序批式活性污泥法.doc

序批式活性污泥法（SBR）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)從目前的污水好氧生物處理的研究、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，序批式活性污泥法能稱得上是一種簡(jiǎn)易、快速且低耗的污水處理工藝，非常適用于水質(zhì)水量變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)廢水處理。因此，SBR工藝是一種適合我國(guó)國(guó)情的處理工藝，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）已滲透到水處理專業(yè)，并被專業(yè)人員接受和使用。但目前建筑給排水CAD軟件應(yīng)用廣泛，污水處理工程設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)則研究較少。SBR藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，不僅能夠提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)同污水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的積極實(shí)踐，對(duì)促進(jìn)當(dāng)前污水處理工程CAD的進(jìn)一步發(fā)展具有積極的意義。 SBR工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 SBR工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括SBR反應(yīng)池容積的確定以及需氧量、污泥量的計(jì)算。SBR工藝設(shè)計(jì)方法主要分兩大類：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)法1。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法指污泥負(fù)荷率法，污泥負(fù)荷率是影響曝氣反應(yīng)時(shí)間的主要參數(shù)，污泥負(fù)荷率的大小關(guān)系到SBR反應(yīng)池容積的大小。這種方法在目前的工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣泛。動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)法則是根據(jù)進(jìn)水、出水和SBR系統(tǒng)的各種參數(shù)條件，建立數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)方法用于工程設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步研究、優(yōu)化，因此本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中針對(duì)生活污水的處理仍沿用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。1.1 參數(shù)選取污泥負(fù)荷率與SBR反應(yīng)池內(nèi)的混合液污泥濃度是SBR設(shè)計(jì)與運(yùn)行的重要參數(shù)2。對(duì)生活污水，污泥負(fù)荷普遍采用BOD污泥負(fù)荷，其參數(shù)值為：高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)取0.20.4kgBOD5（kgMLSSd），低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)選用0.03-0.07kgBOD5（kgMLSS.d）。反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度（MLSS）可考慮取值3000-5000mgL。SVI值取90-150mL/g。每周期運(yùn)行時(shí)間一般tr4.812h。1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟確定一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)曝氣時(shí)間所占的比例e，根據(jù)BOD污泥負(fù)荷Ns，計(jì)算所需污泥量M；NsQS0/eXV （1）MXV=QS0/eNs （2）式中：X混合液中活性污泥濃度（MLSS），mgL；Q平均日污水量，m3/d;S0進(jìn)水基質(zhì)濃度，mgL；V反應(yīng)池總有效容積，m3。根據(jù)SVI值和污泥量，計(jì)算沉淀時(shí)所需的污泥體積Vm；Vm=SVIM （3）確定SBR反應(yīng)池的個(gè)數(shù)n，引入每周期運(yùn)行時(shí)間tR，計(jì)算每周期所需處理污水的體積Vw；V=Q/n（24/tr） （4）計(jì)算SBR反應(yīng)池單個(gè)池有效容積VO。VO=VW+Vmn（m3）（5）1.3 其他參數(shù)的確定計(jì)算出反應(yīng)池有效容積后，可以確定工藝設(shè)計(jì)所需的其它數(shù)據(jù)，如反應(yīng)池長(zhǎng)、寬、池深等，同時(shí)根據(jù)水質(zhì)水量可以確定需氧量、污泥量等。