SBR法相關(guān)計(jì)算

1、作者：胡大鏘摘要：從 SBR 反應(yīng)池的功能出發(fā)，通過對(duì)現(xiàn)行 SBR 反應(yīng)池容積的各類計(jì)算方法比較和合理性分析， 提出了總污泥量綜合設(shè)計(jì)法，并以工程算例結(jié)果鑒別各類方法的適用性，供設(shè)計(jì)借鑒。關(guān)鍵詞： SBR 池容積 污泥負(fù)荷 污泥齡 干污泥總量 沉降距離SBR 反應(yīng)池池容計(jì)算系指?jìng)鹘y(tǒng)的序批式活性污泥反應(yīng)池， 而不包括其他 SBR 改進(jìn)型的諸多反應(yīng)池 (如 ICEAS 、 CASS、MSBR 等)池容的計(jì)算?，F(xiàn)針對(duì)存在的問題提出一套以總污泥量為主要參數(shù)的綜合設(shè)計(jì)方法，供設(shè)計(jì)者參考。1 現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法1.1 負(fù)荷法該法與連續(xù)式曝氣池容的設(shè)計(jì)相仿。已知 SBR 反應(yīng)池的容積負(fù)荷或污泥負(fù)荷、進(jìn)水量及進(jìn)水中

2、 BOD5 濃度，即可由下式迅速求得 SBR 池容：容積負(fù)荷法 V=nQ0C0/Nv( 1 )Vmin=SVI MLSS/106 V污泥負(fù)荷法Vmin=nQ0C0 SVI/Ns (2)V=Vmin+Q01.2 曝氣時(shí)間內(nèi)負(fù)荷法鑒于SBR法屬間歇曝氣，一個(gè)周期內(nèi)有效曝氣時(shí)間為ta,則一日內(nèi)總曝氣時(shí)間為 nta，以此建立如下計(jì)算式：容積負(fù)荷法V=nQ0C0tc/Nv ta(3)污泥負(fù)荷法V=24QC0/nta MLSS NS(4)1.3 動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)法由于 SBR 的運(yùn)行操作方式不同， 其有效容積的計(jì)算也不盡相同。 根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理演算 (過程略) ， SBR 反應(yīng)池容計(jì)算公式可分為下列三種情況：限制

3、曝氣V=NQ (C0-Ce) tf/MLSS Ns ta(5)非限制曝氣 V=nQ (C0-Ce) tf/MLSS Ns (ta+tf) (6)半限制曝氣 V=nQ (C0-Ce) tf/LSS Ns (ta+tf-t0) (7)但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)上述方法存有以下問題： 對(duì)負(fù)荷參數(shù)的選用依據(jù)不足，提供選用參數(shù)的范圍過大例如文獻(xiàn)推薦 Nv=0.11.3kgBOD5/ ( m3 -d)等，而未考慮水溫、進(jìn)水水質(zhì)、污泥齡、活性污泥量以及 SBR 池幾何尺寸等要素對(duì)負(fù)荷及池容的影響； 負(fù)荷法將連續(xù)式曝氣池容計(jì)算方法移用于具有二沉池功能的 SBR 池容計(jì)算，存有理論上的差異， 使所得結(jié)果偏小； 在計(jì)算公

4、式中均出現(xiàn)了 SVI、MLSS、Nv、Ns等敏感的變化參數(shù)，難于全部同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定，忽 略了底物的明顯影響，并將導(dǎo)致各參數(shù)間不一致甚至矛盾的現(xiàn)象； 曝氣時(shí)間內(nèi)負(fù)荷法與動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)法中試圖引入有效曝氣時(shí)間ta對(duì)SBR池容所產(chǎn)生的影響，但因其由動(dòng)力學(xué)原理演算而得，假定的邊界條件不完全適應(yīng)于實(shí)際各個(gè)階段的反應(yīng)過程，將有機(jī)碳的去除僅限制 在好氧階段的曝氣作用，而忽略了其他非曝氣階段對(duì)有機(jī)碳去除的影響，使得在同一負(fù)荷條件下所得SBR池容驚人地偏大。上述問題的存在不僅不利于 SBR 法對(duì)污水的有效處理， 而且進(jìn)行多方案比較時(shí)也不可能全面反映 SBR 法的工程量，會(huì)得出投資偏高或偏低的結(jié)果。針對(duì)以上問題，提

