请教污泥负荷与容积负荷

请教污泥负荷与容积负荷

SBR反应池池容计算系指传统的序批式活性污泥反应池，而不包括其他SBR改进型的诸多反应池(如ICEAS、CASS、MSBR等)池容的计算。
　　现针对存在的问题提出一套以总污泥量为主要参数的综合设计方法，供设计者参考。

　　1 现行设计方法

　　1.1 负荷法
　　该法与连续式曝气池容的设计相仿。已知SBR反应池的容积负荷或污泥负荷、进水量及进水中BOD5浓度，即可由下式迅速求得SBR池容：
　　容积负荷法 V=nQ0C0／Nv (1)
　　Vmin=〔SVI·MLSS／106]·V
　　污泥负荷法 Vmin=nQ0C0·SVI／Ns (2)
　　V=Vmin+Q0
　　1.2 曝气时间内负荷法
　　鉴于SBR法属间歇曝气，一个周期内有效曝气时间为ta，则一日内总曝气时间为nta，以此建立如下计算式：
　　容积负荷法 V=nQ0C0tc／Nv·ta (3)
　　污泥负荷法 V=24QC0／nta·MLSS·NS (4)
　　1.3 动力学设计法
　　由于SBR的运行操作方式不同，其有效容积的计算也不尽相同。根据动力学原理演算(过程略)，SBR反应池容计算公式可分为下列三种情况：
　　限制曝气 V=NQ(C0-Ce)tf／[MLSS·Ns·ta] (5)
　　非限制曝气 V=nQ(C0-Ce)tf／[MLSS·Ns(ta+tf)] (6)
　　半限制曝气 V=nQ(C0-Ce)tf／[LSS·Ns(ta+tf-t0)] (7)
　　但在实际应用中发现上述方法存有以下问题：
　　① 对负荷参数的选用依据不足，提供选用参数的范围过大〔例如文献推荐Nv=0.1～1.3kgBOD5/(m3·d)等〕，而未考虑水温、进水水质、污泥龄、活性污泥量以及SBR池几何尺寸等要素对负荷及池容的影响；
　　② 负荷法将连续式曝气池容计算方法移用于具有二沉池功能的SBR池容计算，存有理论上的差异，使所得结果偏小；
　　③ 在计算公式中均出现了SVI、MLSS、Nv、Ns等敏感的变化参数，难于全部同时根据经验假定，忽略了底物的明显影响，并将导致各参数间不一致甚至矛盾的现象；
　　④ 曝气时间内负荷法与动力学设计法中试图引入有效曝气时间ta对SBR池容所产生的影响，但因其由动力学原理演算而得，假定的边界条件不完全适应于实际各个阶段的反应过程，将有机碳的去除仅限制在好氧阶段的曝气作用，而忽略了其他非曝气阶段对有机碳去除的影响，使得在同一负荷条件下所得SBR池容惊人地偏大。
　　上述问题的存在不仅不利于SBR法对污水的有效处理，而且进行多方案比较时也不可能全面反映SBR法的工程量，会得出投资偏高或偏低的结果。
　　针对以上问题，提出了一套以总污泥量为主要参数的SBR池容综合设计方法。

