污水處理廠污泥量計算方法的探討

污水處理廠污泥量計算方法的探討

在處理廢水的過程中，必須伴隨大量污泥的產(chǎn)生。一個完整的廢水處理廠不僅需要處理廢水，還需要一個完整的污泥處理系統(tǒng)。因此，正確的污泥計算是否正確，直接影響到污泥處理設(shè)施的合理設(shè)計。目前，我國污水處理廠的污泥計算理論分析相對統(tǒng)一，但具體的計算公式中的不同參考參數(shù)不同。隨著公式中參數(shù)的選擇和值的不同，污泥量的計算也不同。城市污水二級處理廠的污泥來源主要是初沉污泥和剩余污泥,分別來自初沉池和二沉池.本文主要針對兩種污泥量的計算進行分析討論.1計算初沉污泥體積的初始值初沉池的作用是對污水中密度較大的固體懸浮物進行沉淀分離.初沉污泥主要是懸浮物在重力作用下沉淀形成的,因此初沉污泥量有兩種計算方法.1污水廠回用預(yù)處理W=CηQ(1-Ρ1)ρ(1)2人日期污泥量W=SΝ1000(2)式中:W為初沉污泥量,m3/d;S為每人每日污泥量,L/(人·d);N為設(shè)計人口.選用那個公式取決于設(shè)計的原始資料,在設(shè)計人口不明確的情況下可選用第一種計算方法,初沉池的去除效率一般取50%,污泥含水率為95%～97%.2剩余污泥排除量在活性污泥工藝中,為維持生化反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定,每天需不斷有剩余污泥排出,主要由兩部分構(gòu)成,一是生物污泥,即由降解有機物BOD所產(chǎn)生的污泥增殖;二是非生物污泥,即進水中不可降解及惰性懸浮固體的積累.2.1計算生物污泥的性能2.1.1微生物與內(nèi)源代謝的反差生物污泥是降解有機物產(chǎn)生的活性污泥,是合成代謝與內(nèi)源代謝兩項活動的差值.一方面微生物對可生物降解的有機物通過合成代謝轉(zhuǎn)化為新的細胞物質(zhì),另一方面微生物通過自身內(nèi)源呼吸的作用使細胞物質(zhì)減少.1生物活性污染微生物的表征ΔX1=Y(So-Se)Q-ΚdVXv式中:ΔX1為由降解有機物所產(chǎn)生的污泥增殖,kg/d;V為生物反應(yīng)池的容積,m3;(So-Se)Q為每日的有機污染物降解量,kg/d;Xv為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度(gMLVSS/L);Y為污泥產(chǎn)率系數(shù),即微生物每代謝1kgBOD所合成的MLVSSkg數(shù);Kd為活性污泥微生物的自身氧化率(或衰減系數(shù)),d-1;So為生物反應(yīng)池進水五日生化需氧量,kg/m3.傳統(tǒng)計算法中以污泥濃度作為主要的計算參數(shù),沒有考慮污泥齡等因素對污泥量及污泥組成的影響,若有關(guān)參數(shù)取值不當,可能會出現(xiàn)ΔX<0的計算結(jié)果.2污泥齡和污泥率.群眾式中:θc為污泥齡;Yobs為污泥表觀產(chǎn)率或凈產(chǎn)率系數(shù).其余同前.按上述兩種方法計算的污泥量均反映了降解有機物引起的異養(yǎng)微生物的增值與內(nèi)源呼吸衰減值的差值.隨著氮磷去除要求的不斷提高,污泥齡已成為活性污泥系統(tǒng)設(shè)計和運行的關(guān)鍵參數(shù).污泥齡反映了微生物在反應(yīng)系統(tǒng)中的平均停留時間,泥齡越長,微生物降解有機污染物的時間越長,對有機污染物降解越徹底,同時自身代謝的強度也越大,最終導(dǎo)致污泥產(chǎn)量降低.2.1.2衰減系數(shù)k的計算Y表示微生物降解利用單位質(zhì)量的有機物所產(chǎn)生的細胞原生質(zhì)的量(kgVSS/kgBOD5),宜根據(jù)試驗資料確定,無試驗資料時,一般取0.4～0.8.進水中不同類型的基質(zhì)會引起污泥內(nèi)微生物菌群的變化,不同菌群的微生物其細胞產(chǎn)率系數(shù)不同,這可能是造成污泥產(chǎn)率差異的根本原因;溫度的變化不影響污泥產(chǎn)率的變化,原因可能在于代謝相同基質(zhì)的污泥內(nèi)的微生物菌群相同,因此其細胞產(chǎn)率也相同,不受溫度影響.產(chǎn)率系數(shù)Y的降低將直接減少剩余污泥的產(chǎn)量.衰減系數(shù)Kd表明了單位時間內(nèi)單位質(zhì)量微生物所減少的質(zhì)量,Kd的值取決于微生物種類、所利用的基質(zhì)、溫度的變化.根據(jù)Hebre的內(nèi)源呼吸理論,活性微生物的衰亡速率與微生物量成正比,這是因為細胞的維持能需求是由細胞體自身氧化所提供的.生物量越大,需要的維持能越高,細胞的衰減速率就越快.同時細胞量的減少原因除了內(nèi)源呼吸外,還可能包括食物鏈中的捕食作用、由于不利的環(huán)境條件引起的溶胞現(xiàn)象等.