城市污水处理厂污泥产率计算公式探讨_陈晓光 5页

第31卷第18期中国给水排水Vol．31No．182015年9月CHINAWATEＲ＆WASTEWATEＲSep．2015城市污水处理厂污泥产率计算公式探讨11，2331，2陈晓光，王硕，聂新宇，陈宇，李激(1．江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡214122;2．江苏省厌氧生物技术重点实验室，江苏无锡214122;3．无锡市高新水务有限公司，江苏无锡214028)摘要:分析比较了我国《室外排水设计规范》、德国排水技术协会(ATV)和国际水协会(IWA)关于城镇污水污泥产率的计算公式，总结了剩余污泥的主要来源，并结合德国ATV中对于除磷产泥量的计算以及我国进水水质中fv值较低的现状，提出基于IWA污泥产率的修正公式。通43过对无锡市某污水处理厂2014年污泥产率的核算，可知修正公式核算值2．32tDS/10m与实际43值2．33tDS/10m基本一致，其中核算值中进水惰性SS沉积量占总产泥量的80．6%，且fv对污泥产率的影响较大，因此建议在《室外排水设计规范》再次修订时考虑fv对污泥产率的影响。关键词:城镇污水;污泥产率;修正公式;惰性SS中图分类号:TU992文献标识码:C文章编号:1000－4602(2015)18－0068－05DiscussiononCalculationFormulaofExcessSludgeYieldinWastewaterTreatmentPlant11，2331，2CHENXiao-guang，WANGShuo，NIEXin-yu，CHENYu，LIJi(1．SchoolofEnvironmentandCivilEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China;2．JiangsuKeyLaboratoryofAnaerobicBiotechnology，JiangnanUniversity，Wuxi214122，China;3．WuxiHi-TechWaterCo．Ltd．，Wuxi214028，China)Abstract:Threekindsofcalculationmethodsonsewagesludgeyield，whichwererespectivelyprovidedbytheCodeforDesignofOutdoorWastewaterEngineering，GermanATVandtheInternationalWaterAssociation(IWA)wereanalyzedandcompared．Themainsourcesoftheexcesssludgeweresummarized，andcombinedwiththechemicalphosphorusremovalsludgeyieldinATVandlowfv(MLVSS/MLSSratio)valuewithininfluentinChina，amodifiedcalculationformulaofsludgeyieldthatbasedonIWAwasproposed．TheexcesssludgeyieldatawastewatertreatmentplantinWuxiwas2．334343tDS/10m，andtheresultbasedonthemodifiedformulawas2．32tDS/10m，whichpresentedasuit-ablecorrelationwiththeactualvalue．Thesludgeyieldfrominertsuspendedsolidwasupto80．6%ofthetotalsludgeyield，andthefvvalueshowedgreateffectonthesludgeyield．Therefore，itisrecom-mendedthattheimpactoffvvalueshouldbeconsideredwhentheCodeforDesignofOutdoorWastewaterEngineeringisrevised．