　　2 总污泥量综合设计法

　　该法是以提供SBR反应池一定的活性污泥量为前提，并满足适合的SVI条件，保证在沉降阶段历时和排水阶段历时内的沉降距离和沉淀面积，据此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的体积，然后根据最大周期进水量求算贮水容积，两者之和即为所求SBR池容。并由此验算曝气时间内的活性污泥浓度及最低水深下的污泥浓度，以判别计算结果的合理性。其计算公式为：
　　? TS=naQ0(C0-Cr)tT·S (8)
　　? Vmin=AHmin≥TS·SVI·10-3 (9)
　　? Hmin=?Hmax-ΔH? (10)
　　? V=Vmin+ΔV? (11)
　　式中?TS——单个SBR池内干污泥总量，kg
　　tT·S——总污泥龄，d
　　A——SBR池几何平面积，m2
　　? Hmax、Hmin——分别为曝气时最高水位和沉淀终了时最低水位，m
　　ΔH——最高水位与最低水位差，m
　　? Cr——出水BOD5浓度与出水悬浮物浓度中溶解性BOD5浓度之差。其值为：
　　? Cr=Ce-Z·Cse·1.42(1-ek1t) (12)
　　式中?Cse——出水中悬浮物浓度，kg/m3
　　? k1——耗氧速率，d-1
　　? t——BOD实验时间，d
　　? Z——活性污泥中异养菌所占比例，其值为：
　　? Z=B-（B2-8.33Ns·1.072(15-T)）0.5? (13)
　　? B=0.555+4.167(1+TS0/BOD5)Ns·1.072(15-T)? (14)
　　Ns=1/a·tT·S? (15)
　　式中?a——产泥系数，即单位BOD5所产生的剩余污泥量，kgMLSS/kgBOD5，其值为：
　　? a=0.6(TS0/BOD5+1)-0.6×0.072×1.072(T-15)1/〔tT·S+0.08×1.072(T-15)? (16)
　　式中TS、BOD5——分别为进水中悬浮固体浓度及BOD 5浓度，kg/m3
　　?T——污水水温，℃
　　由式(9)计算之Vmin系为同时满足活性污泥沉降几何面积以及既定沉淀历时条件下的沉降距离，此值将大于现行方法中所推算的Vmin。
　　必须指出的是，实际的污泥沉降距离应考虑排水历时内的沉降作用，该作用距离称之为保护高度Hb。同时，SBR池内混合液从完全动态混合变为静止沉淀的初始5～10min内污泥 仍处于紊动状态，之后才逐渐变为压缩沉降直至排水历时结束。它们之间的关系可由下式表示：
　　? vs(ts+td-10/60)=ΔH+Hb (17)
　　? vs=650/MLSSmax·SVI? (18)
　　由式(18)代入式(17)并作相应变换改写为：
　　〔650·A·Hmax／TS·SVI〕(ts+td-10/60)=ΔV/A+Hb (19)
　　式中 ?vs——污泥沉降速度，m/h
　　? MLSSmax——当水深为Hmax时的MLSS，kg/m3?
　　ts、td——分别为污泥沉淀历时和排水历时，h
　　式(19)中SVI、Hb、ts、td均可据经验假定，Ts、ΔV均为已知，Hmax可依据鼓风机风压或曝气机有效水深设置，A为可求，同时求得ΔH，使其在许可的排水变幅范围内保证允许的保护高度。因而，由式(10)、(11)可分别求得Hmin、Vmin和反应池容。

　　3 工程算例 ?

　　3.1 设计基本条件
　　某城镇平均污水处理量为10000m3/d，进、出水质见表1。

　　表1 设计进、出水质 项目 CODCr(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) NH3-N(mg/L) NO3-N(mg/L) TP(mg/L) 水温(℃) pH 进水 380 200 200 40 0 4 15 出水 60 20 20 5 5 0.5 6～9
　　3.2 SBR池容计算
　　按前述设计方法及推荐采用的参数，以及提出的总污泥量综合计算法和相应的参数推求公式，依表1的要求进行SBR池容计算。为便于结果比较，该工程设SBR池2座，交替分批进水，周期长6h，Hmax=4.2m，变化系数k2=1.2，计算结果见表2。

