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给水排水 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．２ ２０１２３１ 活性污泥工艺需氧量的计算分析李征军１ 李大成２ 崔启航３（１中冶华天工程技术有限公司，马鞍山 ２１００１９；２无锡市政设计研究院有限公司，无锡 ２１４０７２；３中国市政工程东北设计研究总院，长春 １３００２１） 摘要 活性污泥工艺需氧量的计算是工艺设计的重要内容，是厂区节能降耗的关键。介绍了四种计算方法，并结合工程实例对计算结果进行了比较。分析了各种需氧量计算方法的差异，提出了符合实际的可操作性较强的需氧量计算方法，并建议现有理论计算公式应结合能量代谢方程进行深入研究。关键词 污水处理 活性污泥工艺 需氧量 计算方法 活性污泥法是利用悬浮培养液处理废水的一种生物化学工程方法，用于去除废水中溶解的以及胶体的有机物质。是目前城市污水二级处理的常用工艺，曝气是活性污泥法的中心环节，需氧量计算是工艺设计的重要内容，直接关系着活性污泥工艺的工程投资、运行费用以及处理效果。本文通过实例，对四种需氧量计算方法进行比较分析，以寻求更为切合工程实际的计算方法，对工程设计优化有积极意义。１ 目前常见的需氧量计算方法１．１方法一［１］《室外排水设计规范》（ＧＢ ５００１４—２００６）中６．８．２指出，生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化和除氮等要求，宜按式（１）计算：Ｏ２＝０．００１ａ′Ｑ（Ｓｏ－Ｓｅ）－ｃ′ΔＸＶ＋ｂ［′０．００１Ｑ Ｎｋ－Ｎ（）ｋｅ－０．１２ΔＸ］Ｖ－０．６２ｂ［′０．００１Ｑ Ｎｔ－Ｎｋｅ－Ｎ（）ｏｅ－０．１２ΔＸ］Ｖ（１）式中 Ｏ２———污水需氧量，ｋｇＯ２／ｄ；Ｑ———生物反应池的进水流量，ｍ３／ｄ；Ｓｏ———生物反应池进水五日生化需氧量，ｍｇ／Ｌ；Ｓｅ———生物反应池出水五日生化需氧量，ｍｇ／Ｌ；ΔＸＶ———排出生物反应池系统的微生物量，ｋｇ／ｄ；Ｎｋ———生物反应池进水总凯氏氮浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｎｋｅ———生物反应池出水总凯氏氮浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｎｔ———生物反应池进水总氮浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｎｏｅ———生物反应池出水硝态氮浓度，ｍｇ／Ｌ；０．１２ΔＸＶ———排出生物反应池系统的微生物中含氮量，ｋｇ／ｄ；ａ′———碳的氧当量，当含碳物质以ＢＯＤ５计时，取１．４７；ｂ′———常数，氧化每ｋｇ氨氮所需氧量，ｋｇＯ２／ｋｇＮ，取４．５７；ｃ′———常数，细菌细胞的氧当量，取１．４２檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿。６ 李荣光，韩宏大，李玉仙，等．过滤影响因素的试验研究．供水技术，２００７，１（３）：１４～１７７ Ｍｏｒａｎ Ｃ．Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｎ Ｄｅｅｐ－Ｂｅｄ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ：Ｐａｒ ｔ １－Ｒｉｐｅｎｉｎｇ ａｎｄ Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ．ＡＷＷＡ，１９９３，８５（１２）：６９～８１８ Ｃｌａｒｋ Ｓ Ｃ．Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ：Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ ａｎｄ Ｒｉｐｅｎｉｎｇ．ＡＷＷＡ，１９９２，８４（１２）：６１～７１９ 罗旭胜．常规过滤影响因素的试验研究．湖南城市学院学报（自然科学版），２００８，１７（１）：２１～２４１０ Ａｄｉｎ Ａ，Ｒｅｂｈｕｎ Ｍ．Ｈｉｇｈ－Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ－Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈＣａｔｉｏｎｉｃ Ｐｏｌｙｅｌｅｃ－ｔｒｏｌｙｔｅｓ．