全世界污水處理已經(jīng)歷了幾十載的高速發(fā)展，而污水處理理論的提出則可追溯到一百多年前。現(xiàn)今全球主流的污水處理工藝從處理形式上分主要以微生物懸浮生長為主的活性污泥法和以微生物附著生長為主的生物膜法兩種。對(duì)于現(xiàn)存污水處理廠設(shè)計(jì)計(jì)算，主要是確定污泥齡和污泥生長數(shù)量，以及生物反應(yīng)池的池容和停留時(shí)間。對(duì)于這幾個(gè)重要參數(shù)的確定，國內(nèi)外專家學(xué)者提出了很多的方法，現(xiàn)在歸納起來，主要有三種：一是以經(jīng)驗(yàn)為主的污泥負(fù)荷法，二是以經(jīng)驗(yàn)和理論相結(jié)合為主的泥齡法，三則是以理論為重點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型法。

污泥負(fù)荷法

污泥負(fù)荷法是出現(xiàn)較早的一種計(jì)算方法，其中較核心的參數(shù)是單位時(shí)間單位質(zhì)量污泥的負(fù)荷。這種計(jì)算方法簡便易行，十分容易理解，并且在眾多實(shí)例工程中已經(jīng)成功應(yīng)用，充分說明了它的正確性。污泥負(fù)荷法的缺點(diǎn)在于其取值，規(guī)范中對(duì)于不同情況給出了建議值，然而這些值的取值范圍非常廣泛，上下限的差別達(dá)到兩倍，甚至再考慮脫氮除磷的情況時(shí)，相差達(dá)三倍之多。那么這樣的范圍，對(duì)于一個(gè)沒有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，或者是很少有參考對(duì)象的水質(zhì)比較特別的污水來說，將失去其參考意義。甚至在選取不合適的情況下，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)出泥齡過高，從而使得計(jì)算出的剩余污泥量為負(fù)值，和實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，無法指導(dǎo)實(shí)踐。

數(shù)學(xué)模型法

數(shù)學(xué)模型法由國際水質(zhì)協(xié)會(huì)IAWQ提出，曾經(jīng)有過多個(gè)版本，第一版是一種不夠完善的理論公式，第二版較第一版更加龐大和復(fù)雜，雖然在理論上比較完善，但是由于其所包含的各種組分參數(shù)很多至今不能準(zhǔn)確或者方便的測(cè)定，使得它在應(yīng)用上困難重重，至今還只能停留在理論研究的階段。第一版模型中，國外專家學(xué)者通過調(diào)查，提出了部分參數(shù)的選取值，但這些多基于國外的水質(zhì)得出，考慮到國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民生活水平的不同，這些參數(shù)在沒有經(jīng)過長時(shí)間檢驗(yàn)和考證前，尚不可以直接予以應(yīng)用，應(yīng)用該模型對(duì)污泥系統(tǒng)的描述可如下：

剩余污泥量為 Xw = XT－XEF

其中XT活性污泥總量，它包括以下幾個(gè)部分：（1）來自進(jìn)水的固定性懸浮固體和不可生物降解V SS截留在活性污泥絮體內(nèi)的部分。（2）包括在活性污泥中的異養(yǎng)型微生物，它可通過對(duì)底物的降解而增值，包括對(duì)有機(jī)物和總凱氏氮的降解所增值的兩部分。（3）內(nèi)源呼吸衰減殘留物含量。XEF是隨系統(tǒng)出水所攜帶的懸浮物總量。

污泥齡法

泥齡法是從微生物的生長特性入手，由此導(dǎo)出降解污染物的特性數(shù)據(jù)，如污泥負(fù)荷。早期的泥齡法和污泥負(fù)荷法一樣，主要以經(jīng)驗(yàn)數(shù)字為準(zhǔn)，并在實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了各項(xiàng)參數(shù)的建議取值，雖然在概念上更加切合實(shí)際，更容易理解，其參數(shù)量較少，一定程度上可以規(guī)避例如污泥負(fù)荷法之類計(jì)算方法的弊端。

三種計(jì)算法的比較

對(duì)于剩余污泥量來講，可直接測(cè)得具體的泥量數(shù)字，較容易判斷計(jì)算方法的正確性，以下主要以對(duì)剩余污泥產(chǎn)量的校核來說明三種計(jì)算方法的優(yōu)劣。

根據(jù)對(duì)國內(nèi)某些水廠的水質(zhì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較。

資料來源：中國污泥網(wǎng)

應(yīng)用上述三種辦法計(jì)算的結(jié)果列表如下：

污泥量計(jì)算表某甲水廠 污泥負(fù)荷法 污泥齡法 ASM1 實(shí)際測(cè)量θ=8～25d Y=0.65 Y=1.22～1.39 16.7～19.5 15～20 VSS/SS=0.7 ΔX=9.26 ΔX=17.1～19.5某乙水廠θ=20～25d Y=0.5，K=0.08 Y=1.16～1.19 16.3～16.7 16.3 VSS/SS=0.75 ΔX＜0 ΔX=16.3～16.7

從表中可以看出，計(jì)算結(jié)果和前述情況吻合。污泥負(fù)荷法隨意性較強(qiáng)，要求設(shè)計(jì)人員選取參數(shù)一定要正確，并且缺乏量化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在不同的選擇下，結(jié)果差異太大。如某乙水廠，對(duì)于選定參數(shù)的結(jié)果竟然出現(xiàn)了剩余污泥量計(jì)算值小于零的情況，這充分說明該計(jì)算方法缺乏較強(qiáng)的糾錯(cuò)性，或者說應(yīng)用強(qiáng)度不夠，不能合理的將結(jié)果控制在可接受的范圍內(nèi)。而泥齡法和ASM1模型法的計(jì)算結(jié)果相比較之下更加接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的實(shí)用性。其中泥齡法采用參數(shù)準(zhǔn)確，數(shù)量不多，確定標(biāo)準(zhǔn)較簡單，推導(dǎo)過程基于微生物基本性質(zhì)，受地域影響小，采用揮發(fā)性懸浮物為基準(zhǔn)物質(zhì)而替代總懸浮物，更具有合理性，所以較ASM1模型法應(yīng)用范圍更廣泛，是值得提倡的先進(jìn)計(jì)算方法。

結(jié)語

第一，就理論的完備性來看，未來污水處理設(shè)計(jì)計(jì)算的主流方向應(yīng)該是模型為指導(dǎo)的詳細(xì)計(jì)算程序，但是現(xiàn)階段由于模型過于龐雜，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累不夠，尚無法應(yīng)用在實(shí)際工程當(dāng)中，還需要有一個(gè)應(yīng)用的過程。第二，泥齡法雖推導(dǎo)過程具有獨(dú)立性和重復(fù)性，可應(yīng)用于其他國家，但是仍有部分參數(shù)依據(jù)德國水質(zhì)實(shí)驗(yàn)得來，還存在和我國具體情況的偏差，故需在以后的科學(xué)研究中加以考證和改進(jìn)，使得能夠更好的切合中國的實(shí)際情況。第三，對(duì)于污泥負(fù)荷法，仍有很大的應(yīng)用空間，尤其是對(duì)于某些相似性較高、有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程項(xiàng)目，仍可應(yīng)用污泥負(fù)荷法進(jìn)行快捷簡便的計(jì)算，大大提高工作效率。但對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少、掌握數(shù)據(jù)不充分的情況，則需慎重考慮，避免出錯(cuò)。