此外，根據(jù)污水性質(zhì)與工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，還應(yīng)對(duì)處理工藝中配套的構(gòu)筑物如格柵、沉砂池等作相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算方法與傳統(tǒng)活性污泥法類似。 2 SBR工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 對(duì)于水處理專業(yè)的設(shè)計(jì)者來(lái)講，其適應(yīng)計(jì)算機(jī)的能力是有限的。要提高 SBR藝計(jì)算機(jī)輔助性及系統(tǒng)的適應(yīng)性，必須在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中充分考慮到設(shè)計(jì)者的特點(diǎn)，以解決CAD系統(tǒng)適應(yīng)用戶需要的問(wèn)題。因此系統(tǒng)必須體現(xiàn)和突出專業(yè)內(nèi)容，用戶界面友好，使用方便，符合水處理工程設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)習(xí)慣。2.1 系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是集工程計(jì)算、數(shù)據(jù)管理、圖形生成、打印輸出的功能為一體的工程應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)完全基于軟件工程的思想。圖1是SBR計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。 2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法系統(tǒng)中控制平臺(tái)的主要模塊及數(shù)據(jù)的輸入、輸出、貯存、修改等功能應(yīng)用了開(kāi)發(fā)工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中圖形程序用 AUTOLISP語(yǔ)言編寫(xiě)。采用數(shù)據(jù)文件共享型接口方式，實(shí)現(xiàn)了不同語(yǔ)言程序模塊之間的參數(shù)化傳遞和數(shù)據(jù)共享，并充分利用各種語(yǔ)言輸人輸出格式的靈活性，從而使系統(tǒng)形成協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的整體。AutoCAD作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，有效地利用AutoCAD原有的功能，同時(shí)，系統(tǒng)留有與AutoCAD或其他水處理 CAD軟件的接口，可以用AutoCAD R14或其他相關(guān)軟件的功能來(lái)補(bǔ)充和完善工程設(shè)計(jì)。2.3 各功能子模塊簡(jiǎn)介在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將系統(tǒng)按功能劃分為各個(gè)獨(dú)立的模塊，當(dāng)要修改某一模塊時(shí)，只涉及該模塊本身，而不引起其它模塊的變更，可以避免相互間的于擾。各模塊相互獨(dú)立又有機(jī)的結(jié)合，給程序的編制、維護(hù)和升級(jí)提供了方便。本系統(tǒng)分3個(gè)模塊。工藝流程模塊和設(shè)計(jì)計(jì)算模塊用 Visual Basic語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，繪圖模塊以R14為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分利用了AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)功能。工藝流程模塊在進(jìn)行污水處理工藝設(shè)計(jì)前，需要了解與工程相關(guān)的設(shè)計(jì)資料。污水處理工藝流程的選定是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)中輸人工程設(shè)計(jì)中常用的水質(zhì)指標(biāo)及污水排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些指標(biāo)，設(shè)計(jì)者可以作初步的水質(zhì)分析、工藝流程選擇及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。設(shè)計(jì)計(jì)算模塊本系統(tǒng)中工藝計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，工藝流程中除核心部分SBR反應(yīng)池的計(jì)算外，還包括其它配套構(gòu)筑物的計(jì)算。設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝計(jì)算界面選擇所需要的構(gòu)筑物進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算模塊提供必備的資料、數(shù)表以及專家經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員采用人一機(jī)交互方式逐一輸人計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸人完成后，按（顯示計(jì)算結(jié)果）按鈕進(jìn)行計(jì)算并保存計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算過(guò)程中如果顯示一對(duì)話框提示參數(shù)不滿足要求，需重新設(shè)置參數(shù)，否則，按（取消）按鈕退回工藝計(jì)算界面。