　　表2 单个SBR池参数及结果比较 设计参数一法二法三法四法新法 Nv〔kgBOD5/(m3·d)〕 0.50 0.24 Nv〔kgBOD5/(kgMLSS·d〕 0.255 (0.074) (0.074) 0.074 SVI(mL/g) 90 150 (120) (120) 120 MLSSmax(mg/L) 3000 (3235) (3235) 3235 a〔kgMLSS/(kgBOD5·d)〕 0.906 tT·S(d) 15 TS(kg) (12571) (12571) 12571 Z(%) 0.302 ta(h) (3.0) (3.0) ts+td(h) 1.0+1.0 A(m2) 476 438 1984 1798 925 ΔH(m) 3.07 2.85 2.57 2.57 1.62 Vmin(m3) 540 588 3234 2931 2386 V(m3) 2000 1838 8333 7550 3886 ΔV(m3) 1460 1250 5099 4619 1500 HRT(h) 9.6 8.8 40.0 36.2 18.7 注：①一法至四法依次指：容积负荷法、总污泥负荷法、曝气时间内负荷法、动力学设计法，新法系指总污泥量综合设计法；
　　②前四种方法中参数 A、ΔH值系由V及Hmax反推而得，列出目的是为便于比较；
　　③一法和二法中Ns、Nv、SVI值系直接引用相应参考文献中采用的数据，其他方法中凡带( )者为文中假定或移用新法推算值。

　　4 设计方法评价

　　根据表2结果进行合理性分析，对SBR池容设计的各种方法作综合评价如下：
　　① 曝气时间内负荷法和动力学设计法所得池容明显偏大，停留时间过长，ΔH已超出允许范围，实际的MLSSmax仅为1508 mg/L和1655mg/L，要达到假定的活性污泥浓度必须使总污泥龄达30d左右，这样则污泥负荷过小，不利于除磷脱氮。故该两法若用于目前的设计，尚有待改进和完善，但其设想及动力学的理论原理和对SBR池容设计的进步将具有一定的研究价值。
　　② 容积负荷法和总污泥负荷法实质上系属同一种方法，当采用相应参考文献中的设计参数时所得池容偏小、停留时间过短、ΔH也已超出允许范围；当负荷参数采用总污泥量综合设计法的公式推算值时，则所得SBR池容趋于合理、偏差缩小，但仍然存有ΔH、Hmax等参数与沉降速度、沉淀面积及保护高度之间的关系相脱节的缺陷，最终将影响处理效果。
　　因此该两法宜谨慎采用，特别是对公式中的负荷参数应以通过计算代替假设，但对式(15)应进行修正，以与该两法的计算公式相适应。
　　③ 总污泥量综合设计法中所考虑的因素及出发点均与SBR反应池的功能特性密切结合，避免了前几种方法中所存在的问题及缺陷。通过包括硝化、反硝化和厌氧三个反应阶段所需反应历时及阶段污泥龄的校核计算(方法略)得三个阶段的反应历时分别为2.1、1.4、0.5h；所需污泥龄分别为5、8及10d。而本算例假定总污泥龄为15d，其SBR池容完全能满足进行除磷脱氮的需要，且维持了合理的负荷及活性污泥浓度。
　　④ 从有关参数得知：总污泥量综合设计法SBR池容合理；ΔH在允许范围内；MLSSmax=3235mg/L，在3000～4000mg/L之间；Ns=0.074kgBOD5/(kgMLSS·d)，在0.06～0.10kgBOD5/(kgMLSS·d)范围内；Nn=0.013kgNH3-N/(kgMLSS·d)，符合除磷脱氮负荷要求；MLSSmin=5269mg/L近似于6000mg/L；ΔV/V=38.6%≤40%，符合最佳充水比。
　　该法在所有设计参数中除SVI、ts、td按经验假定外，均依据进水水质由公式推算而得，不会产生与其他现行方法的矛盾。同时在推求池容过程中确定了SBR池的几何尺寸，这是其他方法所不及的。

　　电 话：(0571)88821434 88072824×6910
　　收稿日期：2002-03-22参考资料：1230

I have no idea.