5、出了一套以總污泥量為主要參數(shù)的 SBR 池容綜合設(shè)計(jì)方法。2 總污泥量綜合設(shè)計(jì)法該法是以提供 SBR 反應(yīng)池一定的活性污泥量為前提， 并滿足適合的 SVI 條件， 保證在沉降階段歷時(shí)和 排水階段歷時(shí)內(nèi)的沉降距離和沉淀面積，據(jù)此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的體積，然后根據(jù)最 大周期進(jìn)水量求算貯水容積， 兩者之和即為所求 SBR 池容。 并由此驗(yàn)算曝氣時(shí)間內(nèi)的活性污泥濃度及最低 水深下的污泥濃度，以判別計(jì)算結(jié)果的合理性。其計(jì)算公式為：TS=naQO (CO-Cr) tT S( 8)Vmin=AHmin > TS SVI 10-3( 9)Hmin= Hmax- H(10)V=Vmin+

6、V(11)TS 單個(gè) SBR 池內(nèi)干污泥總量， kgtT S總污泥齡，dASBR 池幾何平面積， m2H m ax 、 H m i n 分別為曝氣時(shí)最高水位和沉淀終了時(shí)最低水位，m H 最高水位與最低水位差，mCr出水BOD5濃度與出水懸浮物濃度中溶解性BOD5濃度之差。其值為：Cr=Ce-Z Cse 1.42 (1-ek1t)(12)Cse出水中懸浮物濃度，kg/m3k1 耗氧速率， d-1t BOD實(shí)驗(yàn)時(shí)間，dZ活性污泥中異養(yǎng)菌所占比例，其值為：Z=B- ( B2-8.33NS 1.072 (15-T) 0.5(13)B=0.555+4.167 ( 1+TS0/BOD5 ) Ns 1.07

7、2 (15-T( 14)Ns=1/a tT S(15)a產(chǎn)泥系數(shù)，即單位 BOD5所產(chǎn)生的剩余污泥量，kgMLSS/kgB0D5，其值為：a=0.6 (TS0/BOD5+1 ) -0.6 X 0.072 X 1.072 (T-15 ) 1/tT S+0.08X 1.072 (T-15( 16)式中TS、BOD5分別為進(jìn)水中懸浮固體濃度及BOD 5濃度，kg/m3T 污水水溫，C由式( 9)計(jì)算之 Vmin 系為同時(shí)滿足活性污泥沉降幾何面積以及既定沉淀歷時(shí)條件下的沉降距離，此 值將大于現(xiàn)行方法中所推算的 Vmin 。必須指出的是，實(shí)際的污泥沉降距離應(yīng)考慮排水歷時(shí)內(nèi)的沉降作用，該作用距離稱之為保護(hù)

8、高度Hb。同時(shí)， SBR 池內(nèi)混合液從完全動(dòng)態(tài)混合變?yōu)殪o止沉淀的初始 510min 內(nèi)污泥 仍處于紊動(dòng)狀態(tài)，之后才逐 漸變?yōu)閴嚎s沉降直至排水歷時(shí)結(jié)束。它們之間的關(guān)系可由下式表示：vs (ts+td-10/60) = H+Hb (17)vs=650/MLSSmax SVI(18)由式( 18)代入式( 1 7)并作相應(yīng)變換改寫為：650 A Hmax/TS SVI (ts+td-10/60) = V/A+Hb(19)式中 vs污泥沉降速度，m/hMLSSmax當(dāng)水深為 Hmax 時(shí)的 MLSS , kg/m3ts、td分別為污泥沉淀歷時(shí)和排水歷時(shí)，h式（19）中SVI、Hb、ts、td均可據(jù)經(jīng)驗(yàn)

9、假定，Ts、 V均為已知，Hmax可依據(jù)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓或曝氣機(jī) 有效水深設(shè)置，A為可求，同時(shí)求得H，使其在許可的排水變幅范圍內(nèi)保證允許的保護(hù)高度。因而，由 式（10）、（ 11）可分別求得 Hmin、Vmin和反應(yīng)池容。3工程算例3.1設(shè)計(jì)基本條件某城鎮(zhèn)平均污水處理量為10000m3/d，進(jìn)、出水質(zhì)見表1。表1設(shè)計(jì)進(jìn)、岀水質(zhì)項(xiàng)目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS( mg/L)NH3-N(mg/L)NO3-N(mg/L)TP (mg/L)水溫C）pH進(jìn)水380200200400415出水602020550.5693.2 SBR池容計(jì)算按前述設(shè)計(jì)方法及推薦采用的參數(shù)，以及提岀的總污泥量綜合

