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利用指标进行活性污泥法系统的设计
朱明权
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摘 要 阐述了利用指标进行活性污泥法系统设计的主要思想和过程，并建立一套用于硝化和反硝化的活性污泥法设计方法。大量实际运行结果表明，利用该法对系统剩余污泥量和耗氧量以及活性污泥的组成计算所得的结果要较传统的5方法更为精确。
关键词 活性污泥法 设计 剩余污泥量 需氧量 硝化 反硝化
活性污泥法是目前废水生物处理的最主要方法，长期以来活性污泥法均根据污水处理厂的进、出水5指标进行设计。由于5指标测定精度低、费时耗力、其值也仅仅反映部分较易降解的有机物含量，故利用5指标不能对整个处理系统建立物料平衡。随着污水处理厂处理要求的不断提高，活性污泥法系统的设计污泥龄将逐渐提高，故难降解和部分颗粒性有机物的水解程度也将有所提高，污水处理厂中实际所降解的有机物含量明显高于进水5所反映的含量。及之相比，指标测定简单、精度高且具可比性，能反映污水中所含的全部有机物，故利用指标可以进行物料衡算。
虽然指标不能说明污水中有机物的生物可降解性，但对污水厂出水或将水样和活性污泥经混合后进行较长时间曝气所得过滤液的以及对活性污泥增殖情况进行分析，可以基本反馈入流污水中可降解和难降解物质的含量比例，这就为利用指标进行污水厂的设计和运行提供了可能。据此，国际水质协会()所建立的活性污泥1号和2号动态模型也均采用指标为基础。随着现代分析技术的飞速发展，快速测定方法以及在线测定仪()不断应用，对进水各个组分的分析技术及其在活性污泥法系统中动力学转化机理的认识不断提高，尤其是活性污泥法过程动态模拟方法不断普及，可以认为利用指标进行活性污泥法系统的设计将呈不断上升的趋势。
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1 活性污泥法的设计方法
进水水质组成及其转化过程
在利用指标进行活性污泥法系统设计前，应首先对进水水质进行分析。主要包括测定水样经混合后的总浓度、水样经过滤后( μm)滤液的浓度(即水样的溶解性浓度)、和、进水氮和磷浓度等。
一般城市污水的水质组成及其在活性污泥法系统中的转化过程如图1所示。
根据图1，进水总和各个组分之间的关系可用下式表示：
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式中 ——进水有机物总量
——进水溶解性
——进水颗粒性
——可降解溶解性
——可降解颗粒性
——不可降解溶解性
——不可降解颗粒性
——异养微生物
进水中包含有溶解性和颗粒性有机物质。在中，一般可以为异养微生物直接利用而使微生物得到增殖；在整个处理过程中保持不变而将随出水流出系统。
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图1 城市污水的水质组成及其在活性污泥法系统中的转化过程
对于运行效果良好的低负荷污水厂(如硝化污水厂)，污水中可降解的有机物已经得到较为完全的去除，出水中残余的溶解性有机物可以认为基本上是由进水中的溶解性不可降解有机物所引起，故从运行良好的污水厂的出水溶解性值(扣除出水中颗粒性悬浮固体所引起的)基本上可以估计进水中不可溶解性含量。对于新建污水厂，可以将原污水和活性污泥(取自于类似水质的污水厂)混合后经长时间曝气，当泥水混合液的过滤液浓度不再变化时测定其过滤液的浓度，藉此估计进水中的溶解性不可降解有机物含量。
根据大量研究，一般以生活污水为主的城市污水中含量为30～50 左右。为方便计，进水浓度可用其所占进水总的比例求得：
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一般城市污水的值为5％～10％左右。根据所求得的浓度值和进水即可求得进水浓度：
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在实践上如缺乏数据，也可根据进水中的和浓度估计原污水的，然后根据浓度值求得。对于一般城市污水，～，所产生的可由下式求得：
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左右。
进水中的颗粒性物质分为有机和无机颗粒物，颗粒性有机物可再分为可降解、不可降解和微生物三个部分。可根据其占进水总的比例求得：
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对于一般城市污水，约在7％～20％左右。
进水中所含异养微生物在进入活性污泥法系统后将直接作为活性污泥参及生物过程。进水异养微生物占浓度的比例一般在10％～20％左右，据此可求得进水中异养微生物的浓度为：
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根据式(5)、(6)即可求得的浓度：
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在上述整个水质分析过程中，正确确定污水中所含有的可降解和不可降解有机物的比例对整个处理系统的设计具有决定性的作用。实践表明，当污泥龄较大时，由于绝大部分颗