陳建生

　　【摘要】 序批式活性污泥法日益受到重視。本文在其工藝的特點(diǎn)、機(jī)理、設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行了簡要的探討。
　　【關(guān)鍵詞】 SBR 機(jī)理 設(shè)計(jì)

1 前言

　　SBR法是通過時間上的安排，在一個池子內(nèi)完成了進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀和排水等一系列工藝過程，構(gòu)成了一個周期。這種工藝近年來在我國已廣泛應(yīng)用。但是，這種工藝組合方式多變，加之應(yīng)用時間較短，尚未總結(jié)出一套完整的設(shè)計(jì)、控制方法，因此制約著SBR法的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。本文擬在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合本人在工程設(shè)計(jì)中的體會，對SBR法的工藝設(shè)計(jì)方法談?wù)剛€人的見解。

2 SBR法的特點(diǎn)

　　序批式活性污泥法是污水生化處理方法中的一種間歇運(yùn)行的處理工藝。它具有以下特點(diǎn)：
　　·工藝簡單，占地面積小、設(shè)備少、節(jié)省投資。由于只有一個反應(yīng)器，不需二沉池、回流污泥及其設(shè)備，一般情況不設(shè)調(diào)節(jié)池。
　　·理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大、處理效率高。
　　·運(yùn)行方式靈活，由于反應(yīng)在同一個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，可以從時間上安排曝氣、缺氧和厭氧等不同狀態(tài)下工作，實(shí)現(xiàn)除磷脫氮的目的。
　　·污泥活性高，沉降性能好。
　　·耐沖擊負(fù)荷，處理能力強(qiáng)。

3 工作機(jī)理

3.1 生化處理過程
　　污水分批注入反應(yīng)池，然后按順序進(jìn)行反應(yīng)、沉淀，處理水（上清液）分批排出，完成一個處理過程。
　　進(jìn)水初期，由于沒有向系統(tǒng)供氣，混合液中游離氧和殘留在池內(nèi)的游離氧首先被消耗，系統(tǒng)由缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)為厭氧狀態(tài)。曝氣初期，系統(tǒng)供氧不足，加之在靜沉、排水、閑置階段并未供氧，系統(tǒng)處于缺氧階段。在曝氣反應(yīng)階段，大量的氧氣注入反應(yīng)池（維持溶解氧在2～4mg／l之間），系統(tǒng)處于好氧階段。
　　以上三個階段間歇交替運(yùn)行，按時間編程自動控制的周期循環(huán)往復(fù)，始終保持污泥的活性，充分利用活性污泥對有機(jī)物質(zhì)高效吸附、降解等特點(diǎn)，確保處理后的水質(zhì)達(dá)到最佳效果。

3.2 生化處理機(jī)理
　　SBR生化反應(yīng)過程經(jīng)歷厭氧和好氧階段，SBR反應(yīng)池在非穩(wěn)定條件下運(yùn)行，池內(nèi)生物相復(fù)雜，微生物種類繁多，有機(jī)物去除率很高。特別是在運(yùn)行初期，反應(yīng)池內(nèi)氧濃度低，一些兼氧性細(xì)菌通過厭氧消化和不完全氧化，使污水中部分難以降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解物質(zhì)。
　　SBR具有較好的脫氮功能。進(jìn)水初期，池內(nèi)殘留的游離氧首先消耗，反硝化菌以污水中的有機(jī)碳作為供體，把池內(nèi)殘留的NO－N還原成氮?dú)饣蚬┳陨砗铣煞磻?yīng)需要的有機(jī)氮。另一方面，由于進(jìn)水期活性污泥對高濃度基質(zhì)的吸附，并以聚物形式貯存起來，當(dāng)反應(yīng)液中有機(jī)物質(zhì)去除達(dá)到部分硝化后，減少或停止向系統(tǒng)供氧，絮凝體形成菌膠團(tuán)則可將進(jìn)水期吸附貯存的碳源釋放出來，使兼性反硝化菌進(jìn)行反硝化脫氮。在SBR靜沉、排水期間，微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，反硝化菌以內(nèi)源碳作為供體進(jìn)行反硝化脫氮。
　　生物除磷的反應(yīng)過程同樣是在厭氧、好氧條件下進(jìn)行的，積磷菌處于厭氧狀態(tài)，將好氧階段積聚的磷，一部分轉(zhuǎn)化為細(xì)菌自身的合成能量，一部分在產(chǎn)酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為磷酸鹽。在好氧階段，積磷菌大量的吸收污水的磷，使污水中的磷轉(zhuǎn)化到污泥中，通過排泥達(dá)到除磷的目的。

