即微生物每代謝1ｋｇＢＯＤ所合成的ＭＬＶＳＳｋｇ數;
　　　　　Ｋｄ———污泥自身氧化率,ｄ-1;
　　　　　θｃ———污泥齡(生物固體平均停留時間),ｄ;
　　　　　Ｙ1+Ｋｄθｃ———污泥凈產率系數,又稱表觀產率(Ｙｏｂｓ);
　　　　　Ｑ———污水流量,ｍ3/ｄ;
　　　　　ＢＯＤｉ,ＢＯＤｏ———進、出水中有機物ＢＯＤ濃度,ｋｇＢＯＤ/ｍ3;
　　　　　ｆＰ———不可生物降解和惰性部分占ＳＳｉ　　的百分數;
　　　　　ＳＳｉ,ＳＳｏ———進、出水中懸浮固體ＳＳ濃度,ｋｇＳＳ/ｍ3。
　　德國排水技術協會(ＡＴＶ)制訂的城市污水設計規范中給出了剩余污泥量的計算表達式[1]。此式與式(1)本質相同,只是更加細致,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。綜合污泥產率系數ＹＢＯＤ(以ＢＯＤ計,包含不可降解及惰性ＳＳ沉積項)寫作:
　　　ＹＢＯＤ=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———微生物內源呼吸形成的不可降解部分,取值0 1;
　　　　　ＦＴ———溫度修正系數。
　　比較(1),(2)兩式,可知在ＡＴＶ標準中動力學參數Ｙ,Ｋｄ分別取值0．6和0．08ｄ-1,進水中不可降解及惰性懸浮固體(ｆＰ部分)占總進水ＳＳ的60%。由于剩余污泥中揮發性部分所占比例與曝氣池中ＭＬＶＳＳ與ＭＬＳＳ的比值大體相當,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;其他符號意義同前。
　　式(4)與式(1)是一致的,均需確定Ｙｏｂｓ。
2　Ｙｏｂｓ的確定表觀產率
　　Ｙｏｂｓ=Ｙ1+Ｋｄθｃ具有明確的物理含義,我國《室外排水設計規范》(ＧＢＪ14-87)第6 ．6．2條明確規定“在20℃,有機物以ＢＯＤ計時,污泥產率系數Ｙ其常數為0 ．4～0．8。如處理系統無初次沉淀池,Ｙ值必須通過試驗確定。”同款還規定了Ｋｄ20℃的常數值0．04～0 ．075ｄ-1。從中可以看出,Ｙ值變化幅度達100%,Ｋｄ的變化幅度達87 5%。對于不設初沉池的活性污泥系統,常常將已有類似污水處理廠的運行經驗,作為設計上的參考。表1是幾種典型活性污泥工藝Ｙｏｂｓ(或Ｙ,Ｋｄ)取值情況。
　　　　　　　
　　對于運行中的污水處理廠,可通過長期運行工況參數,如θｃ,Ｆ(污泥負荷,ｋｇＢＯＤ/(ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ))求得Ｙｏｂｓ實際值,或回歸出適用于該廠的Ｙ,Ｋｄ值。Ｙｏｂｓ用θｃ,Ｆ表示為:Ｙｏｂｓ=1θｃＦ(5)　　據實際運行參數并利用式(5)計算得出的北京市方莊污水處理廠(傳統活性污泥工藝)和酒仙橋污水處理廠(氧化溝工藝)的污泥凈產率系數,見表2。從表2可見,對于傳統活性污泥工藝,文獻推薦值與實際測定值非常接近;但對于氧化溝,二者有明顯差距,其它不設初沉池的活性污泥工藝亦存在著類似的問題。事實上,由于各個污水處理廠的運行條件千差萬別,必然會造成Ｙｏｂｓ(或Ｙ,Ｋｄ)不完全相同,有時差別還很大。
　　　　　　　　　　　
3　ｆＰ和ｆ的取值
　　由式(1)可知,為正確估計和計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水ＳＳ的比例是關鍵。大量的實踐表明,進入曝氣池的懸浮顆粒物質除部分有機物質發生水解而液化外,仍有40%～60%將以剩余污泥的形式排出系統[8]。對一般城市污水而言,由這部分物質所引起的剩余污泥量在排出的總剩余污泥量中占相當的比例,是不能忽略的。
　　進水ＳＳ中不可降解及惰性(無機)部分所占的比例,在德國ＡＴＶ標準中取0．6。根據我國污水處理廠的經驗,此值略高,因此我國大部分設計中取值0 5。根據酒仙橋廠運行參數計算得的ｆＰ值為0 42(見表3)。若系統存在初沉池,經過初次沉淀后的出水,ｆＰ值會有所降低,通常為0 3左右(見表4)。
　　　　　　