ＡＷＷＡ，１９７４，６６（２）：１０９～１１７１１ Ｋａｗａｍｕｒａ Ｓ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｒａｔｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ＰａｒｔⅠ．ＡＷＷＡ，１９７５，７７（１０）：７７～９０１２ 朱普霞．给水中的浊度问题．净水技术，２００４，２３（５）：２２～２４１３ 阮如新．滤料粒度对过滤的影响．给水排水，１９９７，２３（１１）：１５～１７１４ 杨一，王群，翟学东，等．滤料级配对双层滤料滤池过滤效果的影响．哈尔滨商业大学学报（自然科学版），２０１０，２６（３）：３００～３０３ ○通讯处：６１００３１西南交通大学地球科学与环境工程学院电话：（０２８）８７６０１４７１Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｑｕｎ－ｈｉｔ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－０７－１９３２ 给水排水 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．２ ２０１２ΔＸＶ按《室外排水设计规范》（ＧＢ ５００１４—２００６）中公式６．６．１８－３（式（２））计算：ΔＸＶ＝ｙＹｔＱ Ｓｏ－Ｓ（）ｅ１ ０００（２）式中Ｙｔ———污泥总产率系数，ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤ５，宜根据试验资料确定。无试验资料时，系统有初次沉淀池时取０．３，无初次沉淀池时取０．６～１．０；ｙ———ＭＬＳＳ中ＭＬＶＳＳ所占比例。１．２ 方法二［２］《城市污水生物脱氮除磷处理设计规程》（ＣＥＣＳ１４９：２００３）中４．０．８推荐的需氧量计算公式同式（１），但对排出系统的微生物量ΔＸＶ的计算不同，该规程中４．０．４中列出的ΔＸＶ计算公式如下：ΔＸＶ＝Ｑ Ｓｏ－Ｓ（）ｅ１ ０００ｆＹｈ－０．９ｂｈＹｈｆｔ１θｄ＋ｂｈｆ烄烆烌烎ｔ（３）式中ｆ———污泥产率修正系数，通过试验确定，无条件试验时取０．８～０．９；ｂｈ———异养菌内源衰减系数，ｄ－１，取０．０８；Ｙｈ———异养菌产率系数，ｋｇＳＳ／ｋｇＢＯＤ５，取０．６；ｆｔ———温度修正系数，取１．０７２（ｔ－１５）；θｄ———反应池设计泥龄值，ｄ。１．３ 方法三［３］《给水排水设计手册》（第５册）６．２．６中推荐的曝气池需氧量计算见式（４）：Ｏ＝ａＱ Ｓｏ－Ｓ（）ｅ＋ｂＶＮＷＶ（４）式中Ｏ———系统中混合液每日需氧量，ｋｇＯ２／ｄ；ａ———氧化每ｋｇＢＯＤ５需氧量，ｋｇＯ２／ｋｇＢＯＤ５，一般取０．４２～０．５３；ｂ———污泥自身氧化需氧率，ｋｇＯ２／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ），一般取０．１１～０．１９；Ｖ———曝气池容积，ｍ３；ＮＷＶ———混合液挥发性悬浮物浓度，ｋｇＭＬＶＳＳ／ｍ３。１．４ 方法四［４］德国排水技术协会ＡＴＶ－ＤＶＷＫ－Ａ１３１Ｅ技术规范５．２．８中指出，生物反应池需氧量由除碳耗氧量（包括内源呼吸）、硝化需氧量及反硝化产氧量组成，需氧量的计算见式（５）～式（８）：ＯＵｄ，ｃ＝Ｑ Ｓｏ－Ｓ（）ｅ１ ００００．５６＋０．１５θｄｆｔ１＋０．１７θｄｆ（）ｔ（５）ＯＵｄ，Ｎ＝４．３Ｑ１ ０００ＮＮＯ３，Ｄ－ＮＮＯ３，ｏ＋ＮＮＯ３，（）ｅ（６）ＯＵｄ，Ｄ＝２．９ＱＮＮＯ３，Ｄ１ ０００（７）ＯＵ＝ｆＣＯＵｄ，Ｃ－ＯＵｄ，（）Ｄ＋ｆＮＯＵｄ，Ｎ（８）式中ＯＵ———反应池耗氧量，ｋｇＯ２／ｄ；ＯＵｄ，ｃ———去除碳化合物耗氧量，ｋｇＯ２／ｄ；ＯＵｄ，Ｎ———硝化耗氧量，ｋｇＯ２／ｄ；ＯＵｄ，Ｄ———反硝化产氧量，ｋｇＯ２／ｄ；ＮＮＯ３，Ｄ———反硝化的硝态氮量，ｋｇＮＯ－３—Ｎ／ｄ；ＮＮＯ３，ｏ———进水中硝态氮量，ｋｇＮＯ－３—Ｎ／ｄ；ＮＮＯ３，ｅ———出水中硝态氮量，ｋｇＮＯ－３—Ｎ／ｄ；ｆＣ，ｆＮ———峰值系数。２ 实例计算分析２．１ 计算基础数据某城市污水处理厂设计水量为２．５万ｍ３／ｄ，处理工艺为活性污泥法，无初沉池，生物反应池设计进出水水质如表１［５］，其他主要设计参数如表２。表１ 设计进出水水质水质指标ＢＯＤ５／ｍｇ／Ｌ ＳＳ／ｍｇ／ＬＮＨ３—Ｎ／ｍｇ／ＬＴＮ／ｍｇ／Ｌ进水水质１８０ ２００ ３０ ４０出水水质≤２０≤２０≤８≤２０表２ 主要设计参数设计参数参数取值单位ｔ １２ ℃ＦＷ０．１５ｋｇＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ）θｄ９．６４ｄＮＷＶ２．４５ｋｇＭＬＶＳＳ／ｍ３Ｙｈ０．