污泥龄计算

德国是世界上环境保护工作开展较好的国家，在污水处理的脱氮除磷方面积累了很多值得借鉴的经验。现将德国排水技术协会(ATV)最新制定的城市污水设计规范A131中关于生物脱氮(硝化和反硝化)的曝气池设计方法介绍给大家，以供参考。

A131的应用条件：

①进水的COD/BOD5≈2，TKN/BOD5≤0.25；

②出水达到废水规范VwV的规定。

对于具有硝化和反硝化功能的污水处理过程，其反硝化部分的大小主要取决于：

①希望达到的脱氮效果；

②曝气池进水中硝酸盐氮NO－3－N和BOD5的比值；

③曝气池进水中易降解BOD5占的比例；

④泥龄ts；

⑤曝气池中的悬浮固体浓度X；

⑥污水温度。

图1为前置反硝化系统流程。

1 计算NDN/BOD5和VDN/VT

NDN表示需经反硝化去除的氮，它与进水的BOD5之比决定了反硝化区体积VDN占总体积VT的大小。

由氮平衡计算NDN/BOD5：

NDN=TKNi-Noe-Nme-Ns

式中 TKNi——进水总凯氏氮，mg/L

Noe——出水中有机氮，一般取1～2mg/L

Nme——出水中无机氮之和，包括氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，是排放控制值。按德国标准控制在18mg/L以下，则设计时取0.67×18＝12mg/L

Ns——剩余污泥排出的氮，等于进水BOD5的0.05倍，mg/L

由此可计算NDN/BOD5之值，然后从表1查得VDN/VT。

表1 晴天和一般情况下反硝化设计参考值

反硝化前置周步

VDN/VT 反硝化能力，以kgNDN/kgBOD5计，（t=10℃）

0.20 0.70 0.05

0.30 0.10 0.08

0.40 0.12 0.11

0.50 0.14 0.14

2 泥龄

泥龄ts是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，即

ts=曝气池中的活性污泥量/每天从曝气池系统排出的剩余污泥量

tS＝（X×VT）/（QS×XR＋Q×XE）

式中 tS——泥龄，d

X——曝气池中的活性污泥浓度，即MLSS，kg/m3

VT——曝气池总体积，m3

QS——每天排出的剩余污泥体积，m3/d

XR——剩余污泥浓度，kg/m3

Q——设计污水流量，m3/d

XE——二沉池出水的悬浮固体浓度，kg/m3

根据要求达到的处理程度和污水处理厂的规模，从表2选取应保证的最小泥龄。

表2 处理程度及处理厂规模和最小泥龄的关系

处理程度污水处理厂规模

≤2万人口当量≤10万人口当量

无硝化的污水处理 5 4

有硝化的污水处理（设计温度10℃） 10 8

硝化/反硝化的污水处理（设计温度10℃）

VDN/VT=0.2 12 10

=0.3 13 11

=0.4 15 13

=0.5 18 16

硝化/反硝化和污泥稳定稳定的污水处理 25 不推荐

注 12℃时达到稳定硝化需按10℃设计

3 剩余污泥量

污泥比产率

Y＝YBOD5＋YP

式中 Y——污泥产率，kg干固体/kgBOD5

YBOD5——剩余污泥产率，kg干固体/kgBOD5

YP——同步沉淀的化学污泥产率(当未投加化学混凝剂除磷时无此项)，kg干固体/kgBOD5

剩余污泥产率YBOD5与泥龄、进水SS和BOD5的比例、温度等有关，约为0.52～1.22 kg 干固体/kgBOD5，可从表3中选取。

表3 YBOD5与泥龄、进水SS和BOD5的比例之关系

SSi/（BOD5）i 泥龄（d）

4 6 8 10 1

5 25

0.4 0.74 0.70 0.67 0.64 0.59 0.52

0.6 0.86 0.82 0.79 0.76 0.71 0.64

0.8 0.98 0.94 0.91 0.88 0.83 0.76

1.0 1.10 1.06 1.03 1.00 0.95 0.88

1.2 1.22 1.18 1.15 1.12 1.07 1.00

4 计算曝气池体积

首先计算曝气池的污泥负荷N，即

N＝l/(tS×Y)

