城市污水处理污泥产率系数取值计算与实例验证

王希明

(中通环境治理有限公司，北京 100050)

1 概述

污泥产率系数是表征污水处理中有机物降解量与剩余污泥产量关系的重要设计参数，受温度、进水可降解SS中占TSS的比例、污泥龄等［1］的影响较大。目前国内尚未发布该系数统一的权威计算方法，探讨该系数的设计取值及计算方法十分必要［8］。常用的污泥产率系数简介如下:

1)Yt——污泥总产率系数(kg MLSS/kg BOD5)，表征BOD降解产生的污泥增殖量、污泥自身氧化分解的衰减量及不可降解悬浮物产生污泥增加量与有机物降解量的关系。

2)Yobs——污泥表观产率系数(kg MLVSS/kg BOD5)，表征BOD降解产生的污泥增殖量与污泥自身氧化的衰减量的差值与有机物降解量的关系。

3)Y——污泥产率系数(kg MLVSS/kg BOD5)，表征BOD降解量与污泥增殖量的直接关系，不考虑污泥自身氧化分解导致的污泥减少量。

以上各污泥产率系数的数学关系如下:

1)根据劳伦斯—麦卡蒂基本方程衍生的其他关系式［1］:

式中:Kd——微生物自身衰减系数，d－1;

θc——生物反应池污泥龄，d。

2)根据污泥产率系数的定义，有如下关系式:

式中:y——MLSS中MLVSS所占比例。

2 污泥产率系数的取值和计算方法

污泥产率系数对剩余污泥量(ΔX)、生化池池容(V)、污水需氧量(O2)等的设计计算影响大，常采用以下三种方式确定取值。

2.1 现行规范、手册推荐值

《室外排水设计规范》6.6.18［2］及《给水排水设计手册》［3］中规定:“污泥总产率系数 Yt(kg MLSS/kg BOD5)，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。”

HJ 576—2010厌氧—缺氧—好氧活性污泥法污水处理工程技术规范中表3(厌氧好氧工艺主要设计参数)规定［7］:“污泥产率系数 Y，系统设初次沉淀池时取 0.3 ～0.6(kg VSS/kg BOD5)，不 设 初 次 沉 淀 池 时 取 0.5 ～0.8(kg VSS/kg BOD5)”。6.4.3 中规定:“Yt——污泥总产率系数(kg MLSS/kg BOD5)，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0.3～0.5，无初次沉淀池时取 0.6～1.0”。

2.2 ATV计算公式结合我国水质特点的修正计算

周雹编著的《活性污泥工艺简明原理及设计计算》中污泥总产率系数计算建议采用德国ATV标准的污泥产量计算公式乘以修正系数K(国、内外污水水质差异的经验修正系数)［4］:

式中:Y——污泥总产率系数，kg MLSS/kg BOD5;

K——结合我国情况的修正系数，K=0.9;

0.75 ——异养菌污泥产率系数，kg SS/kg BOD5;

Xo——进水悬浮固体浓度，mg/L;

So——反应池进水中悬浮固体浓度，mg/L;

T——设计水温，与泥龄计算取相同数值，℃;

0.6 ——反应池进水悬浮固体中不可水解/降解的悬浮固体比例;

θc——反应池设计泥龄，d(此处指的是生化池总泥龄)。

2.3 现行规范、行业著作推荐的计算公式

CECS 149:2003城市污水生物脱氮除磷处理设计规程规定了污泥总产率系数的计算公式和参数取值如下［6］:

式中:Y——污泥净产率系数，kg SS/kg BOD5;

Ψ——反应池进水悬浮固体中不可水解/降解的悬浮固体比例，通过测定求得，无测定条件时，取0.6;

Yh——异养菌产率系数，kg SS/kg BOD5，取 0.6;

ft——温度修正系数，取 1.072(T－15);

f——污泥产率修正系数，通过试验确定，无试验条件时取 0.8～0.9;

bh——异养菌内源衰减系数，d－1，取 0.08;

θd——反应池设计泥龄，d(此处指的是生化池总泥龄)。

以上公式计算原理基本同ASM1，但又有简化:

1)忽略自氧菌增值导致的污泥量增加;

2)进水悬浮固体中不可水解/降解的悬浮固体比例(Ψ)按 0.6 估算取值;

3)部分参数取值不同，如异养菌产率系数ASM1为0.75 kg SS/kg BOD5而本规程为 0.6 kg SS/kg BOD5。

3 污泥产率系数的计算方法及实例验证

根据北京某MBR工艺污水处理厂2018年度运营数据，以下验算实际污泥产率系数与采用式(3)，式(4)计算值的差异。

该厂采用A2O-MBR工艺，设计处理规模8×104m3/d，实际处理水量 3×104m3/d～4.5×104m3/d，原水为周边居住社区排出的生活污水。

2018年度该厂运行数据如表1所示。

2018年度污泥产量运行数据如表2所示。

表2 月均污泥产量汇总表

根据以上数据，计算如下:

1)按实际进出水水质指标，利用ATV修正公式、《城市污水生物脱氮除磷处理设计规程》中计算公式计算Yt理论值;

2)按实际生物绝干污泥量与进，出水BOD5，SS实测值验算Yt实际值。

计算数据结果汇总如图1所示。

图1 污泥产率系数Yt计算值与实际值的关系

分析图1及计算数据结论如下:1)Yt实际值最低为0.31 kg MLSS/kg BOD5(9 月)，最高 2.68 kg MLSS/kg BOD5(1月)，全年平均值为 1.22 kg MLSS/kg BOD5，超出现行规范无实测数据时推荐值的上限 1.0 kg MLSS/kg BOD5。2)利用ATV修正公式计算Yt值，最低0.79 kg MLSS/kg BOD5(7 月)，最高为 0.96 kg MLSS/kg BOD5(1 月)，全年平均为0.87 kg MLSS/kg BOD5。3)利用《城市污水生物脱氮除磷处理设计规程》公式计算的Yt值最低为0.67 kg MLSS/kg BOD5(7月)，最高为 0.87 kg MLSS/kg BOD5(1月)，全年平均值为0.76 kg MLSS/kg BOD5。4)Yt实际值全年平均数高于利用ATV修正公式、现行规范推荐公式(IWA计算原理)计算得到的Yt值，12月、1月的数值较高，7月～9月的数值较低。

4 结论

1)污泥产率系数是重要的设计参数，影响生化池池容、污泥脱水设施选型、曝气量等设计内容，对工程造价影响非常大。应根据实践经验不断完善污泥产率系数的计算和优化方法。

2)通过对北京某污水厂实际运行数据分析，该厂Yt实际值高于计算值，且超出我国相关规范0.6～1.0的推荐值。

3)推荐北京及周边城市污水处理工程设计计算时，按现行规范推荐计算公式和ATV修正公式的计算数值，建议取较高值，防止污泥处理设施选型偏小影响污水处理厂的正常运营，不推荐直接根据相关规范推荐值范围直接选定Yt值。