搜索
西北建筑工枉学院学才民JournalofNort五禅esternInstituteof炙ArehiteeturalEngin。ering295。年第2期No。2,1989对污泥负荷率的探讨离俊发摘要本文综述了污泥负荷率的棍念及有关理论,并给出了污泥负待率在活性污泥法和厌氧生物处理中的若千应用。关性词污泥负荷,去除能力,时浓积污泥负荷是活性污泥法的一个重要参数指标,自1962年提出后〔”,无论在工程设计、运转管理,’还是科学研究中都得到了广泛应用。但污泥负荷的物理意义和丧达式存在着一定的混乱和不统一〔“一`““。从而带来了概念不清,数据缺乏比较基础等一系列问题。为了使专业术语标准化和规范化,有必要对污泥负荷这一重要参数加以讨论。1对污泥负荷定义的探讨众所周知,曝气池的设计和运转控制是从水力停留时间法和容积负荷法发展到污泥负荷法和泥龄法。这是活性污泥法从经验走向理论的一个转折点。它的主要优点就是把系统中的基质去除与微生物的活性从机理上联系了起来。在特定的活性污泥法处理系统中,一定数量的微生物在一定的时间内只能氧化分解一定数量的有机物。即使供给过量的氧气,有机物的氧化数量也不会增加。也就是说,在实际运转的单位时间内,只能供给单位微生物一定数量的可生化性有机物,若超过这一限度,出水就会恶化,处理效率就会降低,相反,供给的可生化性有机物不足,将会影响微生物生长。为了达到预期效果,供给的食料(F)与微生物数量(M)的比值应维持在一定范围〔’.〕。这一比值F/M定义为污泥负荷率,简称为污泥负荷。在污水处理中,食料F通常用单位时间内进入系统的BOD(或COD)来表示,利用活性污泥重量间接地、相对地代替微生物的重量(M)。对于活性污泥法,污泥负荷反映曝气池每公斤活性污泥每日所能接纳BOD(或COD)的数量。即:污泥负荷(Ns)二QLa/VX(l)式中:Ns一曝气池污泥负荷(kg/k即d);La一进水BOD浓度(kg/。昌),Q一设计流量(m3/d);v一曝气池有效容积(m’),X一曝气池内棍合掖悬浮固体平均浓度(kg/m’)。目前,在实际应用中,污泥负荷表示方法有:1)BOD一55法,即QLa/vx,2)BOD一VSS法,即QLa/vXv,3)BODr一VSS法,即QLr/VXv,4)BODr一55收稿日期:1988.11·22法,即QLr/VX.其中:Xv一混合液挥发性悬浮固体浓度(kg/m3);Lr=La一L;eLe一出水BOD浓度(kg/m“)。我们认为第一种表示法较为实用,理由如下:i对于污泥浓度究竟采用X还是Xv,因X和Xv都是利用活性污泥的重量来间接地、相对地代替微生物的重量,虽然Xv的准确性稍高,但X在实际测定中方便简单,选用X表示微生物浓度比较实用。:QLa/vx是以进水有机物浓度为基戒的丁在一般推流式曝气池中,实际的污泥负荷随液流流向而递减,QLa/VX是入口端的实际污泥负荷,其值最大,用以设计曝气池比较安全合理。QLr/yX来源是建立在完全混合曝气池的有机物物料平衡方程的基础上,即QLr/VX二K:Le,因而有人也称QL:/VX为污泥负荷d显然,用QLr/VX表示污泥负荷缺乏普遍性和通用性。这里需要注意的是QLr/VX表示曝气池中单位污泥在单位时间内所去除的有机物量,包括吸附和氧化分解这二部分的量。称QL:/VX为氧化能力【“〕,以U表示,即U=QLr/Vx。赋予新符号以区别污泥负荷Ns是必要的,但称氧化能力不太确切,称为去除能力较为适合。N:与U的关系为:U=NsE/100(2)E=100(La一Le)/La、(3)式中:E一处理效率(%)。3Q(La一Le)/VX中L心值是原水La中经生化反应后残留于出水中的有机物浓度,即出水中尚未降解的可降解有机物浓度,不包括出水中挟带出的微生物悬浮固体所产生的有机物浓度,即Le不是出水中总的BOD浓度。从另一方面来说,由于L。《La,故Q(La一Le)/yX可改为QLa/yX,用它计算曝气池容积安全可靠。