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、機理、設計方法等方面進行了簡要的探討。
　　【關鍵詞】 SBR 機理 設計

1 前言

　　SBR法是通過時間上的安排，在一個池子內完成了進水、反應、沉淀和排水等一系列工藝過程，構成了一個周期。這種工藝近年來在我國已廣泛應用。但是，這種工藝組合方式多變，加之應用時間較短，尚未總結出一套完整的設計、控制方法，因此制約著SBR法的進一步推廣和應用。本文擬在前人研究的基礎上，結合本人在工程設計中的體會，對SBR法的工藝設計方法談談個人的見解。

2 SBR法的特點

　　序批式活性污泥法是污水生化處理方法中的一種間歇運行的處理工藝。它具有以下特點：
　　·工藝簡單，占地面積小、設備少、節省投資。由于只有一個反應器，不需二沉池、回流污泥及其設備，一般情況不設調節池。
　　·理想的推流過程使生化反應推力大、處理效率高。
　　·運行方式靈活，由于反應在同一個反應器內進行，可以從時間上安排曝氣、缺氧和厭氧等不同狀態下工作，實現除磷脫氮的目的。
　　·污泥活性高，沉降性能好。
　　·耐沖擊負荷，處理能力強。

3 工作機理

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

3.2 生化處理機理
　　SBR生化反應過程經歷厭氧和好氧階段，SBR反應池在非穩定條件下運行，池內生物相復雜，微生物種類繁多，有機物去除率很高。特別是在運行初期，反應池內氧濃度低，一些兼氧性細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轉化為易降解物質。
　　SBR具有較好的脫氮功能。進水初期，池內殘留的游離氧首先消耗，反硝化菌以污水中的有機碳作為供體，把池內殘留的NO－N還原成氮氣或供自身合成反應需要的有機氮。另一方面，由于進水期活性污泥對高濃度基質的吸附，并以聚物形式貯存起來，當反應液中有機物質去除達到部分硝化后，減少或停止向系統供氧，絮凝體形成菌膠團則可將進水期吸附貯存的碳源釋放出來，使兼性反硝化菌進行反硝化脫氮。在SBR靜沉、排水期間，微生物處于內源呼吸狀態，反硝化菌以內源碳作為供體進行反硝化脫氮。
　　生物除磷的反應過程同樣是在厭氧、好氧條件下進行的，積磷菌處于厭氧狀態，將好氧階段積聚的磷，一部分轉化為細菌自身的合成能量，一部分在產酸菌的作用下轉化為磷酸鹽。在好氧階段，積磷菌大量的吸收污水的磷，使污水中的磷轉化到污泥中，通過排泥達到除磷的目的。

4 工藝設計方法

　　SBR法是在單一的反應池內進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地進行處理的方法。
　　工序組成有：
　　進水→曝氣→沉淀→排水
4.1 各工序所需時間的計算
　　SBR法的一個運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－每一個系列的反應池數量
4.1.1 進水時間T_F
　　根據每一系列的反應池數、總進水量、最大變化系數和反應池的有效容積等因素確定。
4.1.2 曝氣時間T_A
　　根據MLSS濃度、BOD－SS負荷、排出比、進水BOD濃度來確定。
　　因為： BOD－SS負荷＝Q_s×C_s／e×C_A×V（kgBOD／kgSS.d）
　　式中：Q_s－污水進水量（m³／d）
　　　　　C_s－進水平均BOD（mg／l）
　　　　　C_A－反應池內平均MLSS濃度（mg／l）
　　　　　V－反應池容積（m³）
　　　　　e－曝氣時間比
　　　　　e＝n＊T^A／24
　　　　　n－周期數
　　　　　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。由經驗公式得出：
　　當MLSS≤3000mg／l時
　　V_max＝7.4×104×t×C_A1.7
　　當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池的表面積有關，由于SBR系統污泥沉降性能良好（根據運行經驗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上清液排水裝置的溢流負荷、排出比確定。通過增加排水裝置的臺數或擴大溢流負荷來縮短。反之，減少排水裝置的臺數，需將排水時間延長。
　　排水時間可用下式計算：
　　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，降低出水質量。
4.1.5 排泥時間T_w
　　排泥時間T_w根據每周期要排放的剩余污泥量及排泥設備的速度。
　　排水時間可用下式計算：
　　T_w＝Q_w／q_w
　　式中：Q_w－每周期要排放的剩余污泥量
　　　　　q_w－排泥設備的排放速度
4.2 反應池的設計
　　SBR工藝的反應池形式有圓形和矩形。
　　反應池的設計參數主要有：BOD－SS負荷；反應池內的污泥濃度MLSS；排出比等。
　　反應池容積 V＝m·q／n×N
　　式中：V－各反應池的容量
　　　　　1／m－排出比
　　　　　n－周期數
　　　　　N－每一系列反應池數量
　　　　　q－每一系列污水進水量
　　周期數可由公式算出：
　　n＝24／（T_A＋T_s十T_D）
4.3 需氧量計算
　　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－反應池內的生物量
　　　　　T_A－曝氣時間
　　　　　No－硝化量
　　　　　N_D－脫氮量
　　根據上式，雖可求出需氧量，但在設計中，一般采用：
　　當高負荷運行時，需氧量為0.5－1.5kgO₂／kgBOD
　　當低負荷運行時，需氧量為1.5－2.5kgO₂／kgBOD
4.4 曝氣設備
　　曝氣設備雖然有多種多樣，但在SBR法中，由于在同一反應池進行曝氣、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行充分攪拌的性能。
4.4.1 微孔曝氣器
　　從混合狀態分析，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度低，不能有效地利用反應池內的活性污泥降解有機物。
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，并在混合能力上有所提高，其氧轉移效率在6％－12％，是目前應用較多的曝氣器。
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，運行靈活，且因設備可直接設于池內，省去了鼓風、管道和曝氣設備的投資。
4.4.4 噴射式混合攪拌曝氣器
　　噴射式混合攪拌曝氣系統能靈活的實現A／O、A²／O等工藝操作，實現去除有機物的同時除磷脫氮。
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。因此，SBR工藝要求使用潷水器（浮動式排水堰）。
4.6 控制系統
　　SBR工藝中按照時間程序，需定時進行開關操作，這些操作均為時間程序控制，無控制回路，非常易于實現自控。