式中 N——曝气池的污泥负荷，kgBOD5/(kg干固体•d)

再根据表4选定曝气池中的活性污泥浓度X。

表4 曝气池中活性污泥浓度的推荐值

处理程度活性污泥浓度X（kg/m3）

有初沉池无初沉池

无硝化 2.5-3.5 3.5-4.5

硝化和反硝化 2.5-3.5 3.5-4.5

带污泥稳定 - 4.0-5.0

除磷（加混凝剂同步沉淀） 3.5-4.5 4.0-5.0

应特别注意，必须校验二沉池能否使曝气池中的活性污泥浓度达到所选取的X值。

所以，曝气池的体积为：

VT＝(BOD5)i×Q/(N×X)

VT＝VDN＋VN

5 回流比

内循环回流比R1＝QR1/Q，外循环回流比R2＝QR2/Q ，总回流比R＝R1＋R2。

在前置反硝化工艺中，硝酸盐氮通过内循环和外循环回流进入反硝化区。只要回流的硝酸盐氮不超过表1中的反硝化能力，则可能达到的最大反硝化程度取决于回流比R。因此，可根据反硝化率EDN计算所需的最小回流比。

EDN＝NDN/(NDN＋Nne)

所需的最小回流比

R＝1/(1－EDN)－1

式中 EDN——反硝化率

Nne——出水硝酸盐氮，mg/L

一般在前置反硝化工艺中，回流比取2.0。若希望进一步提高反硝化率，可继续提高回流比。但必须注意，最大回流比为4.0，且回流比较高时存在着将过多的溶解氧带入反硝化区的危险。为了减少循环回流中的溶解氧，可在曝气池末端设置隔离区域，减少该区中的曝气量。

前置反硝化工艺中的反硝化区应采用隔墙与好氧硝化区分开，并在反硝化区中设置搅拌装置。

回流量还可根据连续监测反硝化区Nne值进行调节。

6 供氧量

生物脱氮工艺中，分解碳化合物(BOD5)的需氧率OVC和氧化氮化合物的需氧率OVN必须分开计算。然后根据饱和溶解氧等的影响，由这两部分之和计算供氧率(氧负荷)OB 。

①分解碳化合物的需氧率OVC可从表5查得。

表5 分解碳化合物的需氧率OVc kgO2/kgBOD5

温度（℃）泥龄（d）

4 6 8 10 1

5 25

10 0.83 0.95 1.05 1.15 1.32 1.55

12 0.87 1.00 1.10 1.20 1.38 1.60

15 0.94 1.08 1.20 1.30 1.46 1.60

18 1.00 1.17 1.30 1.40 1.54 1.60

20 1.05 1.22 1.35 1.45 1.60 1.60

②氧化氮化合物的需氧率OVN可按下式计算：

OVN＝(4.6×Nne＋1.7×NDN)/BOD5

③选择曝气区的溶解氧浓度CX，根据峰值系数fC和fN计算最大小时供氧率(氧负荷)OB： OB＝〔Cs/(Cs－Cx)〕/(OVc×fC＋OVN×fN)

式中 Cs——污水中饱和溶解氧浓度，mg/L

Cx——曝气池中溶解氧浓度，mg/ L

fC——碳负荷峰值系数，即最大小时需氧率与平均小时需氧率之比

fN——氮负荷峰值系数

推荐的CX值为：在无硝化的装置中取2 mg/L；进行硝化的装置中取2 mg/L；进行硝化同步/反硝化的装置中取0.5mg/L。

如果无法测得峰值系数，可从表6中查取。由于在污水处理厂最大氮负荷与最大碳负荷并