4GB1J4一87《室外排水设计规范》1[`J中规定曝气池的污泥负荷为QLa/VX,与我们讨论结果一致。.。2污泥负荷概念的理论分析污泥负荷计算公式为:Ns二QLa/VX=La/ToX(4)ToX二La/Ns(5)式中:T=V/Q为曝气时间。·当La/Ns为一常数时,则时浓积T·X为一常数。表明在生化反应器中,污泥浓度对有机废水氧化分解的影响,与生化反应器内水力停留时间的影响是等价的。即要保证相同的净化效果,可以增加水力停留时间而减小污泥浓度,也可以增大污泥浓度而缩短水力停留时间。对子鼓风纂气的活性污泥法,采用较高的污泥浓度,可减小水力停留时间,从而可缩小曝气区容积,但另一方面还要考虑供氧的经济与可能,活性污泥的凝聚沉淀性能以及二沉池与回流设备的造价。故曝气池内污泥浓度的最佳值,般为2`skg/m.〔,’。对于厌氧生化反应器,为了充分保持有机物向细胞膜的渗透作用,污泥含水率必须保持在50%以上,即厌氧反应器内熟污泥浓度极限应为50okg/m.。而厌氧反应器内熟污泥浓度的最佳值一般为40~sokg/m3仁’`’,根据处理污水的水质与所用的厌氧反应器种类的不同,此值可达80~10k0g/,3。3污泥负荷在曝气池设计与运转管理中的作用3.1污泥负荷可判定微生物生长状态当N:2.2时,微生物生长处于对数增长期卜当。.1Ns2.2时,速增长期,当N。。.1时,微生物生长进入内源呼吸期。3。2去除效率微生物生长处于减在曝气池中,对BOD进行物料平衡;积累量=流入量一流出量+净减少量即:V.ds/dt=QLa一QLe+V〔一KXLe/(Ks+L。)〕式中:ds/dt一单位时间内BOD浓度变化率,K、Ks一常数,其余符号同前。在稳态条件下有:ds/dt二0故上式整理为Q(La一Le)/VX=KLe/(Ks+Le):一或E=100(La一Le)/La=100KLe/Ns(Ks+Le)对于完全混合型曝气池,由于Ks》L。,故式(7)可写成E==100KLe/Ns.Ks=100K:Le/Ns(K:==K/K:)即:U=K:Le(6)(7)(8)对于推饰荆用桥本奖公式N,:.001295Lel廿”’估计。殷霍夫推荐Ns与BOD去除率的关系可归终如下t`从当Ns。.5时,E90%.Ns1时,E=46+30/Ns由上述讨论可知,BOD去除率主要取决于污泥负荷。.33剩余活性污泥产量.、、二一活性污泥微些勃在曝气池中每日净增长量为:气乃’△X=YQ(La一Le)一对才VX一、一式中:△X一每日污泥排放量,即剩余活性污泥产量k(g/d),/kgBOD),Kd一衰减系数(z/d)。上式整理为:△工/VX”YENs/10。一耳。△X/VX物理意义为单位重量污泥每口所产生的剩余污泥t。.对于一般城市污水,可用Hunken经验公式Y一产率系数(kgMLSS(9)△X二1.2Ns二毛.Q化一L).从上述讨论可见,污泥产量很大程度上取决于污泥负荷。(1.)3.4耗氧量对曝气池中基质呼吸和内源呼吸的总耗氧量,可用下列方程表示:Q:=a,Q(La一Le)+_b,yX(11)式中:a,一代谢每kgBOD所需氧的kg数,b,一污泥自身氧化需氧率。上式整理为:O:/VX=a,NsE/100+b,(12)02/VX的物理意义是单位污泥的需氧量。式(12)表明,曝气池中单位污泥的需氧量取决于污泥负荷。另外,若系统中发生硝化就必须供给附加的硝化耗氧量,而硝化反应控制因素完全取决于污握负荷和水很。曝气池容积拜ùó口作.O口谈荟在曝气池容积v=QL。/N:X中,X通常为2~skg/m’,当N:一定时,曝气池容积就一定。同时还可求出曝气时间T二v/Q。故曝气池容积和曝气时间很大程度上也取决于N`。3.6污泥龄ts式(9)可改变为:i/ts,YENs/100一K`(15)可见污泥龄也取决于Ns。.37微生物所需养料:众所周知,微生物对营养料的系求应满足BOD。,N,P=100,5,1,由于低负荷系统的自身氧化作用比高负荷进行的充分,_故它自身分解出可供再次利用的氮量要比高负荷所能提供的多一些。