生化需氧量(BOD5)
生化需氧量也是水质有机污染综合指标之一，是指在一定温度(20℃)时，微生物作用下氧化分解所需的氧量。其来源、危害同化学需氧量
4. 1 根据进水有机物负荷选择处理工艺
进水BOD5 负荷较高(如> 250m g.L ) 或生化性能较差时, 可以采用AB 法或水解- 生物接触氧化法、水解- SBR 法等; 进水BOD5 负荷较低时可以采用SBR 法或常规活性污泥法等。
4. 2 根据处理级别选择处理工艺
二级处理工艺可选用氧化沟法、SBR 法、水解好氧法、AB 法和生物滤池法等成熟工艺技术, 也可选用常规活性污泥法; 二级强化处理要求除磷脱氮, 工艺流程除可以选用AO 法、A 2O 法外, 也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、CA SS 法和水解- 接触氧化法等; 在投资有限的非重点流域县城, 可以先建设一级强化处理厂, 采用水解工艺、生物絮凝吸附(即AB 法的A 段) 和混凝沉淀等物化强化一级处理, 待资金等条件成熟后再续建后续生物处理工艺, 形成水解好氧法、AB 法等完整工艺。
4. 3 根据回用要求选择处理工艺
严重缺水地区要求污水回用率较高, 应选择 BOD5 和SS 去除率高的污水处理工艺, 例如采用氧化沟或SBR 工艺, 使BOD5 和SS 均达到20m g.L 以下甚至更低, 则回用处理只需要直接过滤就可以达到生活杂用水标准, 整个污水处理及回用厂流程非常简捷、经济。
如果出水将在相当长的时期内用于农灌, 解决缺水问题, 则处理目标可以以去除有机物为主, 适当保留肥效。
冰冻期长的寒冷地区应选用水下曝气装置, 而不宜采用表面曝气; 生物处理设施需建在室内时, 应采用占地面积小的工艺, 如UN ITAN K 等; 水解池对水温变化有较好的适应性, 在低水温条件下运行稳定, 北方寒冷地区可选择水解池作为预处理; 较温暖的地区可选择各种氧化沟和SBR 法。
地价贵、用地紧张的地区可采用SBR 工艺(尤其是UN TAN K) ; 在有条件的地区可利用荒地、闲地等可利用的条件, 采用各种类型的土地处理和稳定塘等自然净化技术, 但在北方寒冷地区不宜采用。用水解池作为稳定塘的预处理, 可以改善污水的生化性能, 减小稳定塘的面积。
为了节省投资, 应尽量采用国内成熟的, 设备国产化率较高的工艺。
基建投资较小的处理工艺有水解- SBR 法、 SBR 法及其变型、水解- 活性污泥法等。用水解池作预处理可以提高对有机物的去除率, 并改善后续二级处理构筑物污水的生化性能, 可使总的停留时间比常规法少30%。采用水解- 好氧处理工艺高效节能, 其出水水质优于常规活性污泥法。
氧化沟法在用于以去除碳源污染物为目的二级处理时, 与各种活性污泥法相比, 优势不明显, 但用于还须去除氮磷的二级强化处理时, 则投资和运行费用明显降低。
节省运行费用的途径有降低电耗、减少污泥量、减少操作管理人员等。电耗较低的流程有自然净化、氧化沟、生物滤池、水解好氧法等, 污泥量较少的有氧化沟和SBR 等, 自动化程度高、管理简单的流程有SBR 等。综合比较, 在基建费相当的条件下, 运行费用较低的处理方法有氧化沟、SBR、水解好氧法等。
中小规模城市污水处理厂产生的污泥可进行堆肥处理和综合利用, 采用延时曝气的氧化沟法、SBR 法等技术的污水处理设施, 污泥需达到稳定化。
在尽量采用成熟可靠工艺流程的同时, 也要研究开发适用于北方地区中小污水厂的新工艺, 或审慎采用国内外新开发的高效经济的先进工艺技术。城市污水处理新工艺应向简单、高效、经济的方向发展, 各类构筑物从工艺和结构上都应向合建一体化发展。
目前可以重点考虑应用和推广使用的流程有一体化氧化沟技术、CA SS 、UN ITAN K 和膜法等。
城市污水处理工艺应根据污水水质特性、排放水质要求, 以及当地的用地、气候、经济等实际情况, 经全面的技术经济比较后优选确定。处理水量在10 万m 3 以下的城市污水处理厂可以优先考虑的处理工艺有水解- SBR 法、SBR 法、氧化沟法、AB 法、水解- 接触氧化法、AO 法等, 如果条件适宜也可采用稳定塘等自然净化工艺。