城市污水處理污泥產率系數取值計算與實例驗證

王希明

(中通環境治理有限公司，北京 100050)

1 概述

污泥產率系數是表征污水處理中有機物降解量與剩余污泥產量關系的重要設計參數，受溫度、進水可降解SS中占TSS的比例、污泥齡等［1］的影響較大。目前國內尚未發布該系數統一的權威計算方法，探討該系數的設計取值及計算方法十分必要［8］。常用的污泥產率系數簡介如下:

1)Yt——污泥總產率系數(kg MLSS/kg BOD5)，表征BOD降解產生的污泥增殖量、污泥自身氧化分解的衰減量及不可降解懸浮物產生污泥增加量與有機物降解量的關系。

2)Yobs——污泥表觀產率系數(kg MLVSS/kg BOD5)，表征BOD降解產生的污泥增殖量與污泥自身氧化的衰減量的差值與有機物降解量的關系。

3)Y——污泥產率系數(kg MLVSS/kg BOD5)，表征BOD降解量與污泥增殖量的直接關系，不考慮污泥自身氧化分解導致的污泥減少量。

以上各污泥產率系數的數學關系如下:

1)根據勞倫斯—麥卡蒂基本方程衍生的其他關系式［1］:

式中:Kd——微生物自身衰減系數，d－1;

θc——生物反應池污泥齡，d。

2)根據污泥產率系數的定義，有如下關系式:

式中:y——MLSS中MLVSS所占比例。

2 污泥產率系數的取值和計算方法

污泥產率系數對剩余污泥量(ΔX)、生化池池容(V)、污水需氧量(O2)等的設計計算影響大，常采用以下三種方式確定取值。

2.1 現行規范、手冊推薦值

《室外排水設計規范》6.6.18［2］及《給水排水設計手冊》［3］中規定:“污泥總產率系數 Yt(kg MLSS/kg BOD5)，宜根據試驗資料確定，無試驗資料時，系統有初次沉淀池時取0.3，無初次沉淀池時取 0.6～1.0。”

HJ 576—2010厭氧—缺氧—好氧活性污泥法污水處理工程技術規范中表3(厭氧好氧工藝主要設計參數)規定［7］:“污泥產率系數 Y，系統設初次沉淀池時取 0.3 ～0.6(kg VSS/kg BOD5)，不 設 初 次 沉 淀 池 時 取 0.5 ～0.8(kg VSS/kg BOD5)”。6.4.3 中規定:“Yt——污泥總產率系數(kg MLSS/kg BOD5)，宜根據試驗資料確定，無試驗資料時，系統有初次沉淀池時取0.3～0.5，無初次沉淀池時取 0.6～1.0”。

2.2 ATV計算公式結合我國水質特點的修正計算

周雹編著的《活性污泥工藝簡明原理及設計計算》中污泥總產率系數計算建議采用德國ATV標準的污泥產量計算公式乘以修正系數K(國、內外污水水質差異的經驗修正系數)［4］:

式中:Y——污泥總產率系數，kg MLSS/kg BOD5;

K——結合我國情況的修正系數，K=0.9;

0.75 ——異養菌污泥產率系數，kg SS/kg BOD5;

Xo——進水懸浮固體濃度，mg/L;

So——反應池進水中懸浮固體濃度，mg/L;

T——設計水溫，與泥齡計算取相同數值，℃;

0.6 ——反應池進水懸浮固體中不可水解/降解的懸浮固體比例;

θc——反應池設計泥齡，d(此處指的是生化池總泥齡)。

2.3 現行規范、行業著作推薦的計算公式

CECS 149:2003城市污水生物脫氮除磷處理設計規程規定了污泥總產率系數的計算公式和參數取值如下［6］:

式中:Y——污泥凈產率系數，kg SS/kg BOD5;

Ψ——反應池進水懸浮固體中不可水解/降解的懸浮固體比例，通過測定求得，無測定條件時，取0.6;

Yh——異養菌產率系數，kg SS/kg BOD5，取 0.6;

ft——溫度修正系數，取 1.072(T－15);

f——污泥產率修正系數，通過試驗確定，無試驗條件時取 0.8～0.9;

bh——異養菌內源衰減系數，d－1，取 0.08;

θd——反應池設計泥齡，d(此處指的是生化池總泥齡)。

以上公式計算原理基本同ASM1，但又有簡化:

1)忽略自氧菌增值導致的污泥量增加;

2)進水懸浮固體中不可水解/降解的懸浮固體比例(Ψ)按 0.6 估算取值;

3)部分參數取值不同，如異養菌產率系數ASM1為0.75 kg SS/kg BOD5而本規程為 0.6 kg SS/kg BOD5。

3 污泥產率系數的計算方法及實例驗證

根據北京某MBR工藝污水處理廠2018年度運營數據，以下驗算實際污泥產率系數與采用式(3)，式(4)計算值的差異。

該廠采用A2O-MBR工藝，設計處理規模8×104m3/d，實際處理水量 3×104m3/d～4.5×104m3/d，原水為周邊居住社區排出的生活污水。

2018年度該廠運行數據如表1所示。

2018年度污泥產量運行數據如表2所示。

表2 月均污泥產量匯總表

根據以上數據，計算如下:

1)按實際進出水水質指標，利用ATV修正公式、《城市污水生物脫氮除磷處理設計規程》中計算公式計算Yt理論值;

2)按實際生物絕干污泥量與進，出水BOD5，SS實測值驗算Yt實際值。

計算數據結果匯總如圖1所示。

圖1 污泥產率系數Yt計算值與實際值的關系

分析圖1及計算數據結論如下:1)Yt實際值最低為0.31 kg MLSS/kg BOD5(9 月)，最高 2.68 kg MLSS/kg BOD5(1月)，全年平均值為 1.22 kg MLSS/kg BOD5，超出現行規范無實測數據時推薦值的上限 1.0 kg MLSS/kg BOD5。2)利用ATV修正公式計算Yt值，最低0.79 kg MLSS/kg BOD5(7 月)，最高為 0.96 kg MLSS/kg BOD5(1 月)，全年平均為0.87 kg MLSS/kg BOD5。3)利用《城市污水生物脫氮除磷處理設計規程》公式計算的Yt值最低為0.67 kg MLSS/kg BOD5(7月)，最高為 0.87 kg MLSS/kg BOD5(1月)，全年平均值為0.76 kg MLSS/kg BOD5。4)Yt實際值全年平均數高于利用ATV修正公式、現行規范推薦公式(IWA計算原理)計算得到的Yt值，12月、1月的數值較高，7月～9月的數值較低。

4 結論

1)污泥產率系數是重要的設計參數，影響生化池池容、污泥脫水設施選型、曝氣量等設計內容，對工程造價影響非常大。應根據實踐經驗不斷完善污泥產率系數的計算和優化方法。

2)通過對北京某污水廠實際運行數據分析，該廠Yt實際值高于計算值，且超出我國相關規范0.6～1.0的推薦值。

3)推薦北京及周邊城市污水處理工程設計計算時，按現行規范推薦計算公式和ATV修正公式的計算數值，建議取較高值，防止污泥處理設施選型偏小影響污水處理廠的正常運營，不推薦直接根據相關規范推薦值范圍直接選定Yt值。