10、計(jì)算法和相應(yīng)的參數(shù)推求公式，依表1的要求進(jìn)行SBR池容計(jì)算。為便于結(jié)果比較，該工程設(shè)SBR池2座，交替分批進(jìn)水，周期長(zhǎng)6h,Hmax=4.2m， 變化系數(shù)k2=1.2，計(jì)算結(jié)果見表2。表2單個(gè)SBR池參數(shù)及結(jié)果比較設(shè)計(jì)參數(shù)一法二法三法四法新法NvkgBOD5/ ( m3 d)0.500.24NvkgBOD5/(kgMLSS d0.255(0.074)(0.074)0.074SVI (mL/g)90150(120)(120)120MLSSmax (mg/L)3000(3235)(3235)3235akgMLSS/(kgBOD5 d)0.906tT S (d)15TS (kg)(12571)(12

11、571 )12571Z (%)0.302ta (h)(3.0)(3.0)ts+td (h)1.0+1.0A (m2)47643819841798925 H (m)3.072.852.572.571.62Vmin (m3)540588323429312386V (m3)20001838833375503886 V ( m3)14601250509946191500HRT (h)9.68.840.036.218.7注：一法至四法依次指：容積負(fù)荷法、總污泥負(fù)荷法、曝 法系指總污泥量綜合設(shè)計(jì)法； 前四種方法中參數(shù) A、 H值系由V及Hma 一法和二法中Ns、Nv、SVI值系直接引用相應(yīng)?()者為文中假

12、定或移用新法推算值。暴氣時(shí)間內(nèi)負(fù)荷法、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)法，新(反推而得，列出目的是為便于比較；參考文獻(xiàn)中采用的數(shù)據(jù)，其他方法中凡帶4設(shè)計(jì)方法評(píng)價(jià)根據(jù)表2結(jié)果進(jìn)行合理性分析，對(duì) SBR池容設(shè)計(jì)的各種方法作綜合評(píng)價(jià)如下： 曝氣時(shí)間內(nèi)負(fù)荷法和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)法所得池容明顯偏大，停留時(shí)間過長(zhǎng)， H已超出允許范圍，實(shí)際的MLSSmax僅為1508 mg/L和1655mg/L，要達(dá)到假定的活性污泥濃度必須使總污泥齡達(dá)30d左右，這樣則污泥負(fù)荷過小，不利于除磷脫氮。故該兩法若用于目前的設(shè)計(jì)，尚有待改進(jìn)和完善，但其設(shè)想及動(dòng)力學(xué)的理論原理和對(duì)SBR池容設(shè)計(jì)的進(jìn)步將具有一定的研究?jī)r(jià)值。 容積負(fù)荷法和總污泥負(fù)荷法實(shí)質(zhì)上系屬同一

13、種方法，當(dāng)采用相應(yīng)參考文獻(xiàn)中的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)所得池容偏小、停留時(shí)間過短、H也已超岀允許范圍；當(dāng)負(fù)荷參數(shù)采用總污泥量綜合設(shè)計(jì)法的公式推算值時(shí)，則所得SBR池容趨于合理、偏差縮小，但仍然存有 H、Hmax等參數(shù)與沉降速度、沉淀面積及保護(hù)高度之間的關(guān)系相脫節(jié)的缺陷，最終將影響處理效果。因此該兩法宜謹(jǐn)慎采用，特別是對(duì)公式中的負(fù)荷參數(shù)應(yīng)以通過計(jì)算代替假設(shè)，但對(duì)式(15)應(yīng)進(jìn)行修正，以與該兩法的計(jì)算公式相適應(yīng)。 總污泥量綜合設(shè)計(jì)法中所考慮的因素及出發(fā)點(diǎn)均與SBR反應(yīng)池的功能特性密切結(jié)合，避免了前幾種方法中所存在的問題及缺陷。通過包括硝化、反硝化和厭氧三個(gè)反應(yīng)階段所需反應(yīng)歷時(shí)及階段污泥齡的校核計(jì)算(方法略)得三個(gè)階段的反應(yīng)歷時(shí)分別為2.1、1.4、0.5h;所需污泥齡分別為 5、8及10do而本算例假定總污泥齡為15d，其SBR池容完全能滿足進(jìn)行除磷脫氮的需要，且維持了合理的負(fù)荷及活性污泥 濃度。 從有關(guān)參數(shù)得知：總污泥量綜合設(shè)計(jì)法 SBR池容合理； H在允許范圍內(nèi)；MLSSmax=3235mg/L， 在 30004000mg/L 之間；Ns=0.074kgB0D5/ (kgMLSS d)，在 0.060.1