剩余污泥产率的计算和测定
摘要：剩余污泥产率是污泥处理系统设计中的重要参数，它直接关系到污泥处理构筑物的设计尺寸、设备选型和污泥处理系统的建设规模。本文对剩余污泥产率的计算方法进行了探讨，分析影响剩余污泥产率的主要因素，并通过对北京实际运行的污水处理厂倒置的A2O、A/O（带内回流）和A/O（不带内回流）的三种工艺剩余污泥产率的测定，获得剩余污泥产率的理论计算值和实际测定值。
关键词：活性污泥法；污泥处理系统；剩余污泥产率；污泥龄
1引言
在活性污泥工艺设计中，剩余污泥产率是污泥处理系统设计中最为重要的参数之一，它直接关系到污泥处理构筑物的设计尺寸、设备选型和污泥处理系统的建设规模，并对污泥处理系统建成后的运行产生影响。剩余污泥产率正确选择涉及到污水处理系统中的微生物含量，影响到污水处理系统的性能，对水处理系统的稳定运行产生着重要作用。剩余污泥产率与进水水质、温度、污泥龄等多种因素相关，从而使剩余污泥产率参数的确定带来一定的困难。我国关于污泥处理系统的建设起步较晚，目前许多污水处理厂还没有污泥处理系统，对剩余污泥产率的研究和测定还较少，积累的剩余污泥产率数据还很不足，还未形成适合我国水质特点的剩余污泥产率参数选择经验。我国现行的设计规范推荐的剩余污泥产率参数范围太大，给实际工程设计参数选择带来难度。由于剩余污泥产率参数选择的不合理，影响到剩余污泥产量计算的准确性，使污水处理厂污泥处理系统的设计污泥量与实际污泥量产生较大偏差，给污泥处理系统的正常运行管理带来难度。如一些污水处理厂设计时剩余污泥产率选择偏小，带来污泥处理系统设计能力不足，使系统排出的剩余污泥不能及时处理，污泥在污水处理厂的堆积，影响污水处理厂区的环境。同时由于污水处理系统的剩余污泥不能及时排出，影响污水处理系统的稳定运行和出水水质。若污水处理厂设计时剩余污泥产率选择偏大，也会引起污泥处理系统处理能力的过剩，带来投资的浪费。本文对剩余污泥产率的计算方法进行了探讨，分析影响剩余污泥产率的主要因素，并通过对北京实际运行的污水处理厂倒置的A2O、A/O（带内回流）和A/O（不带内回流）的三种工艺剩余污泥产率的测定，获得剩余污泥产率的理论计算值和实际测定值。
2剩余污泥产率的计算
活性污泥法中剩余污泥量主要决定于由降解有机物而引起的异养性微生物的污泥增殖量、异养性微生物内源呼吸衰减量、活性污泥代谢过程中的惰性残余物（即内源呼吸残留物）和生物处理池进水中不能水解（降解）的惰性悬浮固体四个部分。因此，剩余污泥量可用下式表示［2］：
SP=YH·Q·BOD5,i－bH·X·MLSS·V·fT,H+f1·bH·X·MLSS·V·fT,H+f2·Q·SSi (1)
式中：SP——剩余污泥量，kgSS
Q——生物处理池进水流量，m3/d
X——异养性微生物在活性污泥中所占的比例
V——生物处理池容积，m3
YH——异养性微生物的增殖率，kgVSS/kgBOD5
bH——异养性微生物的内源呼吸速率（自身氧化率）
fT,H——异养性微生物生长温度修正系数，fT,H=1.072(T-15)（T为生物处理池内水温度，℃）
SSi——生物处理池进水悬浮SS浓度，kg/m3
BOD5,i——生物处理池去除的BOD5浓度，kg/m3
MLSS——生物处理池内污泥浓度，kg/m3
f1——内源呼吸残留率
f2——生物处理池进水中不能水解（降解）的惰性SS与总SS的比值。
（1）式中的前两项分别为异养性微生物在污水处理系统中污泥增殖量和内源呼吸衰减量，则异养性微生物在活性污泥中所占的比例X可表达为：
X=(YH·Q·BOD5,i－bH·X·MLSS·V·fT,H)/SP (2)
根据污泥泥龄的定义可知：SP=MLSS·V/θc (3)
式中：θc——污泥泥龄，d
联立式(1)、(2)、（3）即可求得剩余污泥量计算式为：
SP=YH·Q·BOD5,i+f2·Q·SSi－(1－f1)·bH·YH·Q·BOD5,i·θc·fT,H/[1+bH·θc·fT,H] (4)
折算为剩余污泥产率SPt（kgSS/kgBOD5）为：
SPt=YH+f2·SSi/BOD5i－(1－f1)·bH·YH·θc·fT,H/[1+bH·θc·fT,H] (5)
