活性污泥工艺曝气量计算方法探讨
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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”。
关键词：活性污泥工艺；曝气量，计算方法
中图分类号：TU992．3
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2007)07-0079-03
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＋2HCO3NO3＋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所需氧量]-[反硝化末耗氧量]
(3)污泥内源呼吸消耗的氧量
[污泥需氧量]＝[污泥内源呼吸消耗的氧量]
三分法较全面的概括了曝气池需氧量，是较合理的一种方法。
5经验法
5．1采用空气推曝气时，一般去除每公斤五日生化需氧量的供气量可采用40～80m3。
5．2采用鼓风机时，处理每立方米污水的供气量不应小于3m3。
5．3采用表面曝气器时，去除每公斤五日生化需氧量的供氧量(按标准工况计)，可采用1.2～2.0kg。
这些经验数据都比较粗，不宜作为计算的正式数据，但这些数据可以校核前三种计算方法的结果，作为前面所述计算方法的检验。
6工程实例
某城市污水Q＝12000m3/d，水质资料设计有关参数：设计温度为15℃，最高温度为25℃、N-Ncm为26.6mg/L、NO3为21.6mg/L、曝气池总池容V＝13397m3、N'=0.7×4000mg/l＝2.8g/l、e＝3Od
4)采用经验法校核
按经验法(3)，如果采用表面曝气器时，如去除每kgBODs的供氧量(按标况计)，可采用1.2～2.0kg。污水处理后去除的产BODs为2640kg。则按规范法计算结果，去除每kgBOD5的供氧量为1.09kg：按手册法计算结果，去除每kgBODs的供氧量为2.09～3.2kg；按三分法计算结果，去除每kgBODs的供氧量为2.2Kg。
以上结果可以看出，规范法结果明显偏小，手册法结果又有较大的变化范围，而三分法的计算结算结果比较适中，而且与污水厂实际运行情况基本相符，且略有富余。
7结论
通过计算比较可以发现，97版规范法计算的结果最小，2DC6版规范法计算的结果更小，手册法b值取小值0.11时与三分法计算结果接近，而b值取大值(0.188)时，计算结果最大。采用三种方法计算的结果各不相同且相差较大。这是因为每种方法所包含的内容不同造成。综合上述分析，本文认为：
①97版规范法考虑到了硝化反应的耗氧量，但未考虑污泥内源呼吸消耗的氧量，也末扣除反硝化回收的氧量，计算结果明显偏小；2006版规范法考虑扣除反硝化回收的氧量，但仍未考虑污泥内源呼吸消耗的氧量，使计算结果更加明显偏小。
②手册法考虑到了污泥自身的耗氧量，但完全没有考虑硝化与反硝化作用的影响，且因其参数取值有较大的范围变动，操作起来较困难。
③本文所提出的三分法理论更清晰、内容更完善，基本上涵盖了所有的耗氧因素，是一种更科学，更有代表性的一种方法，而且采用此法的计算结果基本与实际运行的污水处理厂的实际耗氧量基本相符。是一种值得推广使用的方法。