4 工藝設(shè)計(jì)方法

　　SBR法是在單一的反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行活性污泥處理工藝，并使污水處理的單元操作以時間的形式連續(xù)地進(jìn)行處理的方法。
　　工序組成有：
　　進(jìn)水→曝氣→沉淀→排水
4.1 各工序所需時間的計(jì)算
　　SBR法的一個運(yùn)行周期所需的時間就是上述工序所需時間的總和。
　　各工序所需的時間必須滿足下列條件：
　　T≥T_A＋T_s＋T_D
　　T_F＝T／N
　　T_s＋T_D≤T－T_F式中：T－一個周期的所需時間
　　T_F－進(jìn)水時間
　　T_A－曝氣時間
　　T_s－沉淀時間
　　T_D－排水時間
　　N－每一個系列的反應(yīng)池?cái)?shù)量
4.1.1 進(jìn)水時間T_F
　　根據(jù)每一系列的反應(yīng)池?cái)?shù)、總進(jìn)水量、最大變化系數(shù)和反應(yīng)池的有效容積等因素確定。
4.1.2 曝氣時間T_A
　　根據(jù)MLSS濃度、BOD－SS負(fù)荷、排出比、進(jìn)水BOD濃度來確定。
　　因?yàn)椋?BOD－SS負(fù)荷＝Q_s×C_s／e×C_A×V（kgBOD／kgSS.d）
　　式中：Q_s－污水進(jìn)水量（m³／d）
　　　　　C_s－進(jìn)水平均BOD（mg／l）
　　　　　C_A－反應(yīng)池內(nèi)平均MLSS濃度（mg／l）
　　　　　V－反應(yīng)池容積（m³）
　　　　　e－曝氣時間比
　　　　　e＝n＊T^A／24
　　　　　n－周期數(shù)
　　　　　T_A－1個周期的曝氣時間
　　由于
　　Q_s＝V×1／m×n
　　1／m－排出比
　　則 BOD－SS負(fù)荷（LS）＝n×C_s／e×m×C_A（kgBOD／kgSS.d）
　　將e＝n＊T_A／24代人
　　T_A＝24×C_s／Ls×m×C_A
4.1.3 沉淀時間T_s
　　根據(jù)活性污泥界面的沉降速度、排出比確定。
　　活性污泥界面的沉降速度和MLSS濃度有關(guān)。由經(jīng)驗(yàn)公式得出：
　　當(dāng)MLSS≤3000mg／l時
　　V_max＝7.4×104×t×C_A1.7
　　當(dāng)MLSS＞3000mg／l時
　　V_max＝4.6×10⁴×C_A1.26
　　式中　V_max－活性污泥界面的沉降速度（m／h）
　　　　　t－水溫℃
　　　　　CA－開始沉降時的MLSS濃度（mg／l）
　　沉淀時間T_s＝H×（1／m）＋ε／V_max
　　式中：H－反應(yīng)池水深（m）
　　　　　1／m－排出比
　　　　　ε－活性污泥界面上的最小水深（m）
　　　　　V_max－活性污泥界面的初期沉降速度（m／h）
　　T_A與污泥的沉降性能及反應(yīng)池的表面積有關(guān)，由于SBR系統(tǒng)污泥沉降性能良好（根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)SVI一般在100mg／l左右），且為靜止沉淀，沉淀時間一般為1－2小時。
4.1.4 排水時間TD
　　每一周期的排水時間可根據(jù)上清液排水裝置的溢流負(fù)荷、排出比確定。通過增加排水裝置的臺數(shù)或擴(kuò)大溢流負(fù)荷來縮短。反之，減少排水裝置的臺數(shù)，需將排水時間延長。
　　排水時間可用下式計(jì)算：
　　T_D＝Q·T_F／q_D式中：q_D為潷水器的排水速度排水時間不宜太短，否則會擾動泥層，降低出水質(zhì)量。
4.1.5 排泥時間T_w
