SBR工艺计算方法分析与比较

张 洋 姜 天

（北京航天试验技术研究所北京100074）

SBR工艺计算方法分析与比较

张 洋 姜 天

（北京航天试验技术研究所北京100074）

经典SBR工艺发展较早，工艺随着自动化世代的发展得到广泛应用，其计算方法多种多样，各有利弊，本文通过对多种经典方法总结对比，讨论SBR的经典计算方法。

SBR；计算方法；对比分析

1 前言

间歇式活性污泥法简称为SBR工艺，其初期工艺操作复杂，不能集成自动化运行，随着20世纪70年代以后各类型新型不堵塞曝气器、浮动出水堰、PLC控制系统的应用和发展，SBR间歇操作运行的复杂问题得以简化，从而使SBR大规模进入工程应用。SBR反应池由于其集进水、调节、反应、沉淀于一体，从而简化普通活性污泥法工艺流程，实现了活性污泥在时间上的推流和空间上的完全混合状态[1]。

基于经典的SBR工艺，依据不同的应用条件和污染物的去除要求，演变出了许多的SBR进阶工艺，如ICEAS、CASS、UNITANK、MSBR、DAT-IAT等，每种工艺的计算方法都以经典SBR的计算做基础，因此，本文以经典SBR的几种计算方法作为研究目标进行分析。

2 设计计算方法

SBR工艺的生化反应动力学和污染物去除机理的探索还不够深入，目前对于SBR工艺的计算和设计还没有推出广泛接受的标准设计方法，仅有前人所介绍的一些经典计算以供参考。

2.1 污泥负荷法和容积负荷法[2]

污泥负荷法和容积负荷法已知进水有机物浓度以及设计污泥负荷和容积负荷，拟定处理周期和有效时间，通过经验设计计算反应器的容积，负荷法计算反应器容积较简单。

2.1.1 污泥负荷法

V-单个反应器容积，m3；-废水流量，m3/d，So-进水BOD5，mg/L；e-曝气时间比，e=nTA/24；-反应器内混合液平均MLSS浓度，mg/L；Ls-污泥负荷[kgBOD/(KgMLSS·d)]

2.1.2 容积负荷法

Lv-BOD容积负荷，KgBOD/(m3·d)；-进水BOD5，Kg/m3

负荷法所用负荷值由经验拟定，选择有一定盲目性，由于高负荷和低负荷选择范围过宽，易造成池容量和曝气系统计算不准确，且只能计算针对有机物去除的工艺，没有考虑SBR转换缺氧厌氧过程对氮磷的去除效果。

2.2 静态动力学法

朱明权[3]推荐的这种方法可以用于脱氮除磷SBR工艺的计算。该方法利用硝化菌比增长速率一般值对硝化所需泥龄进行计算，并通过系统所需反硝化氮量求出缺氧和好氧反应时间比，通过对时间的计算求出泥龄推断出贮存污泥总量，其反应器最高、最低水位的确定由贮水容积和泥量共同确定。

θS,N—硝化所需最小泥龄；μ—硝化菌的比增长速率，d-1，t=15°时,μ取0.47；fs为安全系数，fs取2.3-3。——利用1KgBOD5可以反硝化的氮量，Kg；OC——活性污泥在好氧条件下去除1K各BOD5需要的氧量，Kg，OC设计值最大为1.6Kg；TA是曝气阶段所用的时间，h；Tanox是缺氧阶段所用的时间，h；a是修正系数，连续进水系统一般取1.0；0.04是合成过程利用的氮量，随剩余污泥排除，是进水总氮，mg/L；是出水总氮，mg/L

根据上述公式，可以计算出硝化和反硝化时间的比值及有效泥龄，通过有效泥龄可以计算系统总泥龄，根据下式计算系统总污泥量。

是进水设计流量，m3/d；是进水有机物浓度，mg/L；为异氧微生物自身氧化率，d-1，取0.08；为异氧微生物产率系数，KgDS/Kg-BOD5，取0.5～0.6；fT,H异氧微生物生长温度修正系数，一般取1.072（t-15）；反应器进水浓度，SSe是反应器出水浓度，Kg/m3；ΔXP是化学除磷产生的污泥量，Kg/d

