⚗️ 30 min 沉降后的污泥体积与污泥容积指数（莫尔曼指数）——1000 ml 量筒、干物质的测定及二者之商

理化 PN-EN 14702-1

概述

这是活性污泥处理厂运行中最简单也最常做的一项测定：一个量筒、一块表和一台天平。标准的引言把话说得很直白——通过确定污泥容积份额来测定沉降性能是一项运行参数，并且可以（诚然只在一定限度内）评价污泥与水混合物中的干物质含量；该数值用于计算污泥的沉降速度、计算污泥容积指数以及评价沉淀池的运行。适用范围涵盖来自雨水管理、来自城市污水收集系统、来自城市污水处理厂、来自与城市污水相近的工业废水处理厂（按第 91/271/EEC 号指令的含义）以及来自水处理站的污泥悬浮液；本方法也适用于其他来源的污泥悬浮液。

这个指标真正说明什么。污泥容积指数（波兰文献中作 indeks osadu、莫尔曼指数、IO；英文文献中作 SVI）是污泥体积与污泥中干物质浓度之商。它的数值越小，污泥的沉降性能越有利。弗罗茨瓦夫理工大学的实验指导书指出，沉降性能良好的活性污泥其 IO 在 50—100 cm³/g 干物质范围内，而更高的数值表明所谓的污泥膨胀，最常由丝状菌引起。《Gaz, Woda i Technika Sanitarna》一文中的工艺参数汇总把 80—120 ml/g 干物质列为最佳值，并解释了机理：IO 数值偏高源于不利的运行条件所导致的丝状菌大量繁殖，而该参数的大幅上升可能导致污泥的好氧稳定化，使絮体变小、沉降变差。实际意义是：指数上升是二沉池沉降变差的预警信号——因此这项测定是例行进行的，并且要在时间序列中解读，而不是偶尔做一次。

该系列的哪一分册是哪份文件。PN-EN 14702「Charakterystyka osadów ściekowych — Właściwości sedymentacyjne」[污泥的特性——沉降性能] 系列没有载有要求的分册——三个部分都是试验方法标准，其区别在于所测的内容。第 1 部分（本条目）描述沉降性能：在 1000 ml 量筒中自由沉降 30 min、污泥容积份额和污泥容积指数。第 2 部分描述浓缩性能：同样是 30 min，但在直径 10 cm、测量高度 50 cm（公称容积 3500 ml）的筒中，并配 1 r/min 的低速搅拌器——在那里测的是搅拌污泥体积和搅拌污泥容积指数，而标准指出沉降性能取决于悬浮液的浓度，因此在采用一个参照浓度的前提下允许比较不同浓度的污泥，该参照浓度定为 3.5 g/l。第 3 部分要年轻得多，涉及区域沉降速度（ZSV）的测定。对于处理厂运行中通常所说的「污泥指数」，只有第 1 部分是恰当的。

状态与各版本。现行版本是 PN-EN 14702-1:2008——波兰文本，出版于 2008 年 12 月 2 日，15 页，价格组 H，由 KT 119「水质——基本问题」管理，ICS 13.030.20。它采用 EN 14702-1:2006 [IDT]，取代 PN-EN 14702-1:2006——英文本。PKN 目录卡片在这一版本上既没有「撤销日期」栏，也没有「被取代为」栏，也没有勘误（Ap）。只有这一个语言文本有现行的卡片——英文本仅以 2006 年已撤销版本的形式存在——因此「勘误只挂在一个文本上」这个陷阱在这里并不存在。该系列在 PKN 清单中的其余条目是：PN-EN 14702-2:2008——波兰文本（采用 EN 14702-2:2006 [IDT]）以及 PN-EN 14702-3:2019-04——英文本（采用 EN 14702-3:2019 [IDT]）；2006 年第 1 和第 2 部分的英文本带有「已撤销并被取代为」相应 2008 年波兰文本的注记。有一个在抄录标题时容易弄混的细节值得注意：2006 年已撤销英文本的标题是「Oznaczanie zdolności opadania (Oznaczanie stosunku objętości osadu do indeksu objętościowego osadu)」[中文：测定沉降能力（测定污泥体积与污泥容积指数之比）]，而 2008 年现行有效的波兰文本标题是「Oznaczanie zdolności opadania osadu (Oznaczanie objętości względnej oraz indeksu objętościowego osadu)」[中文：测定污泥的沉降能力（测定容积份额以及污泥容积指数）]——后一种措辞才是正确的。EN 14702-1:2006 由技术委员会 CEN/TC 308「Characterisation of sludges」编制，其秘书处由 AFNOR 承担；该标准于 2006 年 2 月 3 日经 CEN 批准，与之抵触的国家标准最迟应于 2006 年 9 月撤销。

