什么是污泥負荷、去除負荷、有機負荷、容積負荷？它們之前到底有啥關(guān)系？

水友小王問：我在學(xué)習(xí)污水的生物處理過程中，遇到幾個概念一直搞不清楚——有機負荷、去除負荷、污泥負荷、容積負荷之間到底是啥關(guān)系？

 

水友老張解答道：一般來說，有機負荷有兩種表示方式：污泥負荷和容積負荷，而在這兩個概念中，你最需要掌握的就是污泥負荷。

 

畢竟，眾多研究都表明了一個事實，即污泥負荷影響著污泥的凝聚、沉降性能以及系統(tǒng)對污染物的去除效率，用污泥負荷來表示有機負荷比容積負荷更為貼近微生物的生長規(guī)律。

 

那么，既然污泥負荷這么重要，我們就很有必要好好了解它的計算方式，與其他控制指標的關(guān)系、以及它對污染物去除率的影響。

 

01

污泥負荷的計算及一般控制區(qū)間

 

 

1、什么是污泥負荷、承受負荷和去除負荷？如何計算？

 

污泥負荷是指單位質(zhì)量的污泥微生物在一定時間內(nèi)所得基質(zhì)的量，單位為kgCOD( BOD) /( kgMLSS·d) 。

 

污泥負荷在微生物代謝方面的含義就是F/M比值，它代表了微生物量與食物量之間的一種平衡關(guān)系，直接影響活性污泥的增長速率、有機污染物的去除效果效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。

 

污泥負荷（F以BOD5表示，M以MLSS表示）的計算公式如下：

 

F/M==(BOD5×Q)/曝氣池中活性污泥總量

 

其中，曝氣池中活性污泥總量=曝氣池有效容積×MLSS。

 

（由于一些污水廠沒有條件測定BOD5，所以污泥負荷計算也可用CODcr來取代BOD5。因為就某一處理裝置而言，其污水的BOD/COD一般情況下是相對穩(wěn)定的。）

 

此處需要特別說明的是，上面我們所介紹的污泥負荷只是大致反映了曝氣池中單位質(zhì)量的活性污泥每天所能接納的BOD5量，而不能反映所能去除的BOD5量。

 

因此，在實際的運行管理中應(yīng)采用污泥的BOD5去除負荷。

 

二者的計算不同在于：前者的F用曝氣池每天進水BOD5的總量表示，是污泥的承受負荷；而后者的F用曝氣池每天去除的BOD5的總量表示，是污泥的去除負荷。

 

在日常運行管理中，后者往往更具指導(dǎo)意義，能反映出處理裝置的實際處理能力。

 

2、F/M的一般控制區(qū)間

 

數(shù)據(jù)來源/《活性污泥法工藝控制》：F/M參考控制值

 

值得一提的是，上圖提到的這些控制區(qū)間數(shù)據(jù)，僅可用于參考，并不能作為定理或者切實準確的標準。

 

畢竟，隨著環(huán)保政策越來越嚴格，國家對出水標準也提出了更高的要求，這就迫使我們把生化處系統(tǒng)的F/M必須控制得更低，否則很難做到達標排放。

 

當(dāng)然，維持較低F/M時，也會出現(xiàn)很多不良表現(xiàn)......

 

在低負荷情況下的不良表現(xiàn)——

 

• 曝氣池和二沉池容易產(chǎn)生浮渣；

• 放流水容易夾帶顆粒物；
• 有水力貨荷沖擊時，容易導(dǎo)致活性污泥流出二沉池。

 

在高負荷時的不良表現(xiàn)——

 

• 污泥沉降性差，上清液渾濁，液面白色泡沫多；

• 有機物去除率低，氦氮去除率低，抗沖擊負荷差；
• 溶解氧消耗大，非活性污泥類原生動物占優(yōu)勢。

 

02

污泥負荷與其他控制指標的關(guān)系

 

 

1、F/M與SV30之間的關(guān)系

 

活性污泥控制在不同的F/M階段，其表現(xiàn)的沉降特性是不一樣的。

 

1）當(dāng)F/M過低時，SV30表現(xiàn)為：

 

液面容易看到浮渣層；活性污泥色澤較深；沉降過程較迅速；上清液帶有細小顆粒；沉降的活性污泥壓縮性好。

 

2）當(dāng)F/M過高時，SV30表現(xiàn)為：

 

污泥界面不夠清晰；活性污泥色澤呈單粽黃色；絮凝沉降速度相對緩慢；上清液渾濁；沉降的活性污泥階段壓縮性差。

 

值得一提的是，通過沉降比的表現(xiàn)也可以從側(cè)面了解活性污泥的污泥負荷概況，避免出現(xiàn)單單純靠計算帶來的誤判。

 

2、F/M與MLSS之間的關(guān)系

 

從上文污泥負荷的計算公式看，F(xiàn)/M與MLSS的關(guān)系十分密切。

 

一般來說，我們分析F/M的目的就是為了能夠更系統(tǒng)地了解到進水有機物濃度對應(yīng)當(dāng)下的活性污泥濃度是否合適，以此來指導(dǎo)調(diào)整活性污泥的濃度值，最終得出活性污泥濃度與進水有機物濃度的最佳比例。