Keywords:urbanwastewater;sludgeyield;modifiedformula;inertsuspendedsolid基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07315－003)通信作者:李激E－mail:lji18@126．com·68·\nwww．watergasheat．com陈晓光，等:城市污水处理厂污泥产率计算公式探讨第31卷第18期目前对剩余污泥产率的研究较少，还未形成系悬浮固体产生的污泥，其经验计算公式如下:统的适合我国水质特点的参考标准，因此，研究不同SS0SPd，C=Bd，BOD·［0．75+0．6·－进水水质和运行模式下的污泥产率，提高污水厂污BOD0［1］(1－0．2)·0．17·0．75·θ·F泥处理系统的科学性显得十分有必要。cT］关于污泥产率的理论分析比较统一，而实际的1+0．17·θc·FT计算公式各有不同，不同的污泥计算公式导致污泥(2)［2］———除碳产生的污泥量，kg/d产率的核算结果差异较大。目前国内关于污泥式中SPd，C产率的计算方法大致有三种:即我国采用的污泥龄Bd，BOD———BOD日削减量，kg/d法、德国水协(ATV)计算法、国际水协(IWA)模型SS0/BOD0———进水SS与BOD的比值法，三种计算方法因选取的参数不同，在实际计算过θc———污泥龄，d(T－15)程中的难易程度及准确度也有所差异。我国通常采FT———温度变化系数，FT=1．072用《室外排水设计规范》(GB50014—2006)中建议ATV是将异养菌的污泥产率系数Y取经验值的污泥龄法，随着对污泥认识的加深，部分设计院也0．75kgVSS/kgBOD5，进水中惰性悬浮固体与总悬同时参考德国排水技术协会(ATV)和国际水质协浮固体的比值取0．6，内源呼吸残留物系数取0．2［3］kgVSS/kgVSS，异养菌衰减系数确定为0．17d－1。会(IWA)等提供的计算方法进行设计。三种不同的计算方法各有优缺点，以下分别进行理论分析，第二部分为除磷产生的污泥，包括生物和化学同时基于对无锡市某污水处理厂污泥产率的核算，除磷产生的污泥。生物除磷产生的污泥可定为3对比核算值与实际值的差异，最终确定每种方法的kgSS/kgP，化学除磷产生的污泥取决于药剂剂量和［5］关键参数并提出污泥产率修正公式。种类，一般认定为2．5kgSS/kgFe，4kgSS/kgAl。1污泥产率方法的对比基于上述分析可知，德国ATV的计算方法比污1.1我国《室外排水设计规范》污泥龄法泥龄法更加详细，不但考虑了内源呼吸残留物对污最早的活性污泥系统只考虑对有机物及悬浮固泥产率的影响，也考虑到除磷过程所生成的污泥，德体的去除，即剩余污泥主要包括降解有机物所产生国ATV认为污泥中自养菌所占的比例较低且世代的微生物增殖和进水中惰性悬浮颗粒物及难降解有时间较长，因此在其污泥产率计算公式中未考虑自机颗粒物的累积。我国《室外排水设计规范》(GB养菌的影响。50014—2006)所采用的污泥计算公式如下:1.3国际水质协会(IWA)的ASM1模型法Y国际水质协会(IWA)的ASM1模型是活性污泥ΔX=()Q(S0－Se)+1+Kd·θc模型发展的里程碑，ASM1中共包括13种组分，19f·Q(SS0－SSe)(1)个参数，其中8个参数设定值基本恒定，几乎所有组该公式的关键参数为Y、Kd及f，Y表示20℃时分都可出现在活性污泥系统中，相应的检测方法和微生物降解单位质量有机物所产生的细胞原生质的有关的参数确定都比较标准，因此该方法较为经典，［6］量(kgVSS/kgBOD5)，可取0．3～0．8kgVSS/kg-在欧美国家应用较多。按照其基本理论与假设，BOD5。Kd表示20℃时微生物单位时间内单位微其计算公式如下:生物减少的量，可取0．04～0．075d－1［4］。f表示SSXT=TSS(1－fv+fv·fnv)+BOD5·的污泥转化率，可取0．5～0．7gMLSS/gSS［4］。YH(1+fEbHθc)YA(1+fEbAθc)+TKN1.2德国排水技术协会(ATV)计算方法1+bHθc1+bAθc德国是世界上环境保护工作开展较好的国家之(3)一，德国排水技术协会(ATV)理论认为污泥主要由式中XT———污水处理系统的日污泥产量，kg/d3降解有机物的异养微生物产生的污泥、进水中惰性TSS———进水中总悬浮颗粒物，kg/m悬浮固体产生的污泥及除磷产生的污泥等部分组fv———进水中挥发性悬浮颗粒物所占比例成，其实质与我国传统污泥龄法一致，但其核算更加fnv———进水中VSS难降解部分所占比例精细。