本说明不包含什么。PN-EN 14702-1:2008 的波兰文本我们没有见到——出自 PKN 目录卡片的只有标题、适用范围和出版数据。实质内容我们依据 SIST EN 14702-1:2006 的预览给出——那是同一份欧洲标准的斯洛文尼亚采用文本，与 EN 14702-1:2006 相同（因而也与 PN-EN 14702-1:2008 以 IDT 方式采用的正文相同）——它完整涵盖第 1—10 章。附录 A（资料性）中的验证试验结果和参考文献我们没有看到，因此只给出正文第 9 章中所列的精密度数据。指数解读的阈值（50—100 或 80—120 ml/g）不出自标准——标准不给出任何限值——而是出自工艺文献，并在正文中如此标明。

方法原理

沉降后的污泥体积和污泥容积指数通过污泥悬浮液 30 分钟的沉降来确定。用取样勺取有代表性的悬浮液样品，立即倒入量筒至 1000 ml 刻度；在一处静置 30 分钟、不加振动之后，在污泥表面的高度上、也就是污泥与水的界面上读取污泥体积。污泥体积除以所用初始样品的体积，即得以 ml/l 表示的污泥容积份额；同一体积除以污泥中以 g/l 表示的干物质浓度，即得以 ml/g 表示的污泥容积指数。沉降只在重力作用下发生，不加搅拌——本方法与标准第 2 部分的浓缩性能测定正是在这一点上不同，后者的筒是用低速搅拌器搅动的。

应用领域

• 城市污水处理厂活性污泥池和二沉池的日常运行控制
• 在污泥被带出沉淀池之前，及早发现由丝状菌繁殖引起的污泥膨胀
• 性质接近城市污水的工业废水处理厂运行状况的评价（按第 91/271/EEC 号指令的含义）
• 来自雨水管理、下水道系统和水处理站的污泥
• 污泥回流比的选择以及为工艺计算而估算污泥的沉降速度
• 在改变工艺参数（污泥龄、负荷、充氧）之前对污泥进行的比较性检验

关键参数

标准

标准编号

PN-EN 14702-1:2008

标准名称（波兰语）

Charakterystyka osadów ściekowych — Właściwości sedymentacyjne — Część 1: Oznaczanie zdolności opadania osadu (Oznaczanie objętości względnej oraz indeksu objętościowego osadu)

标准名称（英语）

Characterisation of sludges — Settling properties — Part 1: Determination of settleability (Determination of the proportion of sludge volume and sludge volume index)

分步操作程序

1. 采样前对条件的检查

   确定样品温度和环境温度。当相差大于 5 °C 时，标准建议把盛有样品的沉降量筒放在盛有样品液体的水桶中——否则对流和气泡的析出会干扰沉降。

   🌡 温度: 样品与环境之差 ≤ 5 °C

2. 用取样勺采样

   用装满时恰为 1 l 的取样勺采取有代表性的污泥悬浮液样品，并立即倒入量筒至 1000 ml 刻度。采用这种容量的取样勺有明确的目的：防止污泥在倒出之前就在勺中沉降。污泥与水的混合物不得剧烈振动，以免改变沉降的进程。

