序批式活性污泥法

序批式活性污泥法（SBR）计算机辅助设计

从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看，序批式活性污泥法能称得上是一种简易、快速且低耗的污水处理工艺，非常适用于水质水量变化大的中小城镇的生活污水处理，以及易生物降解的工业废水处理。因此，SBR工艺是一种适合我国国情的处理工艺，具有很大的发展潜力和应用前景。

近年来，计算机辅助设计（CAD）已渗透到水处理专业，并被专业人员接受和使用。但目前建筑给排水CAD软件应用广泛，污水处理工程设计CAD系统则研究较少。SBR艺计算机辅助设计系统的开发，不仅能够提高设计效率及设计质量，也是计算机技术同污水处理技术有机结合的积极实践，对促进当前污水处理工程CAD的进一步发展具有积极的意义。 １ SBR工艺设计计算

SBR工艺设计计算包括SBR反应池容积的确定以及需氧量、污泥量的计算。

SBR工艺设计方法主要分两大类：经验设计法。动力学模式设计法[1]。经验设计法指污泥负荷率法，污泥负荷率是影响曝气反应时间的主要参数，污泥负荷率的大小关系到SBR反应池容积的大小。这种方法在目前的工程设计中应用较广泛。动力学模式设计法则是根据进水、出水和SBR系统的各种参数条件，建立数学模型后进行设计。由于动力学模式设计方法用于工程设计还有待进一步研究、优化，因

此本系统在开发过程中针对生活污水的处理仍沿用经验设计法。 1.1 参数选取

污泥负荷率与SBR反应池内的混合液污泥浓度是SBR设计与运行的重要参数[2]。

①对生活污水，污泥负荷普遍采用BOD污泥负荷，其参数值为：高负荷运行时取0.2－0.4kg［BOD5］／（kg［MLSS]·d），低负荷运行时选用0.03-0.07kg［BOD5］／（kg［MLSS］.d）。

②反应池内的污泥浓度（MLSS）可考虑取值3000-5000mg／L。 ③SVI值取90-150mL/g。

④每周期运行时间一般tr＝4.8－12h。 1.2 设计计算步骤

①确定一个运行周期内曝气时间所占的比例e，根据BOD污泥负荷Ns，计算所需污泥量M； Ns＝QS0/eXV （1） M＝XV=QS0/eNs （2）

式中：X——混合液中活性污泥浓度（MLSS），mg／L； Q——平均日污水量，m3/d; S0——进水基质浓度，mg／L； V——反应池总有效容积，m3。

②根据SVI值和污泥量，计算沉淀时所需的污泥体积Vm； Vm=SVI·M （3）

③确定SBR反应池的个数n，引入每周期运行时间tR，计算每周

期所需处理污水的体积Vw； V=Q/[n×（24/tr） （4） ④计算SBR反应池单个池有效容积VO。 VO=VW+Vm／n（m3）（5） 1.3 其他参数的确定

计算出反应池有效容积后，可以确定工艺设计所需的其它数据，如反应池长、宽、池深等，同时根据水质水量可以确定需氧量、污泥量等。此外，根据污水性质与工艺设计计算结果，还应对处理工艺中配套的构筑物如格栅、沉砂池等作相应的设计计算。计算方法与传统活性污泥法类似。

2 SBR工艺计算机辅助设计系统分析与设计

对于水处理专业的设计者来讲，其适应计算机的能力是有限的。要提高 SBR艺计算机辅助性及系统的适应性，必须在系统的开发设计中充分考虑到设计者的特点，以解决CAD系统适应用户需要的问题。因此系统必须体现和突出专业内容，用户界面友好，使用方便，符合水处理工程设计者的设计习惯。 2.1 系统分析和设计

本系统是集工程计算、数据管理、图形生成、打印输出的功能为一体的工程应用系统。系统的研究与开发完全基于软件工程的思想。图1是SBR计算机辅助设计系统的结构形式。

2.2 系统的实现方法

系统中控制平台的主要模块及数据的输入、输出、贮存、修改等功能应用了开发工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中图形程序用 AUTOLISP语言编写。采用数据文件共享型接口方式，实现了不同语言程序模块之间的参数化传递和数据共享，并充分利用各种语言输人输出格式的灵活性，从而使系统形成协调、统一的整体。

AutoCAD作为开发平台，有效地利用AutoCAD原有的功能，同时，系统留有与AutoCAD或其他水处理 CAD软件的接口，可以用AutoCAD R14或其他相关软件的功能来补充和完善工程设计。 2.3 各功能子模块简介

在系统的设计过程中，将系统按功能划分为各个独立的模块，当要修改某一模块时，只涉及该模块本身，而不引起其它模块的变更，可以避免相互间的于扰。各模块相互独立又有机的结合，给程序的编制、维护和升级提供了方便。

本系统分3个模块。工艺流程模块和设计计算模块用 Visual Basic语言实现，绘图模块以R14为开发平台，充分利用了AutoCAD的二次开发功能。

①工艺流程模块

在进行污水处理工艺设计前，需要了解与工程相关的设计资料。污水处理工艺流程的选定是一项比较复杂的系统工程，在系统中输人工程设计中常用的水质指标及污水排放标准，根据这些指标，设计者可以作初步的水质分析、工艺流程选择及技术经济分析。

