曹健舞1，漲統(tǒng)2，王坤2，侯瑞琴2
（1.總參工程兵第四設(shè)計(jì)研究院，北京100850；2.總裝備部工程設(shè)計(jì)研究院環(huán)保中心，北京100028）

　　摘　要：序批式活性污泥法（SBR）是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛的污水處理工藝之一。以SBR為研究對(duì)象，在現(xiàn)行SBR工藝計(jì)算與工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)引入SBR工藝，以生活污水為例，研究開(kāi)發(fā)了SBR工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)。系統(tǒng)利用VB語(yǔ)言和 AutoCAD技術(shù)，將工程設(shè)計(jì)的分析、計(jì)算和繪圖集于一體。
　　關(guān)鍵詞：SBR；污水處理；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　中國(guó)分類號(hào)：TP311；X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）01－0058－03

概述

　　從目前的污水好氧生物處理的研究、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，序批式活性污泥法能稱得上是一種簡(jiǎn)易、快速且低耗的污水處理工藝，非常適用于水質(zhì)水量變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)廢水處理。因此，SBR工藝是一種適合我國(guó)國(guó)情的處理工藝，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
　　近年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）已滲透到水處理專業(yè)，并被專業(yè)人員接受和使用。但目前建筑給排水CAD軟件應(yīng)用廣泛，污水處理工程設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)則研究較少。SBR藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，不僅能夠提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)同污水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的積極實(shí)踐，對(duì)促進(jìn)當(dāng)前污水處理工程CAD的進(jìn)一步發(fā)展具有積極的意義。

１ SBR工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

　　SBR工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括SBR反應(yīng)池容積的確定以及需氧量、污泥量的計(jì)算。
　　SBR工藝設(shè)計(jì)方法主要分兩大類：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)法[1]。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法指污泥負(fù)荷率法，污泥負(fù)荷率是影響曝氣反應(yīng)時(shí)間的主要參數(shù)，污泥負(fù)荷率的大小關(guān)系到SBR反應(yīng)池容積的大小。這種方法在目前的工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣泛。動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)法則是根據(jù)進(jìn)水、出水和SBR系統(tǒng)的各種參數(shù)條件，建立數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于動(dòng)力學(xué)模式設(shè)計(jì)方法用于工程設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步研究、優(yōu)化，因此本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中針對(duì)生活污水的處理仍沿用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。
1.1 參數(shù)選取
　　污泥負(fù)荷率與SBR反應(yīng)池內(nèi)的混合液污泥濃度是SBR設(shè)計(jì)與運(yùn)行的重要參數(shù)[2]。
　?、賹?duì)生活污水，污泥負(fù)荷普遍采用BOD污泥負(fù)荷，其參數(shù)值為：高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)取0.2－0.4kg［BOD5］／（kg［MLSS]·d），低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)選用0.03-0.07kg［BOD₅］／（kg［MLSS］.d）。
　?、诜磻?yīng)池內(nèi)的污泥濃度（MLSS）可考慮取值3000-5000mg／L。
　?、跾VI值取90-150mL/g。
　　④每周期運(yùn)行時(shí)間一般tr＝4.8－12h。
1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算步驟
　　①確定一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)曝氣時(shí)間所占的比例e，根據(jù)BOD污泥負(fù)荷Ns，計(jì)算所需污泥量M；
　　　　Ns＝QS0/eXV （1）
　　　　M＝XV=QS0/eNs （2）
　　式中：X——混合液中活性污泥濃度（MLSS），mg／L；
　　　　　Q——平均日污水量，m³/d;
　　　　　S₀——進(jìn)水基質(zhì)濃度，mg／L；
　　　　　V——反應(yīng)池總有效容積，m³。
　　②根據(jù)SVI值和污泥量，計(jì)算沉淀時(shí)所需的污泥體積Vm；
　　　　Vm=SVI·M （3）
　?、鄞_定SBR反應(yīng)池的個(gè)數(shù)n，引入每周期運(yùn)行時(shí)間tR，計(jì)算每周期所需處理污水的體積Vw；
　　　　V=Q/[n×（24/tr） （4）
　　④計(jì)算SBR反應(yīng)池單個(gè)池有效容積VO。
　　　　VO=VW+Vm／n（m³）（5）
1.3 其他參數(shù)的確定
　　計(jì)算出反應(yīng)池有效容積后，可以確定工藝設(shè)計(jì)所需的其它數(shù)據(jù)，如反應(yīng)池長(zhǎng)、寬、池深等，同時(shí)根據(jù)水質(zhì)水量可以確定需氧量、污泥量等。此外，根據(jù)污水性質(zhì)與工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，還應(yīng)對(duì)處理工藝中配套的構(gòu)筑物如格柵、沉砂池等作相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算方法與傳統(tǒng)活性污泥法類似。