　　曝氣池的混合液中,揮發性懸浮固體(ＭＬＶＳＳ)與總懸浮固體(ＭＬＳＳ)的比值ｆ,受系統運行條件的影響明顯。對有初沉池的系統,此值通常保持在0 7～0 8之間;若不設初沉池,ｆ值降低,變化的范圍也更大,一般為0．5～0 ．8,有時甚至低至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則通常穩定在0．5左右[10]。
4　Ｙｏｂｓ存在較大差異的原因
　　從本質上講,在一個保持動態穩定的活性污泥系統中,污泥齡θｃ(通過排泥控制)決定了可能存在的優勢菌群;而有機物的多寡,營養的平衡(在ＭＬＶＳＳ一定時,受進水水質影響)則決定了微生物總體的生長水平。ｆ值作為表征活性污泥系統實際運行狀態的參數,既與θｃ,ＭＬＶＳＳ密切關聯,又受到進水水質的影響,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之間的關聯:
　　　　　Ｙｏｂｓ=ｆＰ×ＳＳｉＢＯＤｉ×ｆ1-ｆ(6)　　
　　式(6)中,ｆＰ與ＳＳｉＢＯＤｉ體現了進水水質差異對污泥產率的影響,有無初沉池是關鍵因素,ｆ則與運行工況緊密聯系。根據表4所列城市污水的代表性ｆＰ和ＳＳｉＢＯＤｉ值,通過式(6)繪制Ｙｏｂｓ～ｆ的關系曲線,見圖1。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　從圖1可以看出,對無初沉池的活性污泥系統,ｆ的微小變化,會帶來Ｙｏｂｓ的較大改變,特別是當ｆ>0 6時。排泥是污水處理廠的關鍵操作,因對污泥排放量的控制不同,加之進水水質的變化,使得ｆ值可能在0 4～0 7甚至更大的范圍內變動,相應的污泥產率系數Ｙｏｂｓ可能低至0 ．3,也可能超過1 ．0,可見排泥過程對污泥產率的影響極大。
　　對同一污水處理廠,其運行條件是復雜多變的,而設計只是滿足了某種特定狀況,必然造成實際污泥產率與設計存在較大差距;對不同污水處理廠,即使它們的工藝設計完全相同,由于實際運行控制參數及來水水質不同,因此Ｙｏｂｓ也會有不同。就一般城市污水而言,進水ＳＳ與ＢＯＤ濃度大致相同,若不設初沉池,通常要求ｆ值控制在0 6以下(ｆ>0 6以后Ｙｏｂｓ變化顯著,不利系統運行),此時Ｙｏｂｓ介于0 3～0 6之間,這也是大多數污水處理廠污泥產率系數的設計取值范圍。
5　結語
　　(1)在活性污泥工藝設計中,正確估算剩余污泥量非常重要,為此需解決兩方面的問題:一是確定污泥產率系數Ｙｏｂｓ;另一是確定進水ＳＳ中不可降解及惰性懸浮固體的比例。
　　(2)對傳統活性污泥法,可根據已有規范及資料給定的Ｙ,Ｋｄ值,計算Ｙｏｂｓ;對不設初沉池的活性污泥變型工藝,Ｙｏｂｓ會隨ＭＬＶＳＳ/ＭＬＳＳ比值顯著變化,變化范圍為0 3～1 0。可見,根據來水水質情況,通過調整排泥,可明顯影響污泥產率。
　　(3)若城市污水處理廠不設初沉池,在設計時,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,在設計中可取50%,經初沉池后,通常降至30%左右。
參考文獻
　　1　周雹,周丹,張禮文,于福海.活性污泥工藝的設計計算方法探討.中國給水排水,2001,17(5):45～49
　　2　ＧＢＪ14-87室外排水設計規范
　　3　于爾捷,張杰主編.給水排水工程快速設計手冊—(2)排水工程.北京:中國建筑工業出版社,1996
　　4　張自杰主編.環境工程手冊—水污染防治卷.北京:高等教育出版社.1996
　　5　北京水環境技術與設備研究中心等主編.三廢處理工程技術手冊—廢水卷.北京:化學工業出版社,2000
　　6　婁金生,等編著.水污染治理新工藝與設計.北京:海洋出版社,1999
　　7　朱明權,周冰蓮.ＳＢＲ工藝的設計.給水排水,1998,24(4):6～11
　　8　周冰蓮.活性污泥法剩余污泥量的計算.中國給水排水,1999,15(6):53～55
　　9　姚重華編著.廢水處理單元過程.北京:化學工業出版社,2001
　　10李健,陳雙星,石鳳林,李會元.大型ＳＢＲ工藝啟動特點及活性污泥培養馴化.給水排水,2001,27(5):30～32

⊙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　修回日期:2002 9 20