SBR工藝計(jì)算方法分析與比較

張 洋 姜 天

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所北京100074）

SBR工藝計(jì)算方法分析與比較

張 洋 姜 天

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所北京100074）

經(jīng)典SBR工藝發(fā)展較早，工藝隨著自動(dòng)化世代的發(fā)展得到廣泛應(yīng)用，其計(jì)算方法多種多樣，各有利弊，本文通過對(duì)多種經(jīng)典方法總結(jié)對(duì)比，討論SBR的經(jīng)典計(jì)算方法。

SBR；計(jì)算方法；對(duì)比分析

1 前言

間歇式活性污泥法簡(jiǎn)稱為SBR工藝，其初期工藝操作復(fù)雜，不能集成自動(dòng)化運(yùn)行，隨著20世紀(jì)70年代以后各類型新型不堵塞曝氣器、浮動(dòng)出水堰、PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，SBR間歇操作運(yùn)行的復(fù)雜問題得以簡(jiǎn)化，從而使SBR大規(guī)模進(jìn)入工程應(yīng)用。SBR反應(yīng)池由于其集進(jìn)水、調(diào)節(jié)、反應(yīng)、沉淀于一體，從而簡(jiǎn)化普通活性污泥法工藝流程，實(shí)現(xiàn)了活性污泥在時(shí)間上的推流和空間上的完全混合狀態(tài)[1]。

基于經(jīng)典的SBR工藝，依據(jù)不同的應(yīng)用條件和污染物的去除要求，演變出了許多的SBR進(jìn)階工藝，如ICEAS、CASS、UNITANK、MSBR、DAT-IAT等，每種工藝的計(jì)算方法都以經(jīng)典SBR的計(jì)算做基礎(chǔ)，因此，本文以經(jīng)典SBR的幾種計(jì)算方法作為研究目標(biāo)進(jìn)行分析。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算方法

SBR工藝的生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和污染物去除機(jī)理的探索還不夠深入，目前對(duì)于SBR工藝的計(jì)算和設(shè)計(jì)還沒有推出廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法，僅有前人所介紹的一些經(jīng)典計(jì)算以供參考。

2.1 污泥負(fù)荷法和容積負(fù)荷法[2]

污泥負(fù)荷法和容積負(fù)荷法已知進(jìn)水有機(jī)物濃度以及設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷，擬定處理周期和有效時(shí)間，通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算反應(yīng)器的容積，負(fù)荷法計(jì)算反應(yīng)器容積較簡(jiǎn)單。

2.1.1 污泥負(fù)荷法

V-單個(gè)反應(yīng)器容積，m3；-廢水流量，m3/d，So-進(jìn)水BOD5，mg/L；e-曝氣時(shí)間比，e=nTA/24；-反應(yīng)器內(nèi)混合液平均MLSS濃度，mg/L；Ls-污泥負(fù)荷[kgBOD/(KgMLSS·d)]

2.1.2 容積負(fù)荷法

Lv-BOD容積負(fù)荷，KgBOD/(m3·d)；-進(jìn)水BOD5，Kg/m3

負(fù)荷法所用負(fù)荷值由經(jīng)驗(yàn)擬定，選擇有一定盲目性，由于高負(fù)荷和低負(fù)荷選擇范圍過寬，易造成池容量和曝氣系統(tǒng)計(jì)算不準(zhǔn)確，且只能計(jì)算針對(duì)有機(jī)物去除的工藝，沒有考慮SBR轉(zhuǎn)換缺氧厭氧過程對(duì)氮磷的去除效果。

2.2 靜態(tài)動(dòng)力學(xué)法

朱明權(quán)[3]推薦的這種方法可以用于脫氮除磷SBR工藝的計(jì)算。該方法利用硝化菌比增長(zhǎng)速率一般值對(duì)硝化所需泥齡進(jìn)行計(jì)算，并通過系統(tǒng)所需反硝化氮量求出缺氧和好氧反應(yīng)時(shí)間比，通過對(duì)時(shí)間的計(jì)算求出泥齡推斷出貯存污泥總量，其反應(yīng)器最高、最低水位的確定由貯水容積和泥量共同確定。

θS,N—硝化所需最小泥齡；μ—硝化菌的比增長(zhǎng)速率，d-1，t=15°時(shí),μ取0.47；fs為安全系數(shù)，fs取2.3-3?！?KgBOD5可以反硝化的氮量，Kg；OC——活性污泥在好氧條件下去除1K各BOD5需要的氧量，Kg，OC設(shè)計(jì)值最大為1.6Kg；TA是曝氣階段所用的時(shí)間，h；Tanox是缺氧階段所用的時(shí)間，h；a是修正系數(shù)，連續(xù)進(jìn)水系統(tǒng)一般取1.0；0.04是合成過程利用的氮量，隨剩余污泥排除，是進(jìn)水總氮，mg/L；是出水總氮，mg/L

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算出硝化和反硝化時(shí)間的比值及有效泥齡，通過有效泥齡可以計(jì)算系統(tǒng)總泥齡，根據(jù)下式計(jì)算系統(tǒng)總污泥量。

是進(jìn)水設(shè)計(jì)流量，m3/d；是進(jìn)水有機(jī)物濃度，mg/L；為異氧微生物自身氧化率，d-1，取0.08；為異氧微生物產(chǎn)率系數(shù)，KgDS/Kg-BOD5，取0.5～0.6；fT,H異氧微生物生長(zhǎng)溫度修正系數(shù)，一般取1.072（t-15）；反應(yīng)器進(jìn)水濃度，SSe是反應(yīng)器出水濃度，Kg/m3；ΔXP是化學(xué)除磷產(chǎn)生的污泥量，Kg/d