反应器的贮水容积和反应器体积的计算，为了安全起见，使用最大设计流量Qmax进行计算。

沉淀和排水过程污泥持续沉淀，最高水位和最低水位需满足滗水水位和污泥泥面的安全距离，因此通过贮水容积的最小值计算可推算并求得最高水位和最低水位。

hf—最小安全距离，取0.6-0.9m；SVI可由实验确定；hTWL计算采用试算法，计算出滗水高度，根据要求考虑是否重新设计池高。

通过计算可以发现，静态动力学法在计算污泥量上给出的计算方法从生化反应角度出发，充分考虑进水水质、脱氮要求等，但池容计算受约束于最高水位和最低水位，其变化范围依然较大，不易确定。

2.3 基于德国ATV的设计法

周雹对ATV标准进行修正，设计为推荐法，其方法以泥龄作为计算参考，池容计算利用七个参数进行计算使之充分满足SBR作为反应池和沉淀池的需要。

此设计法对池容的计算公式如下：

ST是单个SBR池内的干污泥总量，Kg；θT,S是总污泥龄，d；A是SBR池几何平面积；Hmin，Hmax是最高水位和最低水位，m；ΔH为最高水位差；Co进水BOD5浓度,Kg/m3；Cr是出水BOD5与出水悬浮物浓度中非溶解性BOD5浓度差。Ce是出水中BOD5浓度, Kg/m3；Cse出水悬浮物浓度，Z异氧菌在活性污泥中比例，T是BOD实验时间，a是产泥系数。

此方法最大高度值可根据曝气机有效水深设置，其保护高度、SVI、TS、Td均可以拟定，避免了对最大高度的假定，同时给出污泥生化反应的计算较为精确的计算过程，使生化过程与温度和浓度挂钩，增加计算结果的可靠性，并计算了池体的尺寸。

Tc周期长，h；TF一个周期的反应时间，h/周期；XFSBR池反应污泥量；XT反应池污泥总量；θCF为SBR反映泥龄，d；So为进水BOD浓度，Se为出水BOD浓度。利用上述公式利用各项设计参数计算反应池体积，相对比其他计算方法更加明了，并参考了更多影响因素，较之更为准确。

2.4 总污泥量综合设计法

在前人基础上提出一套以给予系统需要的总污泥量为参数的设计计算方法，通过适合的SVI值拟定，推算污泥沉降的最小体积，根据周期进水量按最大设计量求得贮水容积并计算SBR的池容，这种方法以满足生化需求为目的，经验拟定值少，同时推算SBR的尺寸。

3 结语

相对于负荷法，其他三种方法都或多或少采用了生化动力学的思维对产泥量进行计算，通过泥的沉降性能变化确定SBR反应池的设计，负荷法规定值变化范围广容易造成计算的不准确，但设计方法简单明了；静态动力学法结合反应器的脱氮除磷要求，设计考虑参数较多，结果较精确，ATV标准设计法和总污泥量综合设计法以泥龄作为基本参数，设计池容时考虑因素多，兼顾SBR反应池和沉淀池的双重特点，总污泥量设计法对异氧菌处理污染物进行了进一步分析，考虑了更多的影响因素。但这两种方法都没有考虑SBR池满足脱氮除磷的要求，希望在进一步的设计研究中，可以将此三种方法融会贯通，使SBR的设计对其功能的满足的体系更加健全和完善。

[1]程晓如,魏娜.SBR工艺研究进展[J].工业水处理,2005,25(5): 10-13.

[2]李晖,高有清.SBR工艺设计经验探讨[J].环境保护科学,2009,2 (35):43-45.

[3]朱明权,周冰莲.SBR工艺的设计[J].环境工程,2014(1):42-45.

[4]路远,孙力平,等.改性聚丙烯填料水处理性能试验研究[J].环境工程学报,2008,2(11):1458-1460.

[5]谭冲.改性聚氨酯填料生物膜系统脱氮特征及微生物学机制研究[D].哈尔滨工业大学,2013.