活性污泥泥龄探讨

 活性污泥工艺运行泥龄控制技术的原理及其应用

摘要：在活性污泥工艺的运行过程中，活性污泥泥龄是反映微生物生长、基质去除及工艺运行控制特性的一个重要参数。文中探讨了泥龄理论应用中的泥龄概念，从理论上分析了采用不同的泥龄控制技术的原理及其优缺点，并举例说明了不同的泥龄控制技术在实际中的应用，和其可达到的处理效果。

关键词：活性污泥工艺，泥龄，泥龄控制技术

The Sludge Age Controlling Technology and Application

In Active Sludge Processing

Abstract：：Sludge age of the activated sludge is all important parameter of microbial growth，substrate removal and process contro1．In the paper the application of sludge age theory is discussed. Theoretical analysis has been used in the theory of active sludge age controlling and its good and bad points. And some examples are given to explain the different technology in the actual applications and its effects after processing.

Keywords：active sludge processing; sludge age; sludge age controlling technology

泥龄(sludge age)又称生物固体停留时间( biological solid retention time, BSRT) 、细胞平均停留时间(mean cell retention time, MCRT) ,是活性污泥设计、运行和研究中一项十分重要的技术参数。活性污泥的泥龄反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件、世代期等一系列基本特性，且对活性污泥系统的运行状况，如出水水质、产泥量、需氧量，都有重大影响。活性污泥泥龄控制是活性污泥系统的一种重要运行参数，通过控制泥龄来进一步控制有机负荷，该方法进一步从生物自身生长特性反映生物降解过程，接近生物处理的本质，反映了有机物的降解与污泥的增长之间的关系，因而控制更为直接、合理。而且在实际运行中，控制污泥负荷比较困难，需要测定有机物量和污泥量，而采用泥龄作为运转控制参数，则只需调节每日的排泥量，控制更加方便。

1 活性污泥法及泥龄的概述

1．1活性污泥法

活性污泥法是一种好氧悬浮生长过程，微生物生长在许多不同形式的生物反应器中以去除溶解性有机物质。活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成，见下

污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增值，增值的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。

1．2泥龄

泥龄是活性污泥处理系统保持正常、稳定运行的一项重要条件。由于必须在曝气池内保持相对稳定的悬浮固体（MLSS）量，而活性污泥反应的结果，是使曝气池内的活性污泥在量上有所增长，这样，每天必须从系统中排出相当于增长量的活性污泥量。

此外，在曝气池内，在微生物新细胞生成的同时，又有一部分微生物老化，活性衰退，为了使曝气池内经常保持高度活性的活性污泥，每天都应有一定数量的作为剩余污泥的污泥排出系统。每天排出的剩余污泥量，应等于每天增长的污泥量。

曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，称之为污泥龄，即活性污泥在曝气池内的平均停留时间，因之又称为“生物固体停留时间”，即：

其中：V——反应器体积，m3；X——曝气池中的MLSS的浓度，kg/ m3；——每日排放的剩余污泥量，kg。

2 泥龄控制技术

控制SRT是使活性污泥系统获得稳定可靠的性能的关键。通过控制泥龄，可以间接调整污泥负荷、曝气池内的MLSS浓度，并且取得很好的脱氮除磷效果。现有的控制泥龄的方法主要还是从控制MLSS和调整回流比来实现的，直接或间接的控制曝气池内的具有活性的活性污泥的量，从而达到稳定处理工艺和稳定处理效果的目的。

2．1直接确定剩余污泥量

SRT的定义方程是：

其中：V——反应器体积，m3；X——曝气池中的MLSS的浓度，kg/ m3；——排放的剩余污泥量，m3；——剩余污泥的浓度，kg/ m3。

上式的假设是，污泥分离器即二次沉淀池是理想式的，所以没有生物量从出水流失。但是，所有中试和生产规模的沉淀池都会从出水流失一部部分污泥生物量，这部分在计算SRT时需要计算在内。在这种情况下，计算SRT应该采用：

上式表明，悬浮固体通过两种方式从工艺过程流失：（1）通过剩余污泥（WAS）方式，即 ；（2）通过工艺出水，即 。剩余污泥方式是有意排放的，而从出水流失的污泥生物量属于是非有意性的。在某种条件下，非有意性的流失会占污泥排放量的相当大一部分，在SRT计算中不包括这一部分会引起显著的偏差。