所以,低负荷系统对外来氮量的要求可比高负荷少些,对于延时曝气系统所需营养量最少,可采用BOD。,N,(90~100),i即可。3。8污泥沉淀性能奥福德认为〔。1,Ns在0.17~3。07kg/kg一d时,Ns与SVI关系为:Svl=353Ns。’.5名、用鼓风曝气活性污泥法处理城市污水时,Ns“1.。左右污泥沉淀性能最差。(14)3.9水温对Ns的影响水温是微生物生长的重要影响因素,进而也对Ns有影响。下式表示温度与Ns的关系:Ns(T),Ns(:。).K卜2。(15)式中:N:、2。)一水温为2。℃时的污泥负荷,N:(T)一水温为T℃时的污泥负荷,T一水温(.C),’K一常数。对低泥城市污水有如下关系【`”〕:`Ns=e一(。’`。“,+“’。。0’)·Le(”.”`7,T一。咤17,1,(16)综上所述,N:是曝气池设计与运转管理最重要的参数,当Ns确定之后,就可计算处理效率、曝气池容积、曝气时间、曝气池需氧量、剩余污泥量和污泥龄等。因此,Ns的选择对曝气池的设计与运转管理尤为重要。4污泥负荷在厌氧消化中的应用众所周知,目前在厌氧消化的设计和运转管理中,大多采用体积投配率或有机物容积负荷这两个传统概念。显然,投配率只表示消化池的水力负荷,没有反映消化池对废水中有机污染物的处理能力,而容积负荷也难以反映出厌氧消化池的实际能力。为了克服这些指标的不足之处,`采用污泥负荷这一指标较为恰当。因为污泥负荷能够综合反映出投加的有机废水量、废水中污染物浓度、俏化池中熟污泥浓度和单位容积消化池处理能力之间的关系,并可有效地作为比较各种厌氧处理工艺对某仲工业度水处理能力的指泳。`·一如用普通消化池在中温条件下对沈阳市纤堆板厂高浓度有机丧水进行生产性试·验研究〔`5〕,证明污泥负荷Ns与有机物去除率E呈线性关系,即E(%)二95.36一131。09N:,相关系数:=一0.974。这就从生产试验中证明了污泥负荷在民氧消化中的使用价值。参考文献101112Walker.JourhalWaterPoll让t落。nControlFederation,1978,(3):215顾夏声.水处理工程.北京:清华大学出版社,1985:工76~177梅特卡夫和埃迪公司编.泰裕衍等译.废水工程处理、处置及回用.第二饭,北载:化羊工业妇饭社,1986:287~324同济大学二排水工程.上海:科攀皮术出版让,1981·18。~191张希衡。废水治理工程.北京:冶金工业出版社,1934·99~协1Mck五nney。Leet“reso红Wa:tewaterTreatmeot.pl已:tDes三g。,1979·452~455`原田文男著,鲍增荣译。环境污染治理译文集,193。,(4)“~“李家珍.化工环保,1,8幻(幻,2:74~2了7「-拉里D.贝尼菲尔德等著,邢建等译,废水生物处理过程设计.北京,中国建筑工业出版社,1984:180~182石英均.工业水处理,1984;(2),38~40陈培康.给水排水新技术.北京:中国建筑工业出版社,1938,262~264许保玖.当代给水与废水处理原理讲义.北京,清华大学出版社,1983:218(下转第10页)35,占2协466789ExPerintentalStudyofPunehingS仃engtho全ReinforeedLightweightAggregateConcer切S加bsL1uYongxinA七5traet:Aeeordingtothetestresults,thisartieleanal了:estheeharaeteristiesandthemeehanismofthepunehingeollapseofsimplysupportedsquareslabsofreinforeedlightweightaggregateeonerete.Theeoneernedslabsundereolumnloadingarerein