活性污泥法中污泥产率的计算

11活性污泥法中污泥产率的计算吴凡松彭永臻（中国市政工程华北设计研究院）（北京工业大学环境与能源工程学院）提要：根据IAWQ活性污泥模型确定的原理，推导出活性污泥系统中污泥产率的计算公式，并通过实例验证，当系统中设置初沉池或不设初沉池时应采用不同的计算公式。关键词：IAWQ活性污泥模型ATVA131标准污泥产率初沉池引言文中的污泥产率是指污泥的净产率，而非表观产率，它是生物处理系统产生的污泥量(MLSS)与进入生物系统的BOD5数量的比值。对于按泥龄法设计的活性污泥系统，污泥产率是最重要的设计参数之一。在泥龄和MLSS浓度确定的情况下，按照以下公式即可计算出生物池容积：V=Q·BOD5·Yt·θc／X式中：Q——生物处理系统设计流量，m3／d；BOD5—进入生物处理系统的BOD5浓度，kg／m3；Yt——污泥产率，kgMLSS／kgBOD5；θc——泥龄，d；X——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，g／L；设计中污泥产率通常按公式法求算，有时也可按经验选取。1污泥产率公式的推导关于活性污泥产率的计算方法，可依据IAWQ活性污泥模型进行推导。该模型中有机物和污泥挥发性组分均采用COD作为计量参数，考虑到习惯性问题和实用化，这里仍采用BOD5作为可生物降解有机物的计量参数，采用SS或VSS作为污泥的计量参数。对于特定污水，这些参数与COD之间存在定量换算关系。（1）根据IAWQ活性污泥模型确定的原理，来自进水中的固定性悬浮固体（FSS）和不可生物降解VSS将全部截留在活性污泥絮体内，由此产生的污泥量（XI）可由下式求得：XI=Q·SS·（1-fV+fV·fNV）（1）式中：fV——进水SS中挥发份所占比例，我国城市污水典型实测值为0.5～0.65；fNV——进水VSS中不可好氧生物降解部分所占比例，典型值为0.2～0.4。SS——进入生物处理系统的SS浓度，kg／m3；（2）活性污泥中的活性部分包括异养微生物和自养微生物。异养微生物（XB·H）由可生物降解有机物转化而来，其产生量为：XB·H=Q·BOD5·YH/（1+Θc·bH）（2）式中：YH——异养微生物产率系数kgVSS/kgBOD5，典型取值范围0.6～0.75bH——异养微生物内源衰减系数，15℃时取值0.08d-1，温度系数1.072。如有硝化发生，可用下式求算硝化菌量（自养菌XB·A）XB·A=Q·TKN·YA/（1+Θc·bA）（kgVSS/d）（3）式中：TKN——在生物处理系统中，通过硝化作用去除的TKN浓度，kg/m3。YA——硝化菌的产率系数，0.1kgVSS/kgNH3-N22bA——硝化菌衰减系数，20℃时取值0.04d-1，温度修正系数1.03（3）微生物进入内源呼吸状态后产生的内源衰减残留物含量（XP），由下式求得：Xp=fp·bHΘc·XB·H(kgVSS/d)（4）式中：fp——微生物体不可生物降解部分所占比例忽略微生物体的无机成份含量和硝化菌的内源残留物含量，生物处理系统的活性污泥产量XT为：XT=XI+XB·H+XB·A+XP（5）由于XB·A数值较小，XB·A/XT=2～3%，可以忽略，则XT=XI+XB·H+XP（6）把(1)、(2)、(4)式代入(6)式得：XT=Q.SS.(1-fv+fv.fNV)+(1+fp.bH.θc)[(Q.BOD5.Yh)/1+θc.bH（7）用进水BOD5总量除XT，可得到单位BOD5去除所产生的活性污泥量，即Yt=(1+fp.bH.θc([YH/1+θc.bH)]+[SS/BOD5](1-fv+fv.fNV)（8）对（8）式右边第一项进行变形得：（1+fp.bH.θc）［YH/（1+θc.bH)]=YH-[(1-fp)θc.bH.YH]/(1+θc.bH)（9）（8）式变为：（10）根据经验，fp=0.1，bH=0.08×1.072T-15，YH=0.6，因此，(10)式变为：（11）若令1-fV+fV·fNV=0.6，则（11）式变为：（12）该式即为德国水污染控制联合会推荐的污泥产率计算公式(ATVA131标准)，在设计的前期阶段可用于估算系统的污泥产率。2问题与讨论从(11)式可以看出，系统污泥产率与温度和泥龄相关，温度升高、泥龄增大，微生物分解加剧，从而导致污泥产率降低。污泥产率不仅同SS/BOD5的比值有关，还同悬浮物（SS）的组成有关。若悬浮物中可生化组分比例高，33则系统污泥产率低。由于我国地域辽阔，生活污水水质相差较多，再加上污水厂进水中工业污水比例各不相同，因此若想准确预测污泥产率，除了掌握进水SS和BOD5，尚需准确测定fV和fNV的值。另外，系统中是否设置初次沉淀池，对生物处理系统污泥产率也有影响。这一点通过下面的例子可以看出。已知某城市污水，BOD5=200mg/L，SS=250mg/L，fV=0.6，fNV=0.3SS中可沉部分占50%，可沉部分fV=0.5，fNV=0.3，不可沉部分占50%，不可沉部分fV=0.7，fNV=0.3。另外假设BOD5可沉部分占25%，系统设计水温10℃，设计泥龄17天。分别计算有、无初沉池时生物系统的污泥产率。（1）系统不设初沉池按照ATVA131计算公式（即公式（12））：Yt=1.09kgMLSS/kgBOD5按照公式（11）：1-fV+fV·fNV=1-0.6+0.6x0.3=0.58Yt=1.07kgMLSS/kgBOD5系统设初沉池按照ATVA131计算公式：Yt=0.84kgMLSS/kgBOD5按照公式（11）：1-fV+fV·fNV=1-0.7+0.7·0.3=0.51Yt=0.77kgMLSS/kgBOD5从上例可以看出，对城市污水，当系统不设初沉池时，可以直接用公式（12）估算污泥产率；但当系统中设有初沉池时，由于此时进入生物池的悬浮物中挥发性组分比例增高，按公式(12)计算的污泥产率偏大。根据笔者经验，此时可采用如下的计算公式：对公式(11)，取(1-fV+fV·fNV)=0.5，得到：(13)