摘要：從SBR反應(yīng)池的功能出發(fā)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)行SBR反應(yīng)池容積的各類(lèi) 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(lèi)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。

現(xiàn)針對(duì)存在的 問(wèn)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+Q0

1.2 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(guò)程略)，SBR反應(yīng)池容計(jì)算公式可分為下列三種情況：

限制曝氣 　 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(wèn)題：

① 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(guò)大[例如 文獻(xiàn) 推薦Nv=0.1～1.3kgBOD5/(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 ;

② 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;

③ 在計(jì)算公式中均出現(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;

④ 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(guò)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(wèn)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(wèn)題，提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(mǎn)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=naQ0(C0-Cr)tT·S　　　　　(8)

　　　　Vmin=AHmin≥TS·SVI·10-3　 　(9)

　　　　Hmin=Hmax-ΔH　　　　　(10)

　　　　V=Vmin+ΔV　　　　　　　　(11)

式中TS——單個(gè)SBR池內(nèi)干污泥總量，kg

tT·S——總污泥齡，d

A——SBR池幾何平面積，m2

　　　　Hmax、Hmin——分別為曝氣時(shí)最高水位和沉淀終了時(shí)最低水位，m

ΔH——最高水位與最低水位差，m

　　　　Cr——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)

式中Cse——出水中懸浮物濃度，kg/m3

　　　　k1——耗氧速率，d-1

　　　　t——BOD實(shí)驗(yàn)時(shí)間，d

　　　　Z——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·1.072(15-T)　　(14)

Ns=1/a·tT·S　　　　(15)

式中a——產(chǎn)泥系數(shù)，即單位BOD5所產(chǎn)生的剩余污泥量，kgMLSS/kgBOD5，其值為：

　　　　a=0.6(TS0/BOD5+1)-0.6×0.072×1.072(T-15)1/[tT·S+0.08×1.072(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/m3

T——污水水溫，℃

由式(9)計(jì)算之Vmin系為同時(shí)滿(mǎn)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(chēng)之為保護(hù)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5～10min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)=ΔH+Hb　　　　(17)

　vs=650/MLSSmax·SVI　　　　　(18)

由式(18)代入式(17)并作相應(yīng)變換改寫(xiě)為：

[650·A·Hmax/TS·SVI](ts+td-10/60)=ΔV/A+Hb　　　　　(19)

式中 vs——污泥沉降速度，m/h

　　　　MLSSmax——當(dāng)水深為Hmax時(shí)的MLSS，kg/m3

ts、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)假定，Ts、ΔV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ΔH，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(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水質(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(℃)	pH
進(jìn)水	380	200	200	40	0	4	15
出水	60	20	20	5	5	0.5		6～9

3.2 　SBR池容計(jì)算

按前述設(shè)計(jì)方法及推薦采用的參數(shù)，以及提出的總污泥量綜合計(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(jiàn)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
Nv［kgBOD5/(m3·d)］	0.50		0.24
Nv［kgBOD5/(kgMLSS·d］		0.255	(0.074)	(0.074)	0.074
SVI(mL/g)	90	150	(120)	(120)	120
MLSSmax(mg/L)	3000		(3235)	(3235)	3235
a［kgMLSS/(kgBOD5·d)］					0.906
tT·S(d)					15
TS(kg)			(12571)	(12571)	12571
Z(%)					0.302
ta(h)			(3.0)	(3.0)
ts+td(h)					1.0+1.0
A(m2)	476	438	1984	1798	925
ΔH(m)	3.07	2.85	2.57	2.57	1.62
Vmin(m3)	540	588	3234	2931	2386
V(m3)	2000	1838	8333	7550	3886
ΔV(m3)	1460	1250	5099	4619	1500
HRT(h)	9.6	8.8	40.0	36.2	18.7
注：①一法至四法依次指：容積負(fù)荷法、總污泥負(fù)荷法、曝氣時(shí)間內(nèi)負(fù)荷法、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)法，新法系指總污泥量綜合設(shè)計(jì)法； 　�、谇八姆N方法中參數(shù) A、ΔH值系由V及Hmax反推而得，列出目的是為便于比較； 　�、垡环ê投ㄖ蠳s、Nv、SVI值系直接引用相應(yīng)參考文獻(xiàn)中采用的數(shù)據(jù)，其他方法中凡帶( )者為文中假定或移用新法推算值。

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：

① 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(guò)長(zhǎng)，ΔH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(guò)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 價(jià)值。

② 容積負(fù)荷法和總污泥負(fù)荷法實(shí)質(zhì)上系屬同一種方法，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(guò)短、ΔH也已超出允許范圍;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ΔH、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(guò) 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)。

③ 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(wèn)題 及缺陷。通過(guò)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10d。而本算例假定總污泥齡為15d，其SBR池容完全能滿(mǎn)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。

④ 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;ΔH在允許范圍內(nèi);MLSSmax=3235mg/L，在3000～4000mg/L之間;Ns=0.074kgBOD5/(kgMLSS·d)，在0.06～0.10kgBOD5/(kgMLSS·d)范圍內(nèi);Nn=0.013kgNH3-N/(kgMLSS·d)，符合除磷脫氮負(fù)荷要求;MLSSmin=5269mg/L近似于6000mg/L;ΔV/V=38.6%≤40%，符合最佳充水比。

該法在所有設(shè)計(jì)參數(shù)中除SVI、ts、td按經(jīng)驗(yàn)假定外，均依據(jù)進(jìn)水水質(zhì)由公式推算而得，不會(huì)產(chǎn)生與其他現(xiàn)行方法的矛盾。同時(shí)在推求池容過(guò)程中確定了SBR池的幾何尺寸，這是其他方法所不及的。