甘樹應1 楊 青2 潘 煜1 宋曉智1
(1,上海市環(huán)境科學研究院,上海,200235;2,同濟大學環(huán)境工程學院,上海,200029)

前言

　　SBR工藝自80年代在我國被應用以來，已有近20多年的歷史。目前，SBR工藝以其獨特的優(yōu)點，已廣泛地應用于工業(yè)廢水和生活污水處理中。近幾年來，在環(huán)保工作者的共同努力下，SBR工藝在運行形式上得到了大力的發(fā)展和改進。對有關(guān)SBR工藝動力學數(shù)學模型許多學者在過去的文章中相繼都有不同的討論和研究，本文針對SBR工藝結(jié)合IAWQ提出的ASM No.1，并就其動力學提出一種新的數(shù)學模型，并通過動態(tài)模擬來證明該新數(shù)學模型的正確性。

1.SBR動力學模型的機理

　　在新SBR模型中，廢水中組成COD的物質(zhì)被分成二類，即溶解性COD和顆粒性COD：S_TCOD=S_sCOD+S_pCOD其中S_TCOD：總的COD (mg/L)，S_sCOD：溶解性的COD (mg/L)，S_pCOD：顆粒性的COD (mg/L)。溶解性COD（S_sCOD）分成3個組份，即溶解性快速生物降解COD（S₁）、溶解性難生物降解COD（S₂）和溶解性不可生物降解COD（S₃）。溶解性COD（SsCOD）能夠通過微生物的氧化和其他形式的物理化學過程被去除，同時有一種利用副產(chǎn)物（SUAP）產(chǎn)生。這種利用副產(chǎn)物部分可轉(zhuǎn)化成溶解性難生物降解COD（S₂），余下轉(zhuǎn)化成溶解性不可生物降解COD（S₃）。顆粒性COD（S_pCOD）通過污泥的撲集和吸附形式被去除，同時有部分轉(zhuǎn)化成微生物，它被降解的過程類似于污泥的衰減。活性污泥在分解時，兩種產(chǎn)物：微生物相關(guān)產(chǎn)物(SBAP)和非揮發(fā)性顆粒物。釋放出的微生物相關(guān)產(chǎn)物包含著溶解性快速生物降解COD（S₁）、溶解性難生物降解COD（S₂）和溶解性不可生物降解COD（S₃）。非揮發(fā)性顆粒物構(gòu)成污泥的一部分，隨剩余污泥而排放。出水溶解性COD（SeCOD）由三個部分組成，即溶解性快速生物降解COD（S_1e）、溶解性難生物降解COD（S_2e）和溶解性不可生物降解COD（S_3e）。

2.SBR動力學數(shù)學模型建立

　　在SBR系統(tǒng)中的溶解性快速生物降解COD（S₁）、溶解性難生物降解COD（S₂）和溶解性不可生物降解COD（S₃）。根據(jù)系統(tǒng)的質(zhì)量平衡可建立SBR動力學數(shù)學模型，該模型是以微分方程組的形式表述的。

3.動態(tài)模擬和討論

　　動力學模型由非線性微分方程(1)～(4)組成。應用數(shù)值方法中的4階龍格庫塔法求解，利用Matlab 5.3 (R11) (MathWorks Inc. 1999)實現(xiàn)龍格庫塔算法。
　　SBR初始體積Vi 2.67 m₃，進水后反應器體積Vb 8 m₃，V_i/V_b為1/3。在動態(tài)模擬過程中，tc(循環(huán)周期)是常數(shù)，假定為3.5小時(包括出水時間0.5小時)。因此tf和t r(反應時間)為3小時。邊界條件如下：
　　當 t = 0, V(0) = VI; S₁(0) = S_1e ≈ 0; S₂(0) = S_2e; S₃(0) = S_3e; X(0) = Xv·Vb/Vi.
　　當 t = tf, V(tf) = Vb; X(tf) = Xv; Q = 0.

　　(1)進水S0的變化對系統(tǒng)的影響

　　(2) tf/tc值的變化對系統(tǒng)的影響

　　(3) Xv0濃度的變化對系統(tǒng)的影響

結(jié)論

　　本文提出了一個新的動態(tài)的SBR模型。此模型中總COD被分為兩部分：溶解的COD和顆粒性COD，前者細分為溶解性快速生物降解COD,溶解性慢速生物降解COD和溶解性不可生物降解COD。通過COD的細化，有機基質(zhì)的降解過程刻劃地更精確。tf/tc, F/M 和污泥齡是SBR系統(tǒng)中非常重要的參數(shù)，因此SBR系統(tǒng)的設計和運行過程中要進行合理的選取。建議采用低tf/tc、低F/M和長污泥齡，推薦范圍：tf/tc1/7～2/7, F/M大約1kgCOD/kgVSS.d，污泥齡超過10d。