　　排泥時間T_w根據(jù)每周期要排放的剩余污泥量及排泥設(shè)備的速度。
　　排水時間可用下式計(jì)算：
　　T_w＝Q_w／q_w
　　式中：Q_w－每周期要排放的剩余污泥量
　　　　　q_w－排泥設(shè)備的排放速度
4.2 反應(yīng)池的設(shè)計(jì)
　　SBR工藝的反應(yīng)池形式有圓形和矩形。
　　反應(yīng)池的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：BOD－SS負(fù)荷；反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度MLSS；排出比等。
　　反應(yīng)池容積 V＝m·q／n×N
　　式中：V－各反應(yīng)池的容量
　　　　　1／m－排出比
　　　　　n－周期數(shù)
　　　　　N－每一系列反應(yīng)池?cái)?shù)量
　　　　　q－每一系列污水進(jìn)水量
　　周期數(shù)可由公式算出：
　　n＝24／（T_A＋T_s十T_D）
4.3 需氧量計(jì)算
　　在SBR工藝中，每一周期的需氧量可由下式求得：
　　O_D＝0.54×Lr＋0.0033×C_A×T_A＋4.57×N_o－2.86N_D
　　式中：O_D－需氧量
　　　　　L_r－BOD去除量
　　　　　C_A－反應(yīng)池內(nèi)的生物量
　　　　　T_A－曝氣時間
　　　　　No－硝化量
　　　　　N_D－脫氮量
　　根據(jù)上式，雖可求出需氧量，但在設(shè)計(jì)中，一般采用：
　　當(dāng)高負(fù)荷運(yùn)行時，需氧量為0.5－1.5kgO₂／kgBOD
　　當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時，需氧量為1.5－2.5kgO₂／kgBOD
4.4 曝氣設(shè)備
　　曝氣設(shè)備雖然有多種多樣，但在SBR法中，由于在同一反應(yīng)池進(jìn)行曝氣、沉淀，所以要求曝氣裝置具備不易堵塞，既能供氧又對混合液進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧男阅堋?br> 4.4.1 微孔曝氣器
　　從混合狀態(tài)分析，微孔曝氣器分散的氣泡直徑小，主要是垂直方向上起混合作用，因此對周圍混合液的混合攪拌強(qiáng)度低，不能有效地利用反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥降解有機(jī)物。
4.4.2 中粗氣泡曝氣器
　　中粗氣泡曝氣器克服了微孔曝氣器的缺點(diǎn)，并在混合能力上有所提高，其氧轉(zhuǎn)移效率在6％－12％，是目前應(yīng)用較多的曝氣器。
4.4.3 自吸式射流曝氣器
自吸式射流曝氣器對于小型工程，安裝方便，運(yùn)行靈活，且因設(shè)備可直接設(shè)于池內(nèi)，省去了鼓風(fēng)、管道和曝氣設(shè)備的投資。
4.4.4 噴射式混合攪拌曝氣器
　　噴射式混合攪拌曝氣系統(tǒng)能靈活的實(shí)現(xiàn)A／O、A²／O等工藝操作，實(shí)現(xiàn)去除有機(jī)物的同時除磷脫氮。
4.5 潷水器
　　由于SBR工藝是周期排水，且排水時池中水位是不斷變化的，為了保證排水時不擾動池中各層清水，且排出的總是上層，同時為了防止水面上的浮渣溢出，排水堰口始終處于淹沒流狀態(tài)。因此，SBR工藝要求使用潷水器（浮動式排水堰）。
4.6 控制系統(tǒng)
　　SBR工藝中按照時間程序，需定時進(jìn)行開關(guān)操作，這些操作均為時間程序控制，無控制回路，非常易于實(shí)現(xiàn)自控。