剩余污泥产率SPt为去除每kgBOD5所产出的污泥（kgSS）。从式（5）可以看出，剩余污泥产率取决于生物池进水中SSi/BOD5,i、污泥龄θc、异养性微生物的增殖率YH、污水温度T、内源呼吸速率bH、内源呼吸残留率f1、生物处理池进水中的惰性SS与总SS的比值f2等因素。剩余污泥产率随着SSi/BOD5,i、YH、f1、f2等的增大而变大，随着T、θc、bH等的增大而降低。计算时首先要根据进水水质的测定确定异养性微生物的增殖率YH、内源呼吸速率bH、内源呼吸残留率f1和生物处理池进水中的惰性SS与总SS的比值f2。表1给出德国ATV-DVWK-A131［4，5］规范中所取的YH、bH、f1和f2参数值。由表1分析可知，2000年版与1992年版相比f2参数值没有变化，但2000年版YH、bH和f1参数值1992年版大，因此，在相同的生物池进水SSi/BOD5,i、污泥龄θc、和温度T条件下，2000年版剩余污泥产率计算结果将大于1992年版的计算结果。说明随着污水处理厂实际运行数据资料的积累，研究工作的不断深入，国外设计规范中的剩余污泥产率取值具有增大的趋势。
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将表1中的参数取值代入公式（5）可以分别获得1992年版和2000年版ATV-DVWK-A131中剩余污泥产率计算式：
SPt＝0.6+0.6·SSi/BOD5,i－0.0432·θc·1.072(T-15)/[1+0.08·θc·1.072(T-15)]（6）
SPt=0.75+0.6·SSi/BOD5,i－0.102·θc·1.072(T-15)/[1+0.17·θc·1.072(T-15)]（7)
式（6）是德国1992年版ATV-DVWK-A131中剩余污泥产率计算式；式（7）是2000年版ATV-DVWK-A131中剩余污泥产率计算。
图1和图2分别给出在2000年版ATV-DVWK-A131中确定的参数和不同温度条件下，剩余污泥产率随污随泥龄和SSi/BOD5,i的变化，可以看出，剩余污泥产率随泥龄的增长而减小，泥龄8天时的剩余污泥产率比泥龄16天时高10％以上；剩余污泥产率随SSi/BOD5,i的增加而线性增大，当SSi/BOD5,i相差20％时，剩余污泥产率相差10％以上；在泥龄和SSi/BOD5,i一定的条件下剩余污泥产率随温度增高而减小，生物处理池温度12℃时比25℃时高10％以上。
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3剩余污泥产率的测定结果
污水处理厂的剩余污泥产率可通过在曝气池混合液稳定条件下测定曝气池进水和二沉池出水的BOD5、剩余污泥浓度和排出剩余污泥量来获得。测定工作在北京污水处理厂进行，选择的污水处理厂工艺分别为倒置的A2O（以下简称为工艺一）、A/O（不带内回流，以下简称为工艺二）和A/O（带内回流，下简称为工艺三），共测定了三种工艺，每种工艺均设有初沉池。测定时间为11月和12月两个月。污水温度在12-18摄氏度,平均污水温度约15摄氏度。表2给出两个月测定的平均结果，表3给出按公式（7）计算结果。
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由表2和表3分析可以看出，实际污水处理厂的剩余污泥产率值为0.89～0.99kgSS/kgBOD5，倒置的A2O工艺比A/O工艺的剩余污泥产率小，不带内回流和带内回流的A/O工艺的剩余污泥产率相近。实际运行的污水处理厂的剩余污泥产率值与利用德国ATV-DVWK-A131（2000年版）中的公式计算的剩余污泥产率比较接近，说明利用公式（7）估算的剩余污泥产率是可行的。
4小结
剩余污泥产率是污泥处理系统设计中的重要参数，它直接关系到污泥处理构筑物的设计尺寸、设备选型和污泥处理系统的建设规模。剩余污泥产率随泥龄的增长而减小，随SSi/BOD5,i的增加而线性增大，随温度的升高而减小。实际运行的污水处理厂剩余污泥产率为0.89～0.99kgSS/kgBOD5，倒置的A2O工艺比A/O工艺的剩余污泥产率小，不带内回流和带内回流的A/O工艺的剩余污泥产率相近。实际运行的污水处理厂的剩余污泥产率值与利用德国ATV-DVWK-A131（2000年版）中的公式计算出的剩余污泥产率比较接近，利用国ATV-DVWK-A131（2000年版）中的公式计算剩余污泥产率是可行的。
参考文献
[1]吴凡松、彭永臻：活性污泥法中污泥产率的计算，污泥处理处置技术与装备国际探讨会，2003.03。
[2]许劲等：城市污水生物除磷脱氮系统剩余污泥量的计算，重庆建筑大学报，2003.10。
[3]于丽昕、王洪臣：关于活性污泥工艺中剩余污泥量计算的讨论，给水排水，2002.09。
[4]ATV-DVWK-A131，BemessungvoneinstufigenBelebungsanlagen,2000。
[5]袁国文译，现代德国除磷脱氮技术，中德城市污水处理培信中心，2000.07
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