3. 沉降 30 分钟

   把量筒在一处静置 30 min，不加振动。不要移动它，不要搅动，在此期间也不要取样——容器壁以及絮体之间的相互作用都会干扰这一过程，在污泥容积份额较大时尤其如此。

   ⏱ 时间: 30 min

4. 读取污泥体积

   30 min 后在污泥表面的高度上，也就是污泥与上清水的界面上读取污泥体积。只有界面清晰时读数才明确——界面模糊本身就是关于污泥状态的信息。

5. 关于稀释的决定

   如果污泥体积超过 250 ml/l，就必须在稀释后的样品上重做测定。稀释用污泥悬浮液的上清液或沉淀池出水，体积比为 1:1、1:2 或 1:3。把稀释后的样品轻轻均质——把封好的量筒上下颠倒两次。

6. 对稀释样品重复沉降

   重复 30 min 的沉降和读数。计算时把读得的污泥体积乘以稀释系数 2、3 或 4——分别对应 1:1、1:2 和 1:3 的稀释。检测报告中给出数值首次降至 250 ml/l 以下时所用的那个稀释度。

   ⏱ 时间: 30 min

7. 双份测定

   测定平行做两次。进入污泥容积指数公式的污泥体积是至少两次测量的平均值。

8. 干物质浓度的测定

   如果溶解性物质总量低于总物质的 10 %——按 EN 12880 测定污泥中干物质的质量浓度（g/l）。如果高于 10 %——按 EN 872。标准还指出，当溶解性物质含量很小、相对于干物质含量可以忽略时，计算中应采用总物质的含量。

9. 容积份额与指数的计算

   污泥容积份额 V_s（ml/l）由沉降后的污泥体积除以所用初始样品的体积得到。污泥容积指数按公式 I_sv = V_s / ρ_T 计算，其中 ρ_T 为干物质浓度，单位 g/l。容积份额修约至 10 ml/l 给出，指数修约至 1 ml/g。标准给出了书写示例：对原始样品为「Objętość względna osadu po sedymentacji 180 ml/l」[沉降后污泥容积份额 180 ml/l]，对稀释样品为「510 ml/l (170 ml po trzykrotnym rozcieńczeniu)」[510 ml/l（三倍稀释后 170 ml）]，以及「Indeks objętościowy osadu 145 ml/g」[污泥容积指数 145 ml/g]。

10. 检测报告

    在检测报告中给出：对标准的援引、完整识别污泥样品所需的全部信息、样品制备的细节（例如稀释）、按第 8 章计算的结果，以及标准未规定或属可选的一切细节和任何其他可能影响结果的因素。

11. 结果在运行中的使用

    结果应在时间序列中解读，而不是单独看。工艺文献认为，沉降性能良好的污泥其指数为 50—100 cm³/g 干物质（弗罗茨瓦夫理工大学指导书），而最佳值在 80—120 ml/g 干物质之间；更高的数值表明污泥膨胀，最常由在不利运行条件下繁殖的丝状菌引起。标准本身不给出任何阈值——限值是工艺上的约定，而不是规范性的规定。

所需设备与仪器

职业健康与安全

• 活性污泥悬浮液和生污泥属于感染性物料——应戴手套作业，从取样勺倒出时避免产生气溶胶，不要触摸面部，作业后对手和器皿消毒。
• 从曝气池或沉淀池出水槽采样是在敞开的池体上方进行的——应使用带杆的取样勺，不要俯身越过池边，并按该设施的规程采取防坠落措施。
• 在管渠和封闭的池室中可能积聚硫化氢和甲烷，氧浓度有时偏低——进入这类场所只能按受限空间作业程序进行，须测量大气并有人监护。
• 测定结束后，样品中的污泥应返回工艺流程或作为废物处置——不要倒入实验室水槽，那会堵塞存水弯并在管路中滋生微生物。
• 装满悬浮液的 1000 ml 量筒既重且不稳——应放在远离台面边缘和通行处的位置，因为碰倒它会中断测定并洒出感染性物料。

常见问题