什么是污泥负荷、去除负荷、有机负荷、容积负荷？它们之前到底有啥关系？

水友小王问：我在学习污水的生物处理过程中，遇到几个概念一直搞不清楚——有机负荷、去除负荷、污泥负荷、容积负荷之间到底是啥关系？

水友老张解答道：一般来说，有机负荷有两种表示方式：污泥负荷和容积负荷，而在这两个概念中，你最需要掌握的就是污泥负荷。

毕竟，众多研究都表明了一个事实，即污泥负荷影响着污泥的凝聚、沉降性能以及系统对污染物的去除效率，用污泥负荷来表示有机负荷比容积负荷更为贴近微生物的生长规律。

那么，既然污泥负荷这么重要，我们就很有必要好好了解它的计算方式，与其他控制指标的关系、以及它对污染物去除率的影响。

一、污泥负荷的计算及一般控制区间

1、什么是污泥负荷、承受负荷和去除负荷？如何计算？

污泥负荷是指单位质量的污泥微生物在一定时间内所得基质的量，单位为kgCOD( BOD) /( kgMLSS·d) 。

污泥负荷在微生物代谢方面的含义就是F/M比值，它代表了微生物量与食物量之间的一种平衡关系，直接影响活性污泥的增长速率、有机污染物的去除效果效率、氧的利用率以及污泥的沉降性能。

污泥负荷（F以BOD5表示，M以MLSS表示）的计算公式如下：

F/M==(BOD5×Q)/曝气池中活性污泥总量

其中，曝气池中活性污泥总量=曝气池有效容积×MLSS。

（由于一些污水厂没有条件测定BOD5，所以污泥负荷计算也可用CODcr来取代BOD5。因为就某一处理装置而言，其污水的BOD/COD一般情况下是相对稳定的。）

此处需要特别说明的是，上面我们所介绍的污泥负荷只是大致反映了曝气池中单位质量的活性污泥每天所能接纳的BOD5量，而不能反映所能去除的BOD5量。

因此，在实际的运行管理中应采用污泥的BOD5去除负荷。

二者的计算不同在于：前者的F用曝气池每天进水BOD5的总量表示，是污泥的承受负荷；而后者的F用曝气池每天去除的BOD5的总量表示，是污泥的去除负荷。

在日常运行管理中，后者往往更具指导意义，能反映出处理装置的实际处理能力。

2、F/M的一般控制区间

数据来源/《活性污泥法工艺控制》：F/M参考控制值

值得一提的是，上图提到的这些控制区间数据，仅可用于参考，并不能作为定理或者切实准确的标准。

毕竟，随着环保政策越来越严格，国家对出水标准也提出了更高的要求，这就迫使我们把生化处系统的F/M必须控制得更低，否则很难做到达标排放。

当然，维持较低F/M时，也会出现很多不良表现......

在低负荷情况下的不良表现——

▶曝气池和二沉池容易产生浮渣；

▶放流水容易夹带颗粒物；

▶有水力货荷冲击时，容易导致活性污泥流出二沉池。

在高负荷时的不良表现——

▶污泥沉降性差，上清液浑浊，液面白色泡沫多；

▶有机物去除率低，氦氮去除率低，抗冲击负荷差；

▶溶解氧消耗大，非活性污泥类原生动物占优势。

二、污泥负荷与其他控制指标的关系

1、F/M与SV30之间的关系

活性污泥控制在不同的F/M阶段，其表现的沉降特性是不一样的。

1）当F/M过低时，SV30表现为：

液面容易看到浮渣层；活性污泥色泽较深；沉降过程较迅速；上清液带有细小颗粒；沉降的活性污泥压缩性好。

2）当F/M过高时，SV30表现为：

污泥界面不够清晰；活性污泥色泽呈单粽黄色；絮凝沉降速度相对缓慢；上清液浑浊；沉降的活性污泥阶段压缩性差。

值得一提的是，通过沉降比的表现也可以从侧面了解活性污泥的污泥负荷概况，避免出现单单纯靠计算带来的误判。

2、F/M与MLSS之间的关系

从上文污泥负荷的计算公式看，F/M与MLSS的关系十分密切。

一般来说，我们分析F/M的目的就是为了能够更系统地了解到进水有机物浓度对应当下的活性污泥浓度是否合适，以此来指导调整活性污泥的浓度值，最终得出活性污泥浓度与进水有机物浓度的最佳比例。