SRT的计算可以有两种不同的结果，取决于沉淀池中的活性污泥是否包括在内。除非发生反硝化，导致污泥上浮和污泥从沉淀池出水意外的流失，否则沉淀池中的污泥不会影响活性污泥系统的性能。对于沉淀池内的污泥只占污泥总量一小部分的系统，在SRT计算中不包括沉淀池污泥是可以接受的。另一方面，对于沉淀池污泥占污泥总量的相当大一部分或者比例不断变化的系统，SRT的计算必须包括沉淀池污泥。在这种情况下，还必须计算基于生物反应器内污泥数量的SRT，以保证反应器内有足够数量的污泥与进水相接触，达到所需要的处理程度。

控制SRT可以为活性污泥系统提供所需要的生物量。对于MLSS浓度不是均匀分布的活性污泥系统，例如CSAS和SFAS系统，合理地分配污泥对于达到所需要地处理性能是非常重要地。这需要调整污泥回流比，或者污泥在各个反应区内地相对体积，从而达到与进入沉淀池水流相对应地比生长速率。

2．2 根据MLSS浓度直接分析控制SRT

采用这种方式，直接测定活性污泥系统内悬浮固体含量和剩余污泥含量，然后依次计算SRT。流量以连续方式测量，确定每天的总流量，由此可以得到日平均流量。污泥样品从系统不同位置采集，分别测定其污泥浓度。MLSS的浓度一般用TSS表示，有时候也用COD或VSS表示。以那一种单位为基准进行测定并不影响计算SRT，但是单位要保持一致。

根据对MLSS的分析来控制SRT的主要问题是剩余污泥浓度在其排放之前并不知道，需要对剩余污泥浓度进行估算。这样做有两个原因：一是剩余污泥测定样品需要的是累积平均样品，如上所述。二是污泥浓度分析时间滞后，采样、过滤、干燥和称重等都需要时间。所以计算时所需要的污泥浓度估算值都是过时的，而不是即时值。这是计算时采用平均运行状态的一个原因，也是剩余污泥流量在一天之内不能超过20％的主要原因。

2．3 根据MLSS浓度的离心分析控制SRT

离心分析经常用来减少MLSS分析相关的时间滞后。污泥样品放在刻度离心管，在标准速度下和标准时间内进行离心，然后测定离心产生的固体体积，同时用平行样品对污泥浓度进行平行测定，并且与离心管中固体体积进行关联。这种关系可以作为离心分析法估算MLSS浓度的标准曲线。这个方法的优点是测定迅速，减少了采样和分析的时间滞后，减少了MLSS分析所花费的时间。标准曲线需要定期校准。

2．4 用水力方式控制SRT

这种方式利用了反应器内污泥浓度与SRT计算中剩余污泥浓度的关系。因此，对于MLSS浓度均匀分布的活性污泥系统，计算SRT只需要反应器体积和过程流量。如果出水中悬浮固体流量与剩余污泥量相比较可以忽略不计，那么方程:

可以简化为：

本方程与方程 相比，除了近似号之外，其余都相同。该方程的近似度取决于有关出水污泥浓度的＝假定的有效性。对于Garrett排泥方式，即剩余污泥直接从反应器排放， 等于 。将其带入方程 ，可以得到一个与方程 相似的方程：

对于传统的排泥方式，即剩余污泥从沉淀池底部排出， 通过剩余污泥流量 与 相关联。将这个关系代入方程 ，得到一个与方程相似的方程：

由于 和 只含有反应器体积和过程流量，所以就没必要测定容易引起SRT计算结果近似的悬浮固体浓度。水力方式控制SRT即通过设定流量来控制SRT。对于Garrett排泥方式：

对于传统的排泥方式： ，本方程除了近似号之外，其他与方程 相同

这种方式提供了一个简化活性污泥系统的运行途径，并且已经应用于MLSS浓度均匀分布的系统。在应用中，需要使用校正曲线表来包括出水所含的悬浮固体浓度，同时还需要考虑沉淀池的浓缩度。这方面的概念也可以用于MLSS浓度分布并不均匀的活性污泥系统。