繪圖模塊通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助繪制專業(yè)圖，是系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)SBR工藝專業(yè)繪圖的特點(diǎn)，本系統(tǒng)主要采用DWG形式圖形庫(kù)和hP形式圖形庫(kù)。在進(jìn)行工程CAD設(shè)計(jì)之前，要先進(jìn)行繪圖環(huán)境的初始化。進(jìn)行圖形繪制時(shí)，繪圖模塊從計(jì)算模塊中獲得所需的數(shù)據(jù)，在啟動(dòng)進(jìn)人AutoCAD的同時(shí)啟動(dòng)AUTOLISP程序，調(diào)用下拉菜單中相應(yīng)的命令，并按緊接著的提示輸人繪圖所需的一些參數(shù)及基點(diǎn)坐標(biāo)，即可繪制出所需的構(gòu)筑物施工圖。考慮到工程設(shè)計(jì)的多樣性、構(gòu)筑物具體應(yīng)用中不可缺少的文字說(shuō)明等，圖形繪制完成后，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)圖形進(jìn)行必要的修改，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算、參數(shù)化繪圖的全過(guò)程。系統(tǒng)流程如圖2所示。 序批式活性污泥法處理城市污水試驗(yàn)研究 引言 在城市污水處理中，由于地理環(huán)境和氣候因素的影響，廣州城市污水水質(zhì)有明顯區(qū)別于北方城市污水水質(zhì)的特點(diǎn)，一般北方地區(qū)城市污水BOD5在100200mg/L之間，NH3-N在2030mg/L之間,TP在27mg/L之間，而廣州地區(qū)城市污水BOD5在4080mg/L之間，NH3-N在2030mg/L之間,TP在17mg/L之間，即有機(jī)物濃度低，碳、氮、磷比例不合理。所以開(kāi)發(fā)研究適合廣州地區(qū)城市污水特點(diǎn)的簡(jiǎn)單、高效的污水處理工藝流程，是當(dāng)務(wù)之急。本實(shí)驗(yàn)研究采用SBR藝，處理廣州地區(qū)的城市污水，達(dá)到了在一個(gè)反應(yīng)裝置內(nèi)既去除有機(jī)物又能脫氮除磷，而且磷的出水指標(biāo)達(dá)到了0.10.45mg/L，這樣的結(jié)果目前國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)類似的報(bào)道。1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及水質(zhì)SBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成?？?cè)莘e47.4L，有效容積42.8L。采用空壓機(jī)曝氣，穿孔管布?xì)?。其流程?jiàn)圖1。試驗(yàn)所用的污水前期是在實(shí)驗(yàn)室配水，后期則取自廣州市某河涌城市污水。反應(yīng)器中污泥是從廣州市大坦沙污水廠所取，然后進(jìn)行培養(yǎng)馴化。試驗(yàn)污水水質(zhì)見(jiàn)表1，試驗(yàn)運(yùn)行方式見(jiàn)表2。表1 試驗(yàn)污水水質(zhì)mg.L-1序號(hào)項(xiàng)目配制污水城市污水1COD89.8-250.086-166.72BOD546.8-127.644.7-85.03TN19.7-26.119.8-26.54TP1.9-7.021.6-7.15NH3-N15.0-22.017.8-25.06NO3-N0.20-1.650.067NO2-N未檢出未檢出8SS38.5-126.0表2 試驗(yàn)運(yùn)行方式順序反應(yīng)過(guò)程停留時(shí)間/h進(jìn)水（厭氧）反硝化、釋放磷1.0曝氣（好氧）降解有機(jī)物、硝化、吸收磷2.0-3.0沉淀懸浮物及污泥沉淀1.0排水排除處理后的污水0.51.2 試驗(yàn)運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)本試驗(yàn)共進(jìn)行了5種工況的運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。表3 運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)工況周期/h厭氧/h曝氣/h沉淀/h排水/hMLSS/(g.L-1)沉降比/%充水比XVI181.542.00.53.029.50.79825.51.530.50.52.521.00.78434.10.820.80.51.821.30.611844.01.01.51.00.51.720.50.611354.-4.51.020.5-1.00.52.020.00.71002 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析各種工況下的處理效果見(jiàn)表4。