曝气池容积计算方法分析
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摘要：文中就曝气池容积的计算方法——BOD污泥负荷率法与污泥龄法进行了分析。指出：这两种方法实质上是属于同一个公式，只是考虑的角度不同而引入的两个不同概念而已。如能将考虑的角度有机地结合，将使曝气池容积的设计计算更趋合理。
关键词：曝气池 容积 污泥负荷率 污泥龄 设计与运行管理
曝气池是活性污泥处理系统中的核心构筑物，其容积的大小不仅关系到整个处理系统的净化效果，同时还关系到建造费用的问题。因此，有必要对曝气池容积的计算方法进行分析，从而得到较佳的设计取值。长期以来，曝气池容积的计算，采用较普遍的是按BOD—污泥负荷率法，但近来也有人建议采用污泥龄法。那么，二者之间有何异同，是否有某种内在的联系、可否将二者有机地结合起来呢？本文就此进行如下的分析讨论。
1 BOD—污泥负荷率(Ns)曝气池容积计算法
1.1 BOD—污泥负荷率(Ns)的物理概念
曝气池内单位重量(千克)的活性污泥，在单位时间内能够接受并将其降解到某一规定额数的BOD5重量值，被称为BOD—污泥负荷率(Ns)。即[1][2]：
⑴
式中 Ns——BOD—污泥负荷率,
kg BOD5/kgMLSS·d
Q——污水设计流量，m3/d
Sa——原污水的BOD5值，mg/l
X——曝气池内混合液悬浮固体浓度
(MLSS),mg/l
V——曝气池容积，m3
1.2 曝气池物料平衡方程式
如图1为完全混合活性污泥系统的物料平衡图[1][4]。
在稳定条件下，对于系统中的有机物进行物料平衡，则有：
⑵
整理得：
⑶
由莫诺(Monod)方程式的推论知[1][4] ：
⑷
代入式⑶，并整理得：
⑸
或
⑹
又
⑺
代入式⑹得：
⑻
或
⑼
式中 XV——曝气池混合液挥发性悬浮固体
浓度(MLVSS),mg/l
Se——处理水出水有机物浓度，mg/l
——有机物降解速度，
K2——有机物降解常数。
1.3 曝气池容积计算
由式⑴有：
⑽
将式⑼代入式⑽得：
⑾
式⑽即为按BOD—污泥负荷率法计算曝气池容积得计算公式，式⑾为经变换后得计算公式。
2 污泥龄(θc)曝气池容积计算法
2.1 污泥龄(θc)的物理概念
曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，称为污泥龄(θc)。也即劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)的“生物固体平均停留时间” [1]。即：
⑿
式中 θc——污泥龄，d
ΔXv——曝气池内每日增加的挥发性
污泥量(Vss)，kmg/l
其它——同前
2.2 生物增长基本方程式
在曝气池内，活性污泥微生物的增殖是微生物的合成和内源代谢共同活动的结果。即：
⒀
或
⒁
此式⒁经整理即可得劳伦斯—麦卡蒂(Lawrence—McCayty)方程式的推论—曝气池内活性污泥浓度与污泥龄之间的关系式[1]
⒂
该式即为资料[1][2]推荐的按污泥龄计算曝气池容积公式:
⒃
将式⑸与式⑿代入式⒁得:
⒄
式中 Y——微生物产率系数,kgVss/kgBOD5
Kd——微生物衰减系数，d-1
其它——同前。
2.3 曝气池容积计算
由式⑿有
⒅
将式⒄、式⒀、代入式⒅，并整理得：
⒆
式⒃或式⒅即为污泥龄法计算曝气池容积计算公式。式⒆为经变换后的计算公式。
3 两种计算方法的讨论
3.1 两种计算方法的相同之处
虽然两种计算方法的原始概念不同，但经过分析可知，两种计算方法的计算公式式⑾与式⒆是完全相同的。也就是说，在遵循莫诺(monod)反应动力学方程式的推论下，两种计算方法并无本质上的任何区别，完全可以用同一公式来表达:式⒆。
3.2 两种计算方法的不同之处
尽管两种计算方法在理论是统一的式⒆，但在实际设计过程中，采用的均是其原始概念下的公式式⑽和式⒃或式⒅。从表面上看显然是有区别的，而且在应用中，由于引入的概念不同，也是各有侧重。
对于负荷率法，考虑的主要是处理水质、种类及要求(η、Se)与污泥的凝聚沉淀性能(SVI)。而污泥龄法考虑的则主要是处理水质下的微生物世代时间的长短。同时，人们一般认为污泥负荷率作为活性污泥处理系统的设计与管理的指标是合理的，而污泥龄作为活性污泥处理系统运行管理最重要的指标则要较污泥负荷率更为稳妥[3]。由此说，污泥负荷侧重于设计，而污泥龄则侧重于运行管理。
4 结论
虽然引入的概念不同，考虑的角度不同、侧重不同，但作为设计计算公式来说，二者在本质上是完全统一的。因此，在设计计算过程中，应将二者有机结合，综合考虑。在原始概念计算公式的条件下，相互校核，共同优化，从而使曝气池的设计与运行管理更趋合理。
参考文献：
[1] 张自杰主编．排水工程(下册)．北京：中国建筑工业出版社，2000．
[2] GBJ14-87，室外排水设计规范．
[3] [日]井出哲夫等编著．水处理工程理论与应用．北京：中国建筑工业出版社，1986．
[4] R．S．拉马奥著．严忠琪 王凤石译．废水处理概论．北京：中国建筑工业出版社，1982．