 

在實際工作中，大家可能都會遇到一個問題，那就是過大的排泥速率會導(dǎo)致活性污泥濃度快速下降，等到活性污泥濃度每日分析結(jié)果出來的時候，再去改變操作，往往為時已晚，難以迅速恢復(fù)。

 

同樣的，過小的排泥速率會導(dǎo)致排泥效果不明顯，如果排泥量低于活性污泥的增長量，我們還會發(fā)現(xiàn)污泥濃度隨著排泥的進行反而還會上升。

 

因此，如何控制合理的排泥，將F/M控制在合理范圍對我們工作來說至關(guān)重要。而這就需要我們平時多多積累排泥的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，特別是在不同活性污泥濃度情況下，對應(yīng)排泥量的曲線還是非常有必要作的。

 

3、F/M與DO之間的關(guān)系

 

F/M與DO的關(guān)系，類似于我們上面提到的F/M與MLSS之前的關(guān)系，這里就不過多解釋了。

 

概括起來講，就是在較低F/M情況下，同樣降解一定量的有機物，所消耗的溶解氧相對來說要更高。

 

這是因為當(dāng)F/M過低時，相應(yīng)的活性污泥濃度處在一個過剩的范圍內(nèi)，這部分過剩的活性污泥越多，消耗額外的溶解氧自然也就越來越多了。

 

當(dāng)搞清楚這層關(guān)系后，我們在水處理過程中就可以通過F/M來達到節(jié)能降耗的目的了——在保持處理效果的前提下，盡量提高F/M，以避免不必要的曝氣消耗。

 

03

污泥負荷對污染物去除率的影響

 

 

1、F/M對COD去除效率的影響

 

以A2/O為例，活性污泥對COD的去除率隨F/M的增加呈先升高后下降的變化。

• 當(dāng)進水F/M介于0.15～0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時，系統(tǒng)對COD的去除效果最好。
• 當(dāng)進水F/M<0.15kgCOD/(kgMLSS·d)時， F/M越高COD降解速率越快。
• 當(dāng)進水F/M>0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時，COD降解速率顯著下降。這主要是因為在高F/M條件下，水力停留時間較短，微生物對有機物的吸附和氧化不充分，從而導(dǎo)致COD去除率減小。

 

值得一提的是，在低溫條件下，當(dāng)活性污泥A2/O系統(tǒng)的進水F/M分別為0.22、0.31和0.39kgCOD/(kgMLSS·d)時，系統(tǒng)對COD的去除率隨著負荷的增大而減小，平均去除率由87.2%下降至80.7％。

 

這是由于在低溫條件下，微生物的生理活性受到抑制，導(dǎo)致其對有機物的降解能力有限，所以在此條件下降低F/M可以提高系統(tǒng)對COD的去除能力。

 

2、F/M對氨氮去除效率的影響

 

在活性污泥A2/O工藝中，NH3-N的去除率與F/M呈負相關(guān)關(guān)系，低F/M有利于系統(tǒng)對NH3-N去除。

• 低F/M運行時，水力停留時間較長，有利于NH3-N和NO2--N被充分氧化；當(dāng)系統(tǒng)的F/M介于0.14～0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時，NH3-N的去除率最高，平均去除率達96.1％。
• 而高F/M下，水力停留時間較短，NH3-N無法被充分硝化形成NO3--N。

 

同時，有研究研究表明，亞硝酸鹽氧化菌（NOB）的最佳生長溫度為25～30℃，氨氧化菌（AOB）的最佳生長溫度為28℃，溫度不僅影響著NOB的生長速率，還影響硝化反應(yīng)的進程。

 

當(dāng)溫度低于10℃時，NOB的活性受到明顯抑制，當(dāng)溫度降至5℃以下時，硝化反應(yīng)基本停止。

 

當(dāng)溫度為7.5～11.5℃時，隨著活性污泥A2/O系統(tǒng)進水F/M的提高，NH3-N去除率隨之降低。

 

在進水NH3-N平均濃度為30.9mg/L條件下，當(dāng)F/M由0.22kgCOD/(kgMLSS·d)提高到0.39kgCOD/(kgMLSS·d)時，出水NH3-N濃度由12.3mg/L增加到13.9mg/L，平均去除率也由60.2％降低到53.1％。

 

3、F/M對磷去除效率的影響

 

聚磷菌屬于低溫耐冷菌，低溫對活性污泥A2/O系統(tǒng)除磷效率的影響并不是十分顯著。

 

有研究數(shù)據(jù)表明，在低溫條件下，當(dāng)系統(tǒng)的進水F/M分別為0.22、0.31、0.39kgCOD/(kgMLSS·d)時，進水TP平均濃度分別為5.73、5.41和5.2mg/L，出水TP平均濃度分別為1.21、0.89和0.67mg/L，系統(tǒng)對TP的平均去除率分別為78.9%、83.8％和87.4％。不難看出，TP的去除率并沒有顯著的變化。

 

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