溫度較高的條件下,內(nèi)源呼吸作用較強,導(dǎo)致污泥減量顯著.20℃時Kd的數(shù)值為0.04～0.075,衰減系數(shù)Kd值應(yīng)以當?shù)囟竞拖募镜奈鬯疁囟冗M行修正,并按下列公式計算:式中:KdT為T℃時的衰減系數(shù),d-1;Kd20為20℃時的衰減系數(shù),d-1;T為設(shè)計溫度,℃;θT為溫度系數(shù),采用1.02～1.06.2.1.3溶解bod5濃度兩種方法中都用到了Se,但是Se的取值為要求達到的出水BOD5濃度還是其中溶解性BOD5的濃度,不同參考書選取結(jié)果不同.文獻指出Se應(yīng)為出水BOD5濃度.二沉池的主要作用是泥水分離,實際運行中,會有少量懸浮固體(活性污泥)隨處理水流出.因此要求達到的排放標準中的BOD5包含了溶解性和非溶解性的有機物.在進行污泥量等工藝計算時,Se的取值應(yīng)選擇溶解性的BOD5濃度,才能使計算結(jié)果與實際情況相吻合.關(guān)于溶解性BOD5濃度的計算如下:對于氧化溝工藝:S1=Se-1.42(VSSΤSS)×ΤSS×(1-e-0.23×5)(5)其他活性污泥法:式中:S1為溶解性BOD5的濃度;Se為出水BOD5的濃度;Kd為活性污泥自身氧化系數(shù);f1為二沉池出水SS中的VSS所占比例;SSe為二沉池出水懸浮固體濃度.2.2揮發(fā)性懸浮物濃度由于原污水中有相當量的惰性懸浮固體,它們原封不動地沉積到污泥中,在許多不設(shè)初次沉淀池的處理工藝中其值更甚.計算剩余污泥量必須考慮原水中惰性懸浮固體的含量,否則計算所得的剩余污泥量往往偏小.目前非生物污泥的計算方法有3種:式中:ΔX2為不可降解的有機懸浮物和無機懸浮物,kg/d;SSo為生物反應(yīng)池進水懸浮物濃度,kg/m3;VSSo為生物反應(yīng)池進水揮發(fā)性懸浮物濃度,kg/m3;SSe為二沉池出水懸浮物濃度,kg/m3.SS是指水樣經(jīng)過過濾得到的懸浮固體,即非溶解性固體.VSS是指SS中揮發(fā)性懸浮固體.考慮原水中惰性懸浮固體所占的比例,是準確計算這部分污泥量的關(guān)鍵.式(7)將原水中揮發(fā)性固體全部當作可以生物降解的,事實上可揮發(fā)性懸浮固體中也包含了難生物降解的部分,并且忽略了出水SS中惰性懸浮固體所占比例,這可能就是計算結(jié)果與實際相差所在.式中,fp為懸浮固體污泥轉(zhuǎn)換率.式(8)直接利用參數(shù)fp來衡量,意義明確,但是fp的取值隨進水水質(zhì)、處理工藝以及出水水質(zhì)的不同而發(fā)生變化,沒有較為準確的參考數(shù)據(jù),需要經(jīng)驗和實驗等方法得到.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(jù)我國污水處理廠的經(jīng)驗,此值略高,因此我國大部分設(shè)計中取值0.5.若系統(tǒng)存在初沉池,經(jīng)過初次沉淀后的出水,f值會有所降低,通常為0.3左右.式中:fb為進水VSS中可生化部分的比例;f1為進水SS中VSS所占的比例.式(9)更為精細地考慮了惰性懸浮固體所占的比例,指出了揮發(fā)性懸浮固體中不可生化降解的部分,此方法可以通過實驗確定fb和f1的值,計算結(jié)果可以更加接近實際情況.2.3沉淀區(qū)或沉淀排泥時沉淀區(qū)或沉淀排泥剩余污泥是指從二次沉淀池、生物反應(yīng)池(沉淀區(qū)或沉淀排泥時段)排出系統(tǒng)的活性污泥,所以有ΔX=ΔX1+ΔX2(10)式中,ΔX為剩余污泥量,kg/d.3沉池的設(shè)置及要求城市污水處理廠污泥產(chǎn)量的計算,根據(jù)是否設(shè)有初沉池可按以下方法計算:1)設(shè)有初沉池時,有兩種計算方法:方法(一):Qs=W+ΔX1+ΔX2Xr(11)式中:Qs為每日系統(tǒng)中排出的污泥量,m3/d;W為初沉污泥量,m3/d;Xr為回流污泥濃度,g/L.因為初沉池主要是去除部分懸浮固體,所以當設(shè)計有初沉池,在計算ΔX2時,SSo應(yīng)為進入生化處理工藝的懸浮固體濃度,fp、fb的取值比不設(shè)初沉池時要小,也應(yīng)選用進入生化處理工藝的懸浮固體做實驗來確定.方法(二):Qs=W+ΔX1fXr(12)式中:f為MLVSS/MLSS的值.由于剩余污泥中揮發(fā)性部分所占比例與曝氣池中MLVSS與MLSS的比值大體相當,ΔX1可認為是揮發(fā)性剩余污泥量(kgVSS/d).設(shè)有初沉池時f一般取0.7～0.8.2)不設(shè)初沉池時,污水廠每日產(chǎn)生的污泥量即為剩余污泥量,也有兩種計算方法:方法(一):Qs=ΔX1+ΔX2Xr(13)方法(二):Qs=ΔX1fXr(14)不設(shè)初沉池時,進入好氧池的活性污泥中灰分比例會增加,其MLVSS/MLSS值(即f值)會降低,從國內(nèi)城市污水處理廠的實際運行數(shù)據(jù)來看,f值一般為0.4～0.6,多在0.5左右.4在確定參數(shù)時,簡化計算公式1)城市污水處理工藝中,污泥量為初沉污泥與剩余污泥之和.剩