反應(yīng)器的貯水容積和反應(yīng)器體積的計(jì)算，為了安全起見，使用最大設(shè)計(jì)流量Qmax進(jìn)行計(jì)算。

沉淀和排水過程污泥持續(xù)沉淀，最高水位和最低水位需滿足潷水水位和污泥泥面的安全距離，因此通過貯水容積的最小值計(jì)算可推算并求得最高水位和最低水位。

hf—最小安全距離，取0.6-0.9m；SVI可由實(shí)驗(yàn)確定；hTWL計(jì)算采用試算法，計(jì)算出潷水高度，根據(jù)要求考慮是否重新設(shè)計(jì)池高。

通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)動(dòng)力學(xué)法在計(jì)算污泥量上給出的計(jì)算方法從生化反應(yīng)角度出發(fā)，充分考慮進(jìn)水水質(zhì)、脫氮要求等，但池容計(jì)算受約束于最高水位和最低水位，其變化范圍依然較大，不易確定。

2.3 基于德國(guó)ATV的設(shè)計(jì)法

周雹對(duì)ATV標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正，設(shè)計(jì)為推薦法，其方法以泥齡作為計(jì)算參考，池容計(jì)算利用七個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算使之充分滿足SBR作為反應(yīng)池和沉淀池的需要。

此設(shè)計(jì)法對(duì)池容的計(jì)算公式如下：

ST是單個(gè)SBR池內(nèi)的干污泥總量，Kg；θT,S是總污泥齡，d；A是SBR池幾何平面積；Hmin，Hmax是最高水位和最低水位，m；ΔH為最高水位差；Co進(jìn)水BOD5濃度,Kg/m3；Cr是出水BOD5與出水懸浮物濃度中非溶解性BOD5濃度差。Ce是出水中BOD5濃度, Kg/m3；Cse出水懸浮物濃度，Z異氧菌在活性污泥中比例，T是BOD實(shí)驗(yàn)時(shí)間，a是產(chǎn)泥系數(shù)。

此方法最大高度值可根據(jù)曝氣機(jī)有效水深設(shè)置，其保護(hù)高度、SVI、TS、Td均可以擬定，避免了對(duì)最大高度的假定，同時(shí)給出污泥生化反應(yīng)的計(jì)算較為精確的計(jì)算過程，使生化過程與溫度和濃度掛鉤，增加計(jì)算結(jié)果的可靠性，并計(jì)算了池體的尺寸。

Tc周期長(zhǎng)，h；TF一個(gè)周期的反應(yīng)時(shí)間，h/周期；XFSBR池反應(yīng)污泥量；XT反應(yīng)池污泥總量；θCF為SBR反映泥齡，d；So為進(jìn)水BOD濃度，Se為出水BOD濃度。利用上述公式利用各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算反應(yīng)池體積，相對(duì)比其他計(jì)算方法更加明了，并參考了更多影響因素，較之更為準(zhǔn)確。

2.4 總污泥量綜合設(shè)計(jì)法

在前人基礎(chǔ)上提出一套以給予系統(tǒng)需要的總污泥量為參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，通過適合的SVI值擬定，推算污泥沉降的最小體積，根據(jù)周期進(jìn)水量按最大設(shè)計(jì)量求得貯水容積并計(jì)算SBR的池容，這種方法以滿足生化需求為目的，經(jīng)驗(yàn)擬定值少，同時(shí)推算SBR的尺寸。

3 結(jié)語

相對(duì)于負(fù)荷法，其他三種方法都或多或少采用了生化動(dòng)力學(xué)的思維對(duì)產(chǎn)泥量進(jìn)行計(jì)算，通過泥的沉降性能變化確定SBR反應(yīng)池的設(shè)計(jì)，負(fù)荷法規(guī)定值變化范圍廣容易造成計(jì)算的不準(zhǔn)確，但設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單明了；靜態(tài)動(dòng)力學(xué)法結(jié)合反應(yīng)器的脫氮除磷要求，設(shè)計(jì)考慮參數(shù)較多，結(jié)果較精確，ATV標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)法和總污泥量綜合設(shè)計(jì)法以泥齡作為基本參數(shù)，設(shè)計(jì)池容時(shí)考慮因素多，兼顧SBR反應(yīng)池和沉淀池的雙重特點(diǎn)，總污泥量設(shè)計(jì)法對(duì)異氧菌處理污染物進(jìn)行了進(jìn)一步分析，考慮了更多的影響因素。但這兩種方法都沒有考慮SBR池滿足脫氮除磷的要求，希望在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)研究中，可以將此三種方法融會(huì)貫通，使SBR的設(shè)計(jì)對(duì)其功能的滿足的體系更加健全和完善。

[1]程曉如,魏娜.SBR工藝研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理,2005,25(5): 10-13.

[2]李暉,高有清.SBR工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)探討[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2009,2 (35):43-45.

[3]朱明權(quán),周冰蓮.SBR工藝的設(shè)計(jì)[J].環(huán)境工程,2014(1):42-45.

[4]路遠(yuǎn),孫力平,等.改性聚丙烯填料水處理性能試驗(yàn)研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2008,2(11):1458-1460.

[5]譚沖.改性聚氨酯填料生物膜系統(tǒng)脫氮特征及微生物學(xué)機(jī)制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.