2 SBR工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

　　對(duì)于水處理專業(yè)的設(shè)計(jì)者來(lái)講，其適應(yīng)計(jì)算機(jī)的能力是有限的。要提高 SBR藝計(jì)算機(jī)輔助性及系統(tǒng)的適應(yīng)性，必須在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中充分考慮到設(shè)計(jì)者的特點(diǎn)，以解決CAD系統(tǒng)適應(yīng)用戶需要的問(wèn)題。因此系統(tǒng)必須體現(xiàn)和突出專業(yè)內(nèi)容，用戶界面友好，使用方便，符合水處理工程設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)習(xí)慣。
2.1 系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)是集工程計(jì)算、數(shù)據(jù)管理、圖形生成、打印輸出的功能為一體的工程應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)完全基于軟件工程的思想。圖1是SBR計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
　　系統(tǒng)中控制平臺(tái)的主要模塊及數(shù)據(jù)的輸入、輸出、貯存、修改等功能應(yīng)用了開(kāi)發(fā)工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中圖形程序用 AUTOLISP語(yǔ)言編寫(xiě)。采用數(shù)據(jù)文件共享型接口方式，實(shí)現(xiàn)了不同語(yǔ)言程序模塊之間的參數(shù)化傳遞和數(shù)據(jù)共享，并充分利用各種語(yǔ)言輸人輸出格式的靈活性，從而使系統(tǒng)形成協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的整體。
　　AutoCAD作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，有效地利用AutoCAD原有的功能，同時(shí)，系統(tǒng)留有與AutoCAD或其他水處理 CAD軟件的接口，可以用AutoCAD R14或其他相關(guān)軟件的功能來(lái)補(bǔ)充和完善工程設(shè)計(jì)。
2.3 各功能子模塊簡(jiǎn)介
　　在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將系統(tǒng)按功能劃分為各個(gè)獨(dú)立的模塊，當(dāng)要修改某一模塊時(shí)，只涉及該模塊本身，而不引起其它模塊的變更，可以避免相互間的于擾。各模塊相互獨(dú)立又有機(jī)的結(jié)合，給程序的編制、維護(hù)和升級(jí)提供了方便。
　　本系統(tǒng)分3個(gè)模塊。工藝流程模塊和設(shè)計(jì)計(jì)算模塊用 Visual Basic語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，繪圖模塊以R14為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分利用了AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)功能。
　?、俟に嚵鞒棠K
　　在進(jìn)行污水處理工藝設(shè)計(jì)前，需要了解與工程相關(guān)的設(shè)計(jì)資料。污水處理工藝流程的選定是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)中輸人工程設(shè)計(jì)中常用的水質(zhì)指標(biāo)及污水排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些指標(biāo)，設(shè)計(jì)者可以作初步的水質(zhì)分析、工藝流程選擇及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
　?、谠O(shè)計(jì)計(jì)算模塊本系統(tǒng)中工藝計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，工藝流程中除核心部分SBR反應(yīng)池的計(jì)算外，還包括其它配套構(gòu)筑物的計(jì)算。設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝計(jì)算界面選擇所需要的構(gòu)筑物進(jìn)行計(jì)算。
　　設(shè)計(jì)計(jì)算模塊提供必備的資料、數(shù)表以及專家經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員采用人一機(jī)交互方式逐一輸人計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸人完成后，按（顯示計(jì)算結(jié)果）按鈕進(jìn)行計(jì)算并保存計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算過(guò)程中如果顯示一對(duì)話框提示參數(shù)不滿足要求，需重新設(shè)置參數(shù)，否則，按（取消）按鈕退回工藝計(jì)算界面。
　　③繪圖模塊
　　通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助繪制專業(yè)圖，是系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。針對(duì)SBR工藝專業(yè)繪圖的特點(diǎn)，本系統(tǒng)主要采用DWG形式圖形庫(kù)和hP形式圖形庫(kù)。在進(jìn)行工程CAD設(shè)計(jì)之前，要先進(jìn)行繪圖環