5 工程設(shè)計(jì)示例

　　某制藥廠采用SBR處理系統(tǒng)對全廠生產(chǎn)廢水和生活污水進(jìn)行處理。
5.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
　?、?進(jìn)水水質(zhì)：進(jìn)水流量：Q＝2500m³／d
　　BOD 650mg／l
　　COD 800mg／l
　　SS 120mg／l
　?、?出水水質(zhì)：BOD≤60mg／l
　　COD≤100mg／l
　　SS≤20mg／l
　　③ 處理工藝流程：
5.2 工藝計(jì)算
5.2.1 格柵（計(jì)算略）
5.2.2 調(diào)節(jié)池
　　用于調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量。采用水下攪拌器攪拌，防止污泥沉淀。
　　水力停留時間：6小時
　　外形尺寸：15×10×5m
　　有效水深：4.2m
5.2.3 SBR反應(yīng)池
　　設(shè)計(jì)條件：
　　反應(yīng)池池?cái)?shù) N＝2
　　反應(yīng)池有效水深 H＝6.0m
　　安全高度ε＝0.5m
　　排出比1／m＝1／3
　　MLSS濃度 C_A＝4000mg／l
　　BOD－SS負(fù)荷 L_s＝0.25kgBOD／kgSS·d
　?、倨貧鈺r間T_A：
　　T_A＝24·C_s／L_s·m·C_A
　　?。?4·650／0.25·3·4000
　　?。?.2h
　?、诔恋頃r間T_s：
　　T_s＝H·（1／m）＋ε／V_max
　　當(dāng)MLSS＜3000mg／1時
　　V_max＝7.4×10⁴×t×CA1.7
　　當(dāng)MLSS＞3000mg／1時
　　V_max＝4.6×10⁴×t×CA^-1.26
　　則　Ts＝H·（1／m）＋ε／4.6×10⁴×t×C_A^-1.26
　　　　?。?·（1／3）＋0.5／4.6×10⁴×t×4000^-1.26
　　　　?。?.7h
　?、叟潘畷r間T_D：
　　選潷水器的排水速度450m³／h
　　則排水時間T_D＝1.1小時
　?、芤恢芷谒枰臅r間T：
　　T≥TA＋T_s＋T_D＝5.2＋1.7＋1.1＝8.0h
　　周期數(shù)n＝24／（T_A＋T_s＋T_D） ＝24／8 ＝3
　　進(jìn)水時間T_F＝T／N ＝8／2＝4h
　?、莘磻?yīng)池容積：
　　反應(yīng)池容積V＝m·q／n×N ＝3×2500／3×2 ＝625m³／池
　?、扌柩趿浚?br> 　　由于當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時，需氧量為1.5－2.5kgO2／kgBOD
　　此處，以2.0kgO2／kgBOD計(jì)算
　　則 O_D＝2500×650×10↑（－3）×2.0 ＝3250kgO²／d
　　當(dāng)周期數(shù)n＝3、反應(yīng)池?cái)?shù)量N＝2
　　則每一周期需氧量為：O_D＝3250／3＊2＝541.7kgO²／周期·池
　　曝氣時間前面計(jì)算為5.2小時，
　　O_D＝541.7／5.2＝104.2kgO²／h
　?、邩?biāo)準(zhǔn)需氧量
　　根據(jù)需氧量、污水溫度以及大氣壓的換算可求出標(biāo)準(zhǔn)需氧量SOR。
　　當(dāng)混合液水溫200C，混合液的DO濃度為2mg／l，反應(yīng)池水深為6m時：
　　SOR＝142.2kgO²／h（計(jì)算過程略）
　?、嗥渌?br> 　　曝氣設(shè)備、潷水裝置、污泥脫水設(shè)備等計(jì)算略
5.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
　　土建費(fèi)：65.09萬元
　　設(shè)備費(fèi)：75.85萬元
　　其它費(fèi)用：41.66萬元（安裝、調(diào)試、管理、設(shè)計(jì)等費(fèi)用）
　　工程總投資：182.6萬元
　　單方工程造價：730.4元／m³

6 結(jié)束語

　　SBR工藝，由于有工藝簡單、設(shè)備少、造價低、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來國內(nèi)一些中小型污水處理廠已經(jīng)采用或正在采用。系統(tǒng)進(jìn)一步拓寬了活性物泥法的使用范圍，特別是在小規(guī)模生活污水處理廠、用地緊張的地方或?qū)σ呀ㄟB續(xù)流污水處理廠的改造等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］王彩霞主編，序批式活性污泥法，《城市污水處理新技術(shù)》
［2］曝氣、沉淀一體化活性污泥工藝設(shè)計(jì)方法和問題討論，《給水排水》，1999.3
［3］序批式活性污泥法設(shè)計(jì)指南，日本下水道事業(yè)團(tuán)主編，1990