其中第一部分为降解有机物除碳及进水惰性BOD5———BOD日削减量，kg/d·69·\n第31卷第18期中国给水排水www．watergasheat．comTKN———凯氏氮日削减量，kg/d德国ATV法中Y值接近我国污泥综合产率系YH———异养菌产率系数，kgVSS/kgBOD5数的上限，但此取值也没有考虑温度的影响。异养YA———自养菌产率系数，kgVSS/kgBOD5菌衰减系数远高于我国规范的上限值，实际计算中fE———内源呼吸残留系数，kgVSS/kgVSS则需要根据实际的水质、水量进行确定。fE取0．2－1bH———异养菌衰减系数，dkgVSS/kgVSS，此数据在我国规范中并未提到。进－1水中惰性悬浮固体与总悬浮固体的比值取0．6，这bA———自养菌衰减系数，d由式(3)可以看出，国际水协(IWA)的ASM1部分应结合实际的进水水质进行计算，直接取0．6模型法涵盖了污泥的各个方面，尤其是对进水挥发在实际设计中误差较大。德国ATV法相对于我国有机颗粒物中难降解组分及自养菌增殖的关注。但规范，内容更加细致，尤其是对除磷产泥的详细介不足之处在于没有将除磷产生的污泥归纳到污泥产绍，缺点是未考虑自养菌增殖对污泥产率的影响。率核算公式中，因此该方法在实际污泥产率核算中国际水协(IWA)的ASM1模型法对污泥产率的也存在一定误差。计算更为详细，其异养菌产率系数YH的取值为0．632污泥产率综合计算公式kgVSS/kgBOD5，该值略低于德国ATV的0．75kgSS/2.1参数的选择kgBOD5，处于我国规范范围值内，更接近于我国大我国污泥龄法中污泥合成产率系数Y取值范多数设计院所选择的经验值。同时模型给定进水VSS难降解部分比例的参考值为0．3，内源呼吸残围较大，也未对Y进行温度修正，同时该系数为活性污泥的综合产率系数，没有考虑自养菌与异养菌留系数的参考值为0．2kgVSS/kgVSS，自养菌产率的差异。衰减系数Kd参考范围较为宽泛，但其对系数YA的参考值为0．1kgVSS/kgNH3－N，我国规Kd进行了修正，在实际设计中具有指导意义。污泥范与德国ATV的计算均未提到。国际水协(IWA)ASM1模型法对污泥产率的计算较前两种更为精转化率f也没有给出具体的确定方法。总体而言，污泥龄法对污泥产率的计算较为宽泛且未对化学除确，但其在计算过程中未涉及除磷所产生的污泥，部磷产生的污泥进行任何说明，因此应用污泥龄法易分参数选取还需结合实际情况加以甄别。产生较大误差。三种计算方法中参数选择及取值见表1。表1不同污泥产率参数的取值Tab．1Parametersvalueofdifferentsludgeyieldcalculationformulas污泥产率计算方法YAYHfEbHbAfvfnvYp，OBS污泥龄法—0．3～0．8—0．04～0．075—0．4～0．7——德国ATV计算法—0．750．20．17—0．4—0．3IWA模型法0．10．650．20．150．0350．70．3—2.2污泥产率修正公式SPd，p=Yp，OSB·TP+fFe，Al·X0(5)综合三种污泥产率计算方法可知，其理论依据式中SPd，p———除磷产生的污泥量，kg/d基本一致，而计算过程中参数的选取及建议范围有Yp，OBS———生物除磷表观产率系数，kgVSS/所不同。在活性污泥工艺中，按照其除磷脱氮功能kgP将污泥分为以下四个部分:①进水中惰性悬浮颗粒TP———生物除磷量，kg/d物及难降解有机颗粒物的沉积;②降解有机物BOD5fFe，Al———化学除磷药剂的产泥系数，kgSS/的异养菌的增殖;③硝化菌等自养菌的增殖;④外加kgFe，Al除磷药剂产生的化学污泥。按污泥产率的三种计算X0———实际投加的化学除磷药剂质量，kg/d方法及四种来源，其计算可采用以下修正公式:式中TSS、fv、BOD5、TKN为进水水质实际值，XT=TSS(1－fv+fv·fnv)+BOD5·θc、X0需结合进水水质按照设计计算值取值;另外YH(1+fEbHθc)YA(1+fEbAθc)部分参数则为经验值或参考值，如fnv、YH、YA、fE、bH、+TKN+1+bHθc1+bAθcbA、Yp，OBS可分别取经验值0．