６ｋｇＳＳ／ｋｇＢＯＤ５ｂｈ０．０８ｄ－１ａ０．５ｋｇＯ２／ｋｇＢＯＤ５ｂ ０．１５ｋｇＯ２／（ｋｇＭＬＶＳＳ·ｄ）Ｙｔ１．０ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤ５ｆ ０．９无量纲ｙ ０．７无量纲ｆＣ１．０无量纲ｆＮ１．０无量纲ｆｔ０．８１无量纲给水排水 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．２ ２０１２３３ 表２中参数ＦＷ、θｄ、ｆｔ由前文所述公式计算所得，其余参数根据推荐参数确定。２．２ 需氧量计算结果根据表１、表２中所列设计参数，分别按上述四种方法计算需氧量，结果如表３所示。表３ 四种方法需氧量计算结果算法实际需氧量／ｋｇＯ２／ｄ去除单位ＢＯＤ５耗氧量／ｋｇＯ２／ｋｇＢＯＤ５方法一５ ８２６．５２ １．４６方法二６ ０１８．０１ １．５０方法三６ ０４６．７６ １．５１方法四６ ９４４．３９ １．７４２．３ 分析与讨论由表３可知：方法一、方法二及方法三计算结果较为接近，且与工程实际基本相符；方法四为国外经验公式，其计算结果明显偏大，主要是由于国外污水有机物含量高，且其中脂肪比例高，碳水化合物比例低，与国内污水水质差异较大造成的。方法三仅考虑除碳及污泥自身氧化耗氧量，其中ａ、ｂ为经验参数，不同的取值对需氧量计算结果影响较大，且对有脱氮除磷要求的污水处理系统缺乏理论基础。方法一、方法二需氧量计算公式相同，为理论推导公式，具有普遍适用性，两者的不同在于ΔＸＶ的计算方式不同，ΔＸＶ包括活性微生物、微生物内源代谢残留物等有机物质。通过式（２）及式（３）的对比可知：ΔＸＶ计算结果差异完全是由于污泥产率系数的量化不同造成的。《室外排水设计规范》（ＧＢ ５００１４—２００６）针对总产率系数Ｙｔ的条文说明中表达了该值是污水中悬浮固体浓度、温度、泥龄及内源衰减系数的函数，无明确量化计算，推荐经验数据阈值较宽，难于具体操作；活性污泥中自养菌所占比例极少，方法二以异养菌产率系数为基础来表示污泥增长，且把微生物内源呼吸时自我分解部分进行量化，异养菌产率系数去除微生物内源呼吸自我分解部分即为微生物产率系数，再通过污泥产率修正系数的修正后可得污泥产率系数，该法给出了微生物内源呼吸自我分解部分与异养菌内源衰减系数、异养菌产率系数、温度修正系数、反应池设计污泥龄的函数关系，且给出了量化计算，该法和方法一相比更具有可操作性，但其计算较为复杂。在活性污泥系统中，污泥的增长是微生物生命活动的宏观表现，一切生命活动离不开能量的驱动，而现有的理论与能量之间缺乏有机的联系，就必然会出现理论与实际情况矛盾的情况。尤其是低负荷活性污泥系统，能量成为微生物生长的限制性因素，对污泥产率系数的影响较大，简单的根据经验取值，必然导致实际需氧量与计算需氧量的偏差，不利于厂区运行的节能降耗。鉴于此，现有需氧量计算公式还需结合能量代谢方程对污泥产率系数进行深入的理论研究。３ 结语（１）除方法三外其余三种方法均将需氧量计算分为三部分进行，即除碳耗氧量、硝化需氧量及反硝化产氧量。方法二与方法三明确考虑了泥龄、水温以及水质影响，方法一污泥总产率系数Ｙｔ概念较为模糊，推荐取值范围较宽，不利于具体操作，因此笔者建议采用方法二进行计算。（２）在尾水排放标准日趋严格的当下，尤其是经济较发达地区，污水处理主体工艺大多采用高泥龄、低负荷的活性污泥系统，相当大的一部分能量被用于生物维持反应和衰减相关的过程，污泥产率系数难以简单的经验取值，现有理论计算公式需结合能量代谢方程进一步深入研究，以期对工程设计提供更为准确的理论基础。参考文献１ ＧＢ ５００１４—２００６ 室外排水设计规范２ ＣＥＣＳ １４９：２００３ 城市污水生物脱氮除磷处理设计规程３ 北京市市政工程设计研究总院．给水排水设计手册（第５册）．北京：中国建筑工业出版社，２００４４ Ｇｅｒｍａｎ ＡＴＶ－ＤＶＷＫＲＵＬＥＳ ａｎｄ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｇｅ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ Ｐｌａｎｔｓ．ＡＴＶ－ＤＶＷＫ－Ａ １３１Ｅ５ ＧＢ １８９１８—２００２ 城镇污水处理厂污染物排放标准 ＆通讯处：２１００１９江苏省南京市建邺区富春江东街１８号Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｚｊ０００１＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－０７－０４修回日期：２０１１－１１－２７