幾種污水處理設(shè)計(jì)計(jì)算方法的比較

全世界污水處理已經(jīng)歷了幾十載的高速發(fā)展，而污水處理理論的提出則可追溯到一百多年前?，F(xiàn)今全球主流的污水處理工藝從處理形式上分主要以微生物懸浮生長(zhǎng)為主的活性污泥法和以微生物附著生長(zhǎng)為主的生物膜法兩種。對(duì)于現(xiàn)存污水處理廠設(shè)計(jì)計(jì)算，主要是確定污泥齡和污泥生長(zhǎng)數(shù)量，以及生物反應(yīng)池的池容和停留時(shí)間。對(duì)于這幾個(gè)重要參數(shù)的確定，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者提出了很多的方法，現(xiàn)在歸納起來(lái)，主要有三種：一是以經(jīng)驗(yàn)為主的污泥負(fù)荷法，二是以經(jīng)驗(yàn)和理論相結(jié)合為主的泥齡法，三則是以理論為重點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型法。

污泥負(fù)荷法

污泥負(fù)荷法是出現(xiàn)較早的一種計(jì)算方法，其中較核心的參數(shù)是單位時(shí)間單位質(zhì)量污泥的負(fù)荷。這種計(jì)算方法簡(jiǎn)便易行，十分容易理解，并且在眾多實(shí)例工程中已經(jīng)成功應(yīng)用，充分說(shuō)明了它的正確性。污泥負(fù)荷法的缺點(diǎn)在于其取值，規(guī)范中對(duì)于不同情況給出了建議值，然而這些值的取值范圍非常廣泛，上下限的差別達(dá)到兩倍，甚至再考慮脫氮除磷的情況時(shí)，相差達(dá)三倍之多。那么這樣的范圍，對(duì)于一個(gè)沒(méi)有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，或者是很少有參考對(duì)象的水質(zhì)比較特別的污水來(lái)說(shuō)，將失去其參考意義。甚至在選取不合適的情況下，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)出泥齡過(guò)高，從而使得計(jì)算出的剩余污泥量為負(fù)值，和實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，無(wú)法指導(dǎo)實(shí)踐。

數(shù)學(xué)模型法

數(shù)學(xué)模型法由國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)IAWQ提出，曾經(jīng)有過(guò)多個(gè)版本，第一版是一種不夠完善的理論公式，第二版較第一版更加龐大和復(fù)雜，雖然在理論上比較完善，但是由于其所包含的各種組分參數(shù)很多至今不能準(zhǔn)確或者方便的測(cè)定，使得它在應(yīng)用上困難重重，至今還只能停留在理論研究的階段。第一版模型中，國(guó)外專家學(xué)者通過(guò)調(diào)查，提出了部分參數(shù)的選取值，但這些多基于國(guó)外的水質(zhì)得出，考慮到國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民生活水平的不同，這些參數(shù)在沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間檢驗(yàn)和考證前，尚不可以直接予以應(yīng)用，應(yīng)用該模型對(duì)污泥系統(tǒng)的描述可如下：

剩余污泥量為 Xw = XT－XEF

其中XT活性污泥總量，它包括以下幾個(gè)部分：（1）來(lái)自進(jìn)水的固定性懸浮固體和不可生物降解V SS截留在活性污泥絮體內(nèi)的部分。（2）包括在活性污泥中的異養(yǎng)型微生物，它可通過(guò)對(duì)底物的降解而增值，包括對(duì)有機(jī)物和總凱氏氮的降解所增值的兩部分。（3）內(nèi)源呼吸衰減殘留物含量。XEF是隨系統(tǒng)出水所攜帶的懸浮物總量。

污泥齡法

泥齡法是從微生物的生長(zhǎng)特性入手，由此導(dǎo)出降解污染物的特性數(shù)據(jù)，如污泥負(fù)荷。早期的泥齡法和污泥負(fù)荷法一樣，主要以經(jīng)驗(yàn)數(shù)字為準(zhǔn)，并在實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了各項(xiàng)參數(shù)的建議取值，雖然在概念上更加切合實(shí)際，更容易理解，其參數(shù)量較少，一定程度上可以規(guī)避例如污泥負(fù)荷法之類計(jì)算方法的弊端。