3、0．65kgVSS/kgBOD5、－1SPd，p(4)0．1kgVSS/kgNH3－N、0．2kgVSS/kgVSS、0．15d、·70·\nwww．watergasheat．com陈晓光，等:城市污水处理厂污泥产率计算公式探讨第31卷第18期－10．035d、3kgVSS/kgP。fFe，Al可根据投加的除磷药公式(6)的计算结果与实际值较为接近。式(1)、剂类型选择参数，其中fFe，Al取2．5kgSS/kgFe或者4(2)计算结果偏差较大的原因主要有三个方面:首kgSS/kgAl。因此得到:先，没有明确进水中悬浮固体颗粒物产生污泥的比XT=TSS(1－0．7·fv)+例及确定方法;其次，忽略了自养菌增殖对污泥增长0．65·(1+0．03·θc)的影响;最后，化学除磷污泥未纳入计算体系中。此BOD5·+1+0．15·θc外，该厂进水惰性悬浮颗粒物及难降解有机颗粒物0．1·(1+0．007·θc)的沉积约占总产泥量的80．6%，异养菌增殖约占TKN·+1+0．035·θc12．8%，除磷产生的污泥约占5．8%，自养菌的增殖3·TP+fFe，Al·X0(6)约占0．8%。由此可见，进水中惰性悬浮颗粒物及综上所述，该公式即包含了三种计算方法中需难降解有机颗粒物对污泥产率的影响较大，自养菌要考虑的因素，在实际的运用过程中可能还会根据增殖影响较小。除此之外，污泥处理处置逐渐受到实际情况对一些参数进行修正。重视，在污泥脱水过程中投加的脱水药剂也应纳入3实际运行工艺的污泥产率计算污泥的计算体系中，尤其是目前应用较为广泛的污3.1某污水处理厂污泥产率核算泥深度脱水技术(药剂投加量较大)。综上所述，式2008年底无锡市各污水处理厂在全国范围内(6)在污泥产率核算的实际工艺设计中具有重要参率先完成了城镇污水处理厂出水水质一级A稳定考价值，后期脱水药剂的纳入量需根据实际的污泥［7］达标的提标改造工作，且污水处理工艺种类较处理方式来核算。多。所以，特选取无锡市某污水处理厂对式(6)进3.2fv及θc对污泥产率的影响43行验证，该厂处理规模为5×10m/d，采用BNＲ－无初沉池的污水处理厂，进水中fv较小且波动MBＲ工艺，其工艺流程为:进水→粗格栅→细格栅较大，在不同地区差异明显，主要受当地生活水平和→曝气沉砂池→膜格栅→缺氧池→厌氧池→兼氧池工业废水的接入比例等因素的影响，一般为0．3～→好氧池→膜池→出水。0．7左右，实际设计计算中需根据当地进水水质确该污水处理厂设计进、出水水质见表2。定fv范围。以上述污水处理厂为例，参照式(6)模表2某污水处理厂设计进、出水水质拟fv、θc对污泥产率的影响，模拟结果如图1所示。Tab．2Designinfluentandeffluentquality3)3.2－1-fv=0.4fv=0.5mg·Lm3.0f=0.6f=0.7４vv０１项目CODBOD5SSNH3－NTNTP·S2.8tD2.6进水36015030038435．0/(TX2.4出水30535130．5率2.2产按照式(6)参数的设定，根据数月对该污水处泥2.0污1.8理厂进水水质监测可知，进水COD约为283mg/L，051015202530SS约为297mg/L，fv约为0．52，θc约为20d，其中污泥龄/dB/C按照设计值0．42计算，污泥龄法综合产泥率设计值为0．6kgSS/kgBOD5，其他指标按照设计值进图1fv取值对污泥产率的影响行计算。可得该厂进水TSS、BOD5、TKN、TP日削减Fig．1Theimpactofdifferentvalueoffvonexcesssludge量分别为14700、5693、1650、225kg/d。则将以上yield参数取值代入式(6)可得XT=11600kg/d;若按照由图1可知进水中挥发性悬浮颗粒物所占比式(1)、(2)参数的设定，相应污泥产量分别为ΔX=例fv值对污泥产率的影响较大，但我国规范并未对12765kg/d，SPd=SPd，c+SPd，p=10845kg/d。此值进行相关的论述。