水友小王問:我在學(xué)習(xí)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(guān)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Z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(tǒng)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(guī)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(guān)系、以及它對污染物去除率的影響。
一、污泥負荷的計算及一般控制區(qū)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(zhì)量的污泥微生物在一定時間內(nèi)所得基質(zhì)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(guān)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(wěn)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(zhì)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(yīng)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(dǎo)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(qū)間
數(shù)據(jù)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(qū)間數(shù)據(jù),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(huán)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(tǒng)的F/M必須控制得更低,否則很難做到達標排放。
當(dāng)然,維持較低F/M時,也會出現(xiàn)很多不良表現(xiàn)......
在低負荷情況下的不良表現(xiàn)——
?曝氣池和二沉池容易產(chǎn)生浮渣;
?放流水容易夾帶顆粒物;
?有水力貨荷沖擊時,容易導(dǎo)致活性污泥流出二沉池。
在高負荷時的不良表現(xiàn)——
?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(yōu)勢。
二、污泥負荷與其他控制指標的關(guān)系
1、F/M與SV30之間的關(guān)系
活性污泥控制在不同的F/M階段,其表現(xiàn)的沉降特性是不一樣的。
1)當(dāng)F/M過低時,SV30表現(xiàn)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(dāng)F/M過高時,SV30表現(xiàn)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(xiàn)也可以從側(cè)面了解活性污泥的污泥負荷概況,避免出現(xiàn)單單純靠計算帶來的誤判。
2、F/M與MLSS之間的關(guān)系
從上文污泥負荷的計算公式看,F(xiàn)/M與MLSS的關(guān)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(tǒng)地了解到進水有機物濃度對應(yīng)當(dāng)下的活性污泥濃度是否合適,以此來指導(dǎo)調(diào)整活性污泥的濃度值,Z終得出活性污泥濃度與進水有機物濃度的Z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(dǎo)致活性污泥濃度快速下降,等到活性污泥濃度每日分析結(jié)果出來的時候,再去改變操作,往往為時已晚,難以迅速恢復(fù)。
同樣的,過小的排泥速率會導(dǎo)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(fā)現(xiàn)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(guān)重要。而這就需要我們平時多多積累排泥的經(jīng)驗數(shù)據(jù),特別是在不同活性污泥濃度情況下,對應(yīng)排泥量的曲線還是非常有必要作的。
3、F/M與DO之間的關(guān)系
F/M與DO的關(guān)系,類似于我們上面提到的F/M與MLSS之前的關(guān)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(dāng)F/M過低時,相應(yīng)的活性污泥濃度處在一個過剩的范圍內(nèi),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(dāng)搞清楚這層關(guān)系后,我們在水處理過程中就可以通過F/M來達到節(jié)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。
三、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(dāng)進水F/M介于0.15~0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時,系統(tǒng)對COD的去除效果Z好。
?當(dāng)進水F/M<0.15kgCOD/(kgMLSS·d)時, F/M越高COD降解速率越快。
?當(dāng)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(dǎo)致COD去除率減小。
值得一提的是,在低溫條件下,當(dāng)活性污泥A2/O系統(tǒng)的進水F/M分別為0.22、0.31和0.39kgCOD/(kgMLSS·d)時,系統(tǒng)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(dǎo)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(tǒng)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(guān)關(guān)系,低F/M有利于系統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)的F/M介于0.14~0.28kgCOD/(kgMLSS·d)時,NH3-N的去除率Z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Z佳生長溫度為25~30℃,氨氧化菌(AOB)的Z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(yīng)的進程。
當(dāng)溫度低于10℃時,NOB的活性受到明顯抑制,當(dāng)溫度降至5℃以下時,硝化反應(yīng)基本停止。
當(dāng)溫度為7.5~11.5℃時,隨著活性污泥A2/O系統(tǒng)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(dāng)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(tǒng)除磷效率的影響并不是十分顯著。
有研究數(shù)據(jù)表明,在低溫條件下,當(dāng)系統(tǒng)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(tǒng)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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