封莉，張立秋，王寶貞
( 哈爾濱工業大學市政環境工程學院,黑龍江哈爾濱　150090)

　　摘　要：推導了一體式MBR污水處理系統中HRT的計算公式，并應用該公式對一體式MBR處理生活污水與回用工藝中的HRT進行了計算，其結果與試驗結果相一致。
　　關鍵詞：一體式MBR；HRT；生活污水
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)11-0062-03

　　在一體式MBR處理系統中水力停留時間(HRT)是一個非常重要的參數，它不僅與系統的處理效果有關，還直接決定了生物反應器容積的大小，進而影響到處理工程的基建投資，因此合理地確定HRT具有非常重要的意義。

1?HRT 計算公式推導

　　 在一體式MBR中，假定進水有機底物的濃度為L₀，出水有機底物的濃度為Le，進、出水流量為Q，則物料平衡如圖1所示。

　　由物料平衡原理可得：
?　　　　QL₀+V（dL/dt）=QLe　　(1)
　　式中?V——生物反應器的有效容積
　　　　　dL/dt——有機底物降解速率
?　HRT計算公式為：
?　　　　T=V/Q?　　　　(2)
　　將式(1)整理后代入式(2)得：
?　　　　T=-(dL/dt)^-1(L₀-L_e)　　　(3)
　　由式(3)可知，求得HRT的關鍵是確定有機底物降解速率dL/dt。生物反應器中底物的降解速率和微生物濃度的關系可用以下方程表示：?
　　　　　dL/dt=-KSL/(K_S+L)　　　　(4)?
　　式中 K——底物最大比降解速度常數，h^-1
?　　　　S——活性污泥濃度VSS，mg/L
?　　　　L——有機底物濃度，mg/L
　　　　　KS——飽和常數，mg/L
　　微生物的增殖速率與有機底物的減小速率之間存在如下關系：
　　　　　dS/dt=-YdL/dt　　　(5)
　　式中?Y——污泥產率系數，mgVSS/mgBOD
?　　　　Y與微生物比增殖速率μ有如下關系：
　　　　　 1/Y=m/μ+1/YG　　　(6)
　　式中?m——維持常數，h-1
?　　　　YG——真污泥產率系數，mgVSS/mgBOD
　　根據米—門方程式，比增殖速率μ與底物濃度L存在如下關系：
?　　　　μ=μm［L/(KS+L)］　　(7)
　　式中?μm——微生物最大比增殖速率，h^-1
　　整理式(5)、(6)、(7)得：
　　

?　將式(9)代入式(4)得出dL/dt，再將dL/dt代入式(3)就得到了HRT的計算公式：

　　式中?S₀——活性污泥的初始濃度，mg/L?
　　上面推導出的HRT計算公式比較復雜，且影響因素也很多，應用起來很不方便，為此仿照張紹園^［1］對分離式MBR中HRT計算公式的簡化方法對式(10)進行簡化處理，得：?
?　　　　　T=(L₀-L_e)(KS+Le)／KLeS₀　　　　　(11)?
　　由式(11)可知，簡化后一體式MBR的HRT計算公式與完全混合式曝氣池的水力停留時間計算公式^［2］在形式上是一樣的。污水在生物反應器內的停留時間與進出水有機物濃度、反應器內的活性污泥濃度、飽和常數KS、有機物最大比降解速度常數K等參數有關。?

2?HRT計算公式的驗證

　　在利用式(11)計算一體式MBR處理不同類型污水的HRT時，須先通過試驗確定該污水的KS、K值，然后根據進水有機物濃度L₀、要求出水的有機物濃度L_e和生物反應器內要控制的活性污泥濃度S₀來計算得出HRT值。?
2.1　試驗裝置?
　　試驗裝置如圖2所示。

　　模擬生活污水水質配制而成的原水貯存在高位水箱中，高位水箱出水進入平衡水箱(通過浮球閥保持進、出水平衡)。生物反應器依靠出水管與其內液面的高差ΔH自流出水，故改變ΔH即可改變膜組件的通量。反應器底部設曝氣裝置。?
2.2　原水水質?
　　原水由直鏈淀粉、蔗糖、牛肉膏、蛋白胨、NH₄Cl、Na₂HPO₄、NaH₂PO₄等配制而成，BOD₅平均為266mg/L。?
　　23KS、K值 的確定將式(11)進行變形得：
?　　　Le=TLeS₀K/(L₀-Le)-KS　　(12)?
　　控制進水有機物濃度L₀近似為一常數，通過調整進水流量控制污水在生物反應器中的HRT分別為10h、8h、6h、4h，然后測定系統穩定后出水的有機物濃度Le和反應器內活性污泥濃度S₀，測定結果見表1。

表1　不同HRT時的Le和S₀值 HRT(h) 10 8 6 4 Le(mg/L) 8.56 9.21 9.98 10.6 S₀(mg/L) 3150 3 950 5100 7400 TLeS₀/(L₀-Le)(h·mg/L) 1048 1133 1193 1228

　　根據表1計算結果，以TLeS₀/(L₀-Le)為橫坐標、Le為縱坐標描出各點。結果如圖3所示。?

　　圖3圖解法確定常數K及KS對圖中各點進行線性擬合，得出直線方程，求出斜率和截距，即得K和K_S分別為0.011h^-1和3.204 h^-1。?
2.4?HRT的計算
　　將K和K_S代入式(11)得：?
　　　　　T=(L₀-L_e)/(3.204+Le)/0.011L_eS₀　　 (13)?
　　式(13)即為HRT的計算公式。可見，在進水濃度L₀一定的前提下，HRT僅與出水有機物濃度和反應器內活性污泥濃度S₀有關，即出水有機物濃度越低則HRT越大，反應器內S₀越大則HRT越小。在應用一體式MBR處理生活污水并回用工藝中，活性污泥濃度一般控制在6000mg/L左右，出水BOD₅若要滿足雜用水水質標準即Le＜10mg/L，則可根據式(13)計算出最短HRT為5.12h。?
2.5?HRT對BOD₅去除效果的影響
　　在水溫為24℃、進水pH值為6.5～7.5、反應器內活性污泥濃度為6000mg/L左右的條件下，HRT對BOD₅去除效果的影響如圖4所示。?

　　由圖4可知，出水BOD₅濃度隨著HRT的減小而增加，當HRT=6h時出水的BOD₅為9.64mg/L；當HRT=4h時出水的BOD₅為11.3mg/L，已不能滿足雜用水水質標準，這與前面的理論計算結果——最短的HRT為5.12h基本一致。

3　結語

　　①運用微生物反應原理和物料平衡原理推導出了一體式MBR工藝中HRT的計算公式：T=(L₀-L_e)(K_S+Le)/KLeS₀，如果某特定種類的污水K與K_S為一定值，則HRT僅與進、出水有機物濃度、反應器內的活性污泥濃度有關。?
　?、诶们蟮玫腍RT計算公式，對一體式MBR處理生活污水并回用工藝中的HRT進行了理論計算，得出在進水有機物濃度L₀平均為266mg/L、反應器內活性污泥濃度S₀為6000mg/L左右的條件下，出水若要滿足雜用水水質標準即Le＜10mg/L，則最短的HRT為5.12h，這與實際試驗結果相一致。

參考文獻：

　?。?］張紹園.膜生物反應器水力停留時間的確定及其影響因素分析［J］.環境科學，1997，18(6)：35-38.?
　?。?］張自杰.排水工程(下，第4版)［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.

　　電　　話：(0451)641967113936163975
　　收稿日期：2002-04-05