当θc不变时，污泥产率XT按照单位水量换算后，式(1)、(2)及修正公式随fv值的升高而依次降低，当污泥龄θc取20d，fv43(6)的值分别为2．55、2．17、2．32tDS/10m。而该取0．4、0．5、0．6、0．7时，XT分别为2．57、2．36、4343厂2014年污泥产率约为2．33tDS/10m，显然修正2．18、1．95tDS/10m，差异较为明显。由该厂污泥·71·\n第31卷第18期中国给水排水www．watergasheat．com产率核算结果可知进水惰性悬浮颗粒物的沉积对污合考虑进水惰性悬浮颗粒物及难降解有机颗粒物对泥产率的影响较大，而fv正是影响进水中悬浮颗粒活性污泥性质及产率的影响，提出适合我国城镇污物沉积比例的决定性参数，这与初沉池污泥产率随水水质的活性污泥产率计算模型。［8］进水SS的增大而增大，污泥产率受SS/BOD的影［5］响相当大等研究结果相符。当fv不变时，XT随θc参考文献:值的升高而依次降低，当fv取0．52，θc取10、15、20、［1］张辰，谭学军，田兆运，等．上海市白龙港污水处理厂4剩余污泥产率中试［J］．中国给水排水，2013，2925d时，XT分别为2．42、2．36、2．32、2．30tDS/10m3，污泥产率变化较小。有研究认为泥龄θ越长，(21):118－121．c［2］许劲，罗平，孙俊贻．城市污水生物除磷脱氮系统剩余微生物自身代谢的强度也越大，导致污泥产量有所［6］污泥量的计算［J］．重庆建筑大学学报，2003，(5):69较低。衰减系数随污泥龄θc的增大而增大，表观－74．［9］产率随污泥龄θc的增大而减小。［3］王姣，鞠凤，李国斌．基于ATV标准的分段进水多级考虑到进水中惰性悬浮颗粒及难降解有机悬浮A/O工艺设计优化［J］．中国给水排水，2012，28颗粒物对污泥产率的影响较大，特建议在设计中对(20):39－42．进水悬浮颗粒物的组分及比例进行调研，尤其是无［4］GB50014—2006，室外排水设计规范［S］．北京:中国初沉池的污水处理工艺。因为如果进水中惰性悬浮计划出版社，2006．颗粒及难降解悬浮颗粒物所占比例较大，不仅会降［5］韦启信，郑兴灿．污水悬浮固体组分对活性污泥产率低生物段污泥活性组分，还会额外增加曝气及搅拌的影响及计算方法［J］．中国给水排水，2013，29所产生的能耗，此方面也应该归纳入污水处理厂是(18):1－6．否建设初沉池的参考因素之中。同时建议对我国规［6］李冰．影响活性污泥产率的环境因素研究［D］．青范所提出的污泥产量的计算公式及参数的选择进行岛:中国海洋大学，2006．进一步的优化，进而在今后的设计中正确估算污泥［7］张万里，蒋岚岚，陈秋萍，等．无锡市城镇污水处理厂产量，使设计值更贴近于真实值。提标改造措施及效果［J］．中国给水排水，2010，26(2):23－27．4结论［8］许洲．城镇污水处理初沉污泥产率影响因素研究［J］．①国际水协会(IWA)ASM1模型法较为全面城市道桥与防洪，2014，(3):80－82．地考虑了影响污泥产率的因素，较适宜进行污泥产2［9］谭学军，田兆运，张辰，等．城市污水A/O处理工艺率核算。但其不足之处在于没有将除磷所产生的污剩余污泥产率研究［J］．给水排水，2012，38(7):43－泥纳入到污泥产率系统中，同时各个参数的设定值46．与我国的实际情况存在差异，需修正后使用。②基于污水处理厂污泥来源分析，特结合三种污泥产率计算公式，以国际水协会(IWA)ASM1模型法为基础，对相关参数进行修正，并将除磷产生的污泥纳入核算体系，提出城市污水处理厂污泥产率计算修正公式。③基于修正公式对无锡市某污水厂污泥产率进行的核算表明，修正公式的核算值与实际值较为接近。修正公式中，TSS、fv、BOD5、TKN为进水水质实际值，θc、X0为结合实际进水水质的设计计算值，fnv、YH、YA、fE、bH、bA、Yp，OBS取经验值或参考值。作者简介:陈晓光(1989－)，男，河南许昌人，④由核算结果及修正公式对进水中挥发性悬硕士在读，从事污水生物处理与污泥处理浮颗粒物所占比例fv对污泥产率的模拟曲线可知，处置研究。fv值对污泥产率的影响较大。所以建议我国《室外E－mail:cxg6688@126．com排水设计规范》(GB50014—2006)再次修订时，综收稿日期:2015－06－03·72·