3 泥龄控制技术的应用

根据上述泥龄控制技术可知，曝气池内的MLSS的浓度可以通过排泥量来控制，或者采用调整回流比，来间接的控制泥龄。下面举例说明泥龄控制的应用。

3．1 泥龄在A2/O法设计和运行中的应用

在A2/O工艺中，参与循环的污泥由多种微生物（异养好氧菌、聚磷菌、亚硝化菌和硝化菌）组成。为了满足硝化的需要，A2/O系统往往在运行时采用较长的泥龄，使得剩余污泥排放量减少导致除磷效率受到影响。因此，在A2/O法运行过程中，经常出现脱氮效果好时除磷效果低，除磷效果好时脱氮效率低的情形。为了兼顾A2/O系统脱氮与除磷对运行泥龄的要求，通常采在能保证硝化菌正常生长的泥龄范围内尽量采用较短的泥龄。缩短泥龄可提高剩余污泥排放量，有利于增加系统的同化脱氮量，过长的泥龄将使系统不得不采用其它辅助措施除磷。同时，聚磷菌的聚磷能力有限，这就对A2/O工艺排放的剩余污泥量提出了一个*小要求（相应与泥龄有一个*大值限制）。在稳态运行时，若系统每天排放的污泥量小于这一*小值（或泥龄长于这一*大值），则系统的除磷效果就受到影响。因此，对A2/O法实现有效生物除磷所需的*长泥龄进行估算，对指导A2/O工艺的设计和运行，保证系统的除磷效果很有意义。

3．2 泥龄在改良ORBAL氧化沟工艺除磷脱氮功效中的应用

水体中的氮、磷作为营养性物质含量高时会形成富营养化．造成水体中藻类迅速繁殖，耗尽水体中的氧气。使水生动植物死亡，导致赤潮现象的发生，使水体彻底丧失使用功能。要防止水体的富营养化，*主要的是提高污水处理中除磷脱氮功效，减少氮、磷等营养性污染物的排放量。在泥龄(SRT)的要求上。生物脱氮的*个过程是好氧条件下的硝化作用．硝化作用需要的硝化细菌增殖速度慢，世代周期长，一般情况下，SRT≥8d才能得到理想的硝化效果。而生物除磷需要的聚磷菌多为短世代微生物，且磷*终是靠排放剩余污泥去除的，因此需要较短的泥龄。

厦门市集美污水处理厂采用的两座改良ORBAL氧化沟是以三沟道ORBAL氧化沟为原型。外增设一条厌氧沟，共由四条同心环行沟组成，从外到内沟宽分别为2 m、6 m、6 m、6 m，有效水深3．8 m，总高4．5 m ．每个池总有效容积V=10659 m 。氧化沟充氧是通过配备的表面曝气转碟机来实现的．每座氧化沟各配备8套．分布于沟道2、3、4，沟道1设2台水下推进器，以保证沟内混合液不沉淀。各沟道均设有进水口、污泥回流口(沟道4除外)，沟道1、2、3、4分别占总体积的15％ 、38．2％ 、28．3％ 、18．5％ 。

主要设计参数：BOD 有机负荷为O．1～O．15kg／(kg·d)；MLSS为2．5～5．O g／L；总停留时间为9．6 h。其中厌氧沟1．5 h：污泥回流比为5O％～100％；回流污泥浓度≥8 g／L；溶解氧控制值(由外向里)分别是沟道1(厌氧沟)为0；沟道2为0～0．5mg／L；沟道3为O．5～1．0 mg／L；沟道4为／2．0 mg／L；污泥泥龄30 d。

通过实验可知：不同的SRT控制可以得到不同的除磷效果，长泥龄低负荷虽可以保持对有机污染物较高的去除率，但污泥长期滞留在生化系统中，没有得到及时排放，导致磷的不断累积，出水总磷很高，同时由于SRT较长，有机负荷太低，污泥容易老化解絮，致使出水SS上升。随着SRT的缩短。除磷效果明显加强。但是当SRT控制太低时(小于10 d)，出水总磷反而有所上升．并且由于SRT的缩小．有机负荷过高，有机物分解不完全，恶化了出水水质。试验结果表明，SRT控制在10～19d较为合理，能保持较好的除磷功效。

在氮的去除方面。当SRT控制在10d以上，除了10～19 d这一时间段出水氨氮比其他三个时间段稍微高一点外，总氮的去除效果基本没有太大的差别。说明只要泥龄高于硝化细菌的世代时间，生物脱氮一般不再受泥龄的影响。从表3又可看出，氨氮的去除效果极好，但总氮却不理想，去除率只有50％～60％，说明氧化沟内反硝化作用不明显。这极可能是因为前面提到的氧化沟沟道2、3溶解氧控制较高，造成缺氧区域缩小，反硝化反应时间短，亚硝酸氮和硝酸氮的转化率低，导致出水氨氮虽低而总氮却相当高。

4 结论

（1）泥龄是反映生物生长特性、基质去除及工艺运行控制特性的一个重要参数。

（2）控制泥龄可以通过改变排泥量和调整回流比实现

（3）泥龄越长，硝化反应作用越明显。泥龄对除磷有重要影响，泥龄短，除磷效果好。

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