如何计算污水处理所需要的曝气量

如何计算污水处理所需要的曝气量

活性污泥工艺曝气量计算方法探讨

摘要：对新、旧规范和给排水设计手册所菜用的活性污泥工艺曝气量的计算方法的优缺点进行了评述，并提出了一种新的方法即所谓的“三分法”。

1前言

活性污泥工艺是污水处理的主要工艺，在活性污泥处理系统中，微生物氧化需要的氧量，通过曝气的方法使空气和污水强烈地接触，并将空气中的氧溶于水中而获得。因此，曝气过程是活性污泥法的中心环节，也是污水处理过程中能耗最大的工序。而活性污泥法工艺曝气量计算方法在旧规范《室外排水设计规范(GBJ 14―87)》、《给排水设计手册》均有阐述，但在实际设计计算中发现，这两种方法计算结果相差悬殊，且理论上都有一定的缺陷。新版规范《室外排水设计规范(GB50014-2006)》中对曝气量计算方法己进行部分修正，但仍不完善，致使计算结果更不合理。而曝气量计算方法不同造成的计算结果的精确度不同，直接关系到活性污泥工艺的设计水平、基建投资和处理可靠性。本文通过工程实例和设计中的一些体会，对两种方法进行一次粗浅的分析，并提出了一种“三分法”和“经验法”，供大家探讨。

2规范法

旧版规范《外排水设计规范(GBJ 14-87)》(1997年版)对污水曝气量的计算方法有如下规定曝气池的污水需氧量应根据去除的五日生化需氧量等计算确定。设计需氧量可按下列公式1计算：

AOR＝0.024aQ(L+b)＋b[0.024Q(Nj-Nah)-0.12

式中：AOR――设计需氧量(kgO2/d)；

a――碳的氧当量，当含碳物质以BODS计时，a为1.47；

b――常数，为4.57kgO2/kgN，其含义为氧化每公斤氨氮所需氧量；

c――常数，为1.42，其含义为细菌细胞的氧当量：

L――曝气池进水五日生化需氧量(mg)；

Lch――出水五日生化需氧量(mg)；

Ni――进水凯氏氮浓度(mg)；

Nch――出水凯氏氮浓度(mg)；

N――曝气池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度(gvss/L)；

e――设计污泥龄(d)

Q――曝气池的设计流量(m/h)。

本公式计算需氧量，考虑到了需氧反应、兼养反应及影响需氧量的过程：BODs去除、氨氮氧化的需氧反应：污泥增殖及排放所减少的BOD及NH3-N 并非耗氧，在需氧量计算时予以扣除。但该公式未考虑污泥内源呼吸消耗的氧量及反硝化回收的氧量。

2006年6月1日开始实施的新版规范《室外排水设计规范(GB50014-2006)》对97版规范进行了部分修正，需氧量计算公式2为：

式中：O2――污水需氧量(kgOch/d)；

Q――曝气池的设计流量(m/d)；

N――曝气池肉进水总氮浓度(mg/L)；

N――曝气池内出水哨态氮浓度(mg/d)

X――排出曝气池系统的微生物量(kg/a)：

0.12AXv――排出曝气池系统的微生物中含氮量(kg/a)。

So同公式(1)中L，Se同公式(1)中Lch，Nk同公式(1)中Ni，Nke同公式(1)中Nch。

2006版规范公式较97版规范公式中考虑到了反硝化回收的氧量，但仍未考虑污泥内源呼吸消耗的氧量，致使需氧量计算结果更加偏小，计算结果更加不合理。

3设计手册法

给水排水工程设计手册中对于曝气池需氧量，有如下公式：

AOR=a'QLr＋b'VN。

式中AOR――设计需氧量(kgO2/d)

a'――氧化每kgBOD需氧公斤数(kgO2/kgBOD)，一般取0.42～0.53

b'――污泥自身氧化需氧率(1/a，系即kgO2/kgMLVSS)，一般0.188～0.11 L――去除的BOD浓度(kg/m)

Q――进水设计流量(m/d)

本公式计算需氧量考虑到了BOD去除、污泥自身氧化的耗氧量，但该公式未考虑到生物的硝化与反硝化反应的耗氧量及每天排除剩余污泥的未耗氧量。

4 三分法

活性污泥法的耗氧过程是很复杂的，耗氧的因素有很多，BODS的去除需耗氧，污泥要进行内源呼吸，它本身要耗氧。而每天排放的剩余污泥又并未耗氧，在需氧量计算时要予以扣除。我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918―200)对氨氮的排放要求很严，今后绝大多数的污水处理厂都需要考虑氨氮的硝化处理或脱氮处理。故耗氧量的计算尚应考虑氨氮氧化的需氧反应，反硝化过程的产氧反应。

硝化反应：

NH4＋2O2＋2HCO3→NO3＋2H2C03＋H2O

14 2×32

1

X

X＝32×2/14＝4.6

亦即每氧化1mg氨氮为硝酸盐氮需耗氧4。6mg。

反硝化反应：(以甲醇CH30H为有机碳源)

亦即每还原Img硝态氮可以降解2.47×1.05=2.6mgBODv，这部分BODu 并不是由于曝气供氧而降解的，而是在反硝化的同时碳源有机物得到分解氧化，实质上是利用了硝酸盐中的氧。因此，在计算需氧量时应扣除这部分BODu降解所需的氧量。这部分反硝化回收的氧量在97版规范说明中曾有提及，但计算公式中未有体现，但在2006版规范中加以修正，将反硝化回收的氧量去除，并考虑系数为0.62b＝0.62×4.57＝2.83，与上式计算2.6基本相同，本文认为是合适的。

综上所述，本文认为曝气池的需氧量包括碳化合物(BOD)需氧量、硝化需氧量和活性污泥内源呼吸消耗的氧量三部分。即所谓的“三分法”。

(1)碳化需氧量

[碳化需氧量]＝[以BOD5计的有机物去除量的需氧量]-[排除剩余污泥的需氧量]

上式可以写成：Oa＝0.001aQ(So)-Se (2)硝化需氧量：

[硝化需氧量]＝[去除NH3N所需氧量]-[细胞合成消耗的NH3N所需氧