在实际工作中，大家可能都会遇到一个问题，那就是过大的排泥速率会导致活性污泥浓度快速下降，等到活性污泥浓度每日分析结果出来的时候，再去改变操作，往往为时已晚，难以迅速恢复。

同样的，过小的排泥速率会导致排泥效果不明显，如果排泥量低于活性污泥的增长量，我们还会发现污泥浓度随着排泥的进行反而还会上升。

因此，如何控制合理的排泥，将F/M控制在合理范围对我们工作来说至关重要。而这就需要我们平时多多积累排泥的经验数据，特别是在不同活性污泥浓度情况下，对应排泥量的曲线还是非常有必要作的。

3、F/M与DO之间的关系

F/M与DO的关系，类似于我们上面提到的F/M与MLSS之前的关系，这里就不过多解释了。

概括起来讲，就是在较低F/M情况下，同样降解一定量的有机物，所消耗的溶解氧相对来说要更高。

这是因为当F/M过低时，相应的活性污泥浓度处在一个过剩的范围内，这部分过剩的活性污泥越多，消耗额外的溶解氧自然也就越来越多了。

当搞清楚这层关系后，我们在水处理过程中就可以通过F/M来达到节能降耗的目的了——在保持处理效果的前提下，尽量提高F/M，以避免不必要的曝气消耗。

三、污泥负荷对污染物去除率的影响

1、F/M对COD去除效率的影响

以A2/O为例，活性污泥对COD的去除率随F/M的增加呈先升高后下降的变化。

▶当进水F/M介于0.15～0.28kgCOD/(kgMLSS·d)时，系统对COD的去除效果最好。

▶当进水F/M<0.15kgCOD/(kgMLSS·d)时， F/M越高COD降解速率越快。

▶当进水F/M>0.28kgCOD/(kgMLSS·d)时，COD降解速率显著下降。这主要是因为在高F/M条件下，水力停留时间较短，微生物对有机物的吸附和氧化不充分，从而导致COD去除率减小。

值得一提的是，在低温条件下，当活性污泥A2/O系统的进水F/M分别为0.22、0.31和0.39kgCOD/(kgMLSS·d)时，系统对COD的去除率随着负荷的增大而减小，平均去除率由87.2%下降至80.7％。

这是由于在低温条件下，微生物的生理活性受到抑制，导致其对有机物的降解能力有限，所以在此条件下降低F/M可以提高系统对COD的去除能力。

2、F/M对氨氮去除效率的影响

在活性污泥A2/O工艺中，NH3-N的去除率与F/M呈负相关关系，低F/M有利于系统对NH3-N去除。

▶低F/M运行时，水力停留时间较长，有利于NH3-N和NO2--N被充分氧化；当系统的F/M介于0.14～0.28kgCOD/(kgMLSS·d)时，NH3-N的去除率最高，平均去除率达96.1％。

▶而高F/M下，水力停留时间较短，NH3-N无法被充分硝化形成NO3--N。

同时，有研究研究表明，亚硝酸盐氧化菌（NOB）的最佳生长温度为25～30℃，氨氧化菌（AOB）的最佳生长温度为28℃，温度不仅影响着NOB的生长速率，还影响硝化反应的进程。

当温度低于10℃时，NOB的活性受到明显抑制，当温度降至5℃以下时，硝化反应基本停止。

当温度为7.5～11.5℃时，随着活性污泥A2/O系统进水F/M的提高，NH3-N去除率随之降低。

在进水NH3-N平均浓度为30.9mg/L条件下，当F/M由0.22kgCOD/(kgMLSS·d)提高到0.39kgCOD/(kgMLSS·d)时，出水NH3-N浓度由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对磷去除效率的影响

聚磷菌属于低温耐冷菌，低温对活性污泥A2/O系统除磷效率的影响并不是十分显著。

有研究数据表明，在低温条件下，当系统的进水F/M分别为0.22、0.31、0.39kgCOD/(kgMLSS·d)时，进水TP平均浓度分别为5.73、5.41和5.2mg/L，出水TP平均浓度分别为1.21、0.89和0.67mg/L，系统对TP的平均去除率分别为78.9%、83.8％和87.4％。不难看出，TP的去除率并没有显著的变化。

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