活性污泥法中污泥产率的计算

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 ATV A131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；

1 1

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：

2

2

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0.6～0.75

bH——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-N

bA——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 (kg VSS/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）

3

3

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）

4 4

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(ATV A131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，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。

5 5

（1）系统不设初沉池

按照ATV A131计算公式（即公式（12））：

Yt=1.09 kgMLSS/kgBOD5

按照公式（11）：

1-fV+fV·fNV=1-0.6+0.6x0.3=0.58

Yt=1.07 kgMLSS/kgBOD5

系统设初沉池

按照ATV A131计算公式：

Yt=0.84 kgMLSS/kgBOD5

按照公式（11）：

1-fV+fV·fNV=1-0.7+0.7·0.3=0.51

Yt=0.77 kgMLSS/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，

6

6

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：

7 7

(13)