5 工程設計示例

　　某制藥廠采用SBR處理系統對全廠生產廢水和生活污水進行處理。
5.1 設計參數
　　① 進水水質：進水流量：Q＝2500m³／d
　　BOD 650mg／l
　　COD 800mg／l
　　SS 120mg／l
　?、?出水水質：BOD≤60mg／l
　　COD≤100mg／l
　　SS≤20mg／l
　　③ 處理工藝流程：
5.2 工藝計算
5.2.1 格柵（計算略）
5.2.2 調節池
　　用于調節水質、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反應池
　　設計條件：
　　反應池池數 N＝2
　　反應池有效水深 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負荷 L_s＝0.25kgBOD／kgSS·d
　　①曝氣時間T_A：
　　T_A＝24·C_s／L_s·m·C_A
　　?。?4·650／0.25·3·4000
　　?。?.2h
　　②沉淀時間T_s：
　　T_s＝H·（1／m）＋ε／V_max
　　當MLSS＜3000mg／1時
　　V_max＝7.4×10⁴×t×CA1.7
　　當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
　　③排水時間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n＝24／（T_A＋T_s＋T_D） ＝24／8 ＝3
　　進水時間T_F＝T／N ＝8／2＝4h
　?、莘磻厝莘e：
　　反應池容積V＝m·q／n×N ＝3×2500／3×2 ＝625m³／池
　?、扌柩趿浚?br> 　　由于當低負荷運行時，需氧量為1.5－2.5kgO2／kgBOD
　　此處，以2.0kgO2／kgBOD計算
　　則 O_D＝2500×650×10↑（－3）×2.0 ＝3250kgO²／d
　　當周期數n＝3、反應池數量N＝2
　　則每一周期需氧量為：O_D＝3250／3＊2＝541.7kgO²／周期·池
　　曝氣時間前面計算為5.2小時，
　　O_D＝541.7／5.2＝104.2kgO²／h
　?、邩藴市柩趿?br> 　　根據需氧量、污水溫度以及大氣壓的換算可求出標準需氧量SOR。
　　當混合液水溫200C，混合液的DO濃度為2mg／l，反應池水深為6m時：
　　SOR＝142.2kgO²／h（計算過程略）
　?、嗥渌?br> 　　曝氣設備、潷水裝置、污泥脫水設備等計算略
5.3 技術經濟分析
　　土建費：65.09萬元
　　設備費：75.85萬元
　　其它費用：41.66萬元（安裝、調試、管理、設計等費用）
　　工程總投資：182.6萬元
　　單方工程造價：730.4元／m³

6 結束語

　　SBR工藝，由于有工藝簡單、設備少、造價低、運行管理方便等優點，近年來國內一些中小型污水處理廠已經采用或正在采用。系統進一步拓寬了活性物泥法的使用范圍，特別是在小規模生活污水處理廠、用地緊張的地方或對已建連續流污水處理廠的改造等方面有著廣泛的應用前景。

參考文獻

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