水友小王問：我在學習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量的污泥微生物在一定時間內所得基質的量，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的一般控制區間

 

數據來源/《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間數據，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的F/M必須控制得更低，否則很難做到達標排放。

 

當然，維持較低F/M時，也會出現很多不良表現......

 

在低負荷情況下的不良表現——

 

• 曝氣池和二沉池容易產生浮渣；

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

 

在高負荷時的不良表現——

 

• 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勢。

 

02

污泥負荷與其他控制指標的關系

 

 

1、F/M與SV30之間的關系

 

活性污泥控制在不同的F/M階段，其表現的沉降特性是不一樣的。

 

1）當F/M過低時，SV30表現為：

 

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F/M過高時，SV30表現為：

 

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，通過沉降比的表現也可以從側面了解活性污泥的污泥負荷概況，避免出現單單純靠計算帶來的誤判。

 

2、F/M與MLSS之間的關系

 

從上文污泥負荷的計算公式看，F/M與MLSS的關系十分密切。

 

一般來說，我們分析F/M的目的就是為了能夠更系統地了解到進水有機物濃度對應當下的活性污泥濃度是否合適，以此來指導調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致活性污泥濃度快速下降，等到活性污泥濃度每日分析結果出來的時候，再去改變操作，往往為時已晚，難以迅速恢復。

 

同樣的，過小的排泥速率會導致排泥效果不明顯，如果排泥量低于活性污泥的增長量，我們還會發現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重要。而這就需要我們平時多多積累排泥的經驗數據，特別是在不同活性污泥濃度情況下，對應排泥量的曲線還是非常有必要作的。

 

3、F/M與DO之間的關系

 

F/M與DO的關系，類似于我們上面提到的F/M與MLSS之前的關系，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F/M過低時，相應的活性污泥濃度處在一個過剩的范圍內，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。

 

當搞清楚這層關系后，我們在水處理過程中就可以通過F/M來達到節能降耗的目的了——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。

• 當進水F/M介于0.15～0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時，系統對COD的去除效果最好。
• 當進水F/M<0.15kgCOD/(kgMLSS·d)時， F/M越高COD降解速率越快。
• 當進水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，從而導致COD去除率減小。

 

值得一提的是，在低溫條件下，當活性污泥A2/O系統的進水F/M分別為0.22、0.31和0.39kgCOD/(kgMLSS·d)時，系統對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呈負相關關系，低F/M有利于系統對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；當系統的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，還影響硝化反應的進程。

 

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

 

當溫度為7.5～11.5℃時，隨著活性污泥A2/O系統進水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系統除磷效率的影響并不是十分顯著。

 

有研究數據表明，在低溫條件下，當系統的進水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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