三種計(jì)算法的比較

對(duì)于剩余污泥量來(lái)講，可直接測(cè)得具體的泥量數(shù)字，較容易判斷計(jì)算方法的正確性，以下主要以對(duì)剩余污泥產(chǎn)量的校核來(lái)說(shuō)明三種計(jì)算方法的優(yōu)劣。

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)某些水廠的水質(zhì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較。

資料來(lái)源：中國(guó)污泥網(wǎng)

應(yīng)用上述三種辦法計(jì)算的結(jié)果列表如下：

污泥量計(jì)算表某甲水廠 污泥負(fù)荷法 污泥齡法 ASM1 實(shí)際測(cè)量θ=8～25d Y=0.65 Y=1.22～1.39 16.7～19.5 15～20 VSS/SS=0.7 ΔX=9.26 ΔX=17.1～19.5某乙水廠θ=20～25d Y=0.5，K=0.08 Y=1.16～1.19 16.3～16.7 16.3 VSS/SS=0.75 ΔX＜0 ΔX=16.3～16.7

從表中可以看出，計(jì)算結(jié)果和前述情況吻合。污泥負(fù)荷法隨意性較強(qiáng)，要求設(shè)計(jì)人員選取參數(shù)一定要正確，并且缺乏量化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在不同的選擇下，結(jié)果差異太大。如某乙水廠，對(duì)于選定參數(shù)的結(jié)果竟然出現(xiàn)了剩余污泥量計(jì)算值小于零的情況，這充分說(shuō)明該計(jì)算方法缺乏較強(qiáng)的糾錯(cuò)性，或者說(shuō)應(yīng)用強(qiáng)度不夠，不能合理的將結(jié)果控制在可接受的范圍內(nèi)。而泥齡法和ASM1模型法的計(jì)算結(jié)果相比較之下更加接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的實(shí)用性。其中泥齡法采用參數(shù)準(zhǔn)確，數(shù)量不多，確定標(biāo)準(zhǔn)較簡(jiǎn)單，推導(dǎo)過(guò)程基于微生物基本性質(zhì)，受地域影響小，采用揮發(fā)性懸浮物為基準(zhǔn)物質(zhì)而替代總懸浮物，更具有合理性，所以較ASM1模型法應(yīng)用范圍更廣泛，是值得提倡的先進(jìn)計(jì)算方法。

結(jié)語(yǔ)

第一，就理論的完備性來(lái)看，未來(lái)污水處理設(shè)計(jì)計(jì)算的主流方向應(yīng)該是模型為指導(dǎo)的詳細(xì)計(jì)算程序，但是現(xiàn)階段由于模型過(guò)于龐雜，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不夠，尚無(wú)法應(yīng)用在實(shí)際工程當(dāng)中，還需要有一個(gè)應(yīng)用的過(guò)程。第二，泥齡法雖推導(dǎo)過(guò)程具有獨(dú)立性和重復(fù)性，可應(yīng)用于其他國(guó)家，但是仍有部分參數(shù)依據(jù)德國(guó)水質(zhì)實(shí)驗(yàn)得來(lái)，還存在和我國(guó)具體情況的偏差，故需在以后的科學(xué)研究中加以考證和改進(jìn)，使得能夠更好的切合中國(guó)的實(shí)際情況。第三，對(duì)于污泥負(fù)荷法，仍有很大的應(yīng)用空間，尤其是對(duì)于某些相似性較高、有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程項(xiàng)目，仍可應(yīng)用污泥負(fù)荷法進(jìn)行快捷簡(jiǎn)便的計(jì)算，大大提高工作效率。但對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少、掌握數(shù)據(jù)不充分的情況，則需慎重考慮，避免出錯(cuò)。