②设计计算模块本系统中工艺计算采用经验设计法，工艺流程中除核心部分SBR反应池的计算外，还包括其它配套构筑物的计算。设计人员根据工艺计算界面选择所需要的构筑物进行计算。

设计计算模块提供必备的资料、数表以及专家经验。在进行设计计算时，设计人员采用人一机交互方式逐一输人计算所需的数据，数据输人完成后，按（显示计算结果）按钮进行计算并保存计算结果。在计算过程中如果显示一对话框提示参数不满足要求，需重新设置参数，否则，按（取消）按钮退回工艺计算界面。 ③绘图模块

通过计算机辅助绘制专业图，是系统的一个重要环节。针对SBR工艺专业绘图的特点，本系统主要采用DWG形式图形库和hP形式图形库。在进行工程CAD设计之前，要先进行绘图环境的初始化。进行图形绘制时，绘图模块从计算模块中获得所需的数据，在启动进人AutoCAD的同时启动AUTOLISP程序，调用下拉菜单中相应的命令，并按紧接着的提示输人绘图所需的一些参数及基点坐标，即可绘制出所需的构筑物施工图。

考虑到工程设计的多样性、构筑物具体应用中不可缺少的文字说

明等，图形绘制完成后，设计人员可以对图形进行必要的修改，实现自动化计算、参数化绘图的全过程。 系统流程如图2所示。

序批式活性污泥法处理城市污水试验研究

引言

在城市污水处理中，由于地理环境和气候因素的影响，广州城市污水水质有明显区别于北方城市污水水质的特点，一般北方地区城市污水BOD5在100～200mg/L之间，NH3-N在20～30mg/L之间,TP在2～7mg/L之间，而广州地区城市污水BOD5在40～80mg/L之间，NH3-N在20～30mg/L之间,TP在1～7mg/L之间，即有机物浓度低，碳、氮、磷比例不合理。所以开发研究适合广州地区城市污水特点的简单、高效的污水处理工艺流程，是当务之急。

本实验研究采用SBR艺，处理广州地区的城市污水，达到了在一个反应装置内既去除有机物又能脱氮除磷，而且磷的出水指标达到了0.1～0.45mg/L，这样的结果目前国内外还未见类似的报道。 1 实验装置与方法 1.1 实验装置及水质

SBR反应器由有机玻璃制成。总容积47.4L，有效容积42.8L。采用空压机曝气，穿孔管布气。其流程见图1。

试验所用的污水前期是在实验室配水，后期则取自广州市某河涌城市污水。反应器中污泥是从广州市大坦沙污水厂所取，然后进行培养驯化。试验污水水质见表1，试验运行方式见表2。

表1 试验污水水质 mg.L-1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 配制污水 城市污水 COD 89.8-250.0 86-166.7 BOD5 46.8-127.6 44.7-85.0 TN TP 19.7-26.1 19.8-26.5 1.9-7.02 1.6-7.1 NH3--N 15.0-22.0 17.8-25.0 NO3--N 0.20-1.65 NO2--N SS 未检出 0.06 未检出 38.5-126.0 表2 试验运行方式 顺序 反应过程 停留时间/h 反硝化、释放进水（厌氧） 磷 1.0 降解有机物、曝气（好氧） 2.0-3.0 硝化、吸收磷 沉淀 悬浮物及污1.0 泥沉淀 排除处理后排水 的污水 1.2 试验运行工况及运行参数

本试验共进行了5种工况的运行试验，试验运行参数见表3。

表3 运行工况和运行参数 厌曝工排-10.5 充沉降周期/h 氧气沉淀/h 水MLSS/(g.L) 水XVI 况 比/% /h /h /h 比 1 8 1.5 4 2.0 0.5 0.5 0.5 0.8 0.5 3.0 2.5 1.8 1.7 2.0 29.5 0.7 98 21.0 0.7 84 21.3 0.6 118 20.5 0.6 113 20.0 0.7 100 2 5.5 1.5 3 3 4.1 0.8 2 4 4.0 1.0 1.5 1.0 0.5 5 4.-4.5 1.0 2 0.5-1.0 0.5 2 实验结果及分析

各种工况下的处理效果见表4。

表4 各种工况下的处理效果 mg.L-1 测试项工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 目 CODCr原189.2 135.8 93.5 水 出水 26.3 22.4 去除率 84 /% BOD5原93.4 62.8 水 出水 9.46 去除率 92 /% TN原22.3 22.8 水 出水 13.5 15.1 去除率39 /% NH4+-N19.37 20.2 18.65 17.65 18.24 原水 出水 4.35 6.48 去除率76 68 7.65 11.96 8.53 58 32 53 33 27 23 28 14.6 15.15 15.2 20.4 19.8 21.2 90 88 82 89 5.2 6.53 7.56 7.10 53.2 41.6 66.3 86 83 78 85 16.3 17.3 18.5 76.9 125.6