表4 各種工況下的處理效果 mg.L-1測(cè)試項(xiàng)目工況1工況2工況3工況4工況5CODCr原水189.2135.893.576.9125.6出水26.322.416.317.318.5去除率/% 8684837885BOD5原水93.462.853.241.666.3出水9.465.26.537.567.10去除率/% 9092888289TN原水22.322.820.419.821.2出水13.515.114.615.1515.2去除率/%3933272328NH4+-N原水19.3720.218.6517.6518.24出水4.356.487.6511.968.53去除率/%7668583253TP原水3.865.223.762.953.35出水0.310.400.290.310.24去除率/%91.992.392.289.492.8SBR工藝對(duì)于廣州地區(qū)城市污水的處理效果和可行性是本次試驗(yàn)的重點(diǎn)，不同工況條件下的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，在試驗(yàn)運(yùn)行的5種工況中，除工況4以外，CODCr的去除率都在83以上。BOD5去除率都在8892之間。氨氮的去除率一般在5376之間，總氮的去除效率一般在2739之問(wèn)?？偭椎娜コ识荚?1以上。工況4CODCr、BOD5去除效率低，是因?yàn)檫M(jìn)水有機(jī)物濃度低，氨氮、總氮的去除效率低，主要原因是曝氣時(shí)間短，硝化過(guò)程完成得不好。（工況4如能保持較高的溶解氧濃度，磷的處理效果仍然很好）。3 最優(yōu)工況的確定確定SBR藝處理城市污水的最佳工藝參數(shù)是本課題研究的主要內(nèi)容，其最基本的原則是在滿足出水水質(zhì)CODCr60mg/L、BOD520mg/L、NH+4N10mg/L、TP0.5mg/L、SS20mg/L的情況下，盡量縮短水力停留時(shí)間（包括厭氧反應(yīng)時(shí)間、曝氣時(shí)間與沉淀時(shí)間）及確定最優(yōu)曝氣量，以達(dá)到降低處理系統(tǒng)的基建費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用的目的。3.1 最優(yōu)曝氣時(shí)間及曝氣量的確定從5種工況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看CODCr在曝氣30min即可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在曝氣60min后，CODCr的降解幅度已很小，曲線趨于平穩(wěn)。NH4N的降解不同于有機(jī)物，氨氮需要在曝氣120min以后出水才能達(dá)到10mg/L以下。TP的出水要達(dá)到0.5mg/L以下，90min的曝氣時(shí)間基本就可以了（但要保持適宜的DO濃度）。從以上三方面考慮，為使硝化反應(yīng)進(jìn)行得更徹底，以NH3-N出水指標(biāo)低于10mg幾為基準(zhǔn)，最優(yōu)曝氣時(shí)間不低于120min。最優(yōu)曝氣量的確定要根據(jù)去除有機(jī)物、氨氮、磷三個(gè)指標(biāo)來(lái)控制。曝氣量的控制是以DO濃度來(lái)體現(xiàn)的。去除有機(jī)物的DO濃度，在2h曝氣時(shí)間里，DO濃度達(dá)到并保持在1mg/L左右，有機(jī)物去除就可以達(dá)到要求。去除氨氮的DO濃度，曝氣30min時(shí)達(dá)到1.0mg/L以上，60min時(shí)達(dá)到2.0mg/L左右，并一直保持到曝氣結(jié)束，氨氮的去除效果較好，出水濃度低于9.0 mg/L。除磷的DO濃度，在曝氣60min時(shí)，DO濃度在1mg/L左右，60min后保持DO濃度在1.52.0mg/L之間，即可以保證磷的出水指標(biāo)低于0.5mg/L。為了保證氨氮的去除效果，反應(yīng)裝置中DO濃度應(yīng)在曝氣60min時(shí)達(dá)到2mg/L左右，并一直保持到曝氣結(jié)束。3.2 厭氧反應(yīng)時(shí)間的確定厭氧反應(yīng)時(shí)間的確定是以脫氮和磷的釋放作為確定原則。硝酸鹽經(jīng)過(guò)50min的厭氧后，基本被還原成N2從水中逸出。磷的厭氧釋放在40min左右，即可以達(dá)到釋放的最高濃度。所以，厭氧的反應(yīng)時(shí)間定為60min（實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2）。3.3 最優(yōu)沉淀時(shí)間的確定對(duì)于SBR處理系統(tǒng)，由于反應(yīng)是在一個(gè)裝置中進(jìn)行，沉淀時(shí)間的確定顯得更為重要。沉淀時(shí)間過(guò)短，水中懸浮物過(guò)高，影響出水水質(zhì)；若沉淀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)發(fā)生反硝化，有時(shí)還會(huì)發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象。圖3表示在停止曝氣后，反應(yīng)器中污泥成層沉淀的泥水界面高度和上清液（取樣在反應(yīng)器有效高度的1/2處）中懸浮固體（SS）濃度隨沉淀時(shí)間的變化規(guī)律。從圖3中可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)20min的沉淀，就基本完成了沉淀過(guò)程；沉淀30min后，水中的SS濃度基本不再進(jìn)一步降低了，泥水界面變化也很小。在不同的工況運(yùn)行時(shí)，即使曝氣時(shí)間不一樣，重復(fù)上述試驗(yàn)，都得到了基本相同的結(jié)果。為了運(yùn)行可靠，最優(yōu)沉淀時(shí)間定為40min。在處理城市污水的實(shí)際工程中，由于需要一定的排水時(shí)間，在從水面0.5m處開(kāi)始排水的過(guò)程中，如果泥水界面并沒(méi)有沉降到接近極限高度還可以繼續(xù)沉淀，而不影響出水水質(zhì)，因此，SBR法處理城市污水的沉淀時(shí)間定為40min，完全可以滿足要求。實(shí)驗(yàn)認(rèn)為將沉淀時(shí)間縮短到40min具有