/% TP原3.86 5.22 水 出水 0.31 0.40 去除率91.9 92.3 /% SBR工艺对于广州地区城市污水的处理效果和可行性是本次试验的重点，不同工况条件下的试验结果见表4。由表4可知，在试验运行的5种工况中，除工况4以外，CODCr的去除率都在83％以上。BOD5去除率都在88％～92％之间。氨氮的去除率一般在53％～76％之间，总氮的去除效率一般在27％～39％之问。总磷的去除率都在91％以上。工况4CODCr、BOD5去除效率低，是因为进水有机物浓度低，氨氮、总氮的去除效率低，主要原因是曝气时间短，硝化过程完成得不好。（工况4如能保持较高的溶解氧浓度，磷的处理效果仍然很好）。 3 最优工况的确定

确定SBR艺处理城市污水的最佳工艺参数是本课题研究的主要内容，其最基本的原则是在满足出水水质CODCr60mg/L、BOD520mg/L、NH+4～N10mg/L、TP0.5mg/L、SS20mg/L的情况下，尽量缩短水力停留时间（包括厌氧反应时间、曝气时间与沉淀时间）及确定最优曝气量，以达到降低处理系统的基建费用、运行费用的目的。

92.2 89.4 92.8 0.29 0.31 0.24 3.76 2.95 3.35 3.1 最优曝气时间及曝气量的确定

从5种工况的实验结果看CODCr在曝气30min即可以达到排放标准。在曝气60min后，CODCr的降解幅度已很小，曲线趋于平稳。NH4－N的降解不同于有机物，氨氮需要在曝气120min以后出水才能达到10mg/L以下。

TP的出水要达到0.5mg/L以下，90min的曝气时间基本就可以了（但要保持适宜的DO浓度）。

从以上三方面考虑，为使硝化反应进行得更彻底，以NH3-N出水指标低于10mg几为基准，最优曝气时间不低于120min。 最优曝气量的确定要根据去除有机物、氨氮、磷三个指标来控制。曝气量的控制是以DO浓度来体现的。去除有机物的DO浓度，在2h曝气时间里，DO浓度达到并保持在1mg/L左右，有机物去除就可以达到要求。去除氨氮的DO浓度，曝气30min时达到1.0mg/L以上，60min时达到2.0mg/L左右，并一直保持到曝气结束，氨氮的去除效果较好，出水浓度低于9.0 mg/L。

除磷的DO浓度，在曝气60min时，DO浓度在1mg/L左右，60min后保持DO浓度在1.5－2.0mg/L之间，即可以保证磷的出水指标低于0.5mg/L。

为了保证氨氮的去除效果，反应装置中DO浓度应在曝气60min时达到2mg/L左右，并一直保持到曝气结束。 3.2 厌氧反应时间的确定

厌氧反应时间的确定是以脱氮和磷的释放作为确定原则。硝酸盐

经过50min的厌氧后，基本被还原成N2从水中逸出。磷的厌氧释放在40min左右，即可以达到释放的最高浓度。所以，厌氧的反应时间定为60min（实验结果见图2）。

3.3 最优沉淀时间的确定

对于SBR处理系统，由于反应是在一个装置中进行，沉淀时间的确定显得更为重要。沉淀时间过短，水中悬浮物过高，影响出水水质；若沉淀时间过长，则会发生反硝化，有时还会发生污泥上浮现象。图3表示在停止曝气后，反应器中污泥成层沉淀的泥水界面高度和上清液（取样在反应器有效高度的1/2处）中悬浮固体（SS）浓度随沉淀时间的变化规律。从图3中可见，经过20min的沉淀，就基本完成了沉淀过程；沉淀30min后，水中的SS浓度基本不再进一步降低了，泥水界面变化也很小。在不同的工况运行时，即使曝气时间不一样，重复上述试验，都得到了基本相同的结果。为了运行可靠，最优沉淀时间定为40min。在处理城市污水的实际工程中，由于需要一定的排水时间，在从水面0.5m处开始排水的过程中，如果泥水界面并没有沉降到接近极限高度还可以继续沉淀，而不影响出水水质，因此，SBR

法处理城市污水的沉淀时间定为40min，完全可以满足要求。 实验认为将沉淀时间缩短到40min具有重要的意义和使用价值，这样能充分发挥SBR法静止沉淀效率高的优点，提高其处理能力，又能有效地防止污泥膨胀的发生。本试验研究表明，沉淀和闲置时间过长是引起污泥膨胀的重要原因。

4 结论

采用SBR法处理广州市城市污水，进水，CODCr浓度为86.0～166.7mg/L，BOD5浓度为44.7～85.3mg/L，NH3～N浓度为17.8～25.0mg/L，TP浓度为1.6～7.1mg/L，SS浓度为25～237mg/L，出水CODCr为10.7～32.2mg/L，BOD5为5.12～13.6mg/L，NH3－N为2.83～9.23mg/L，TP为0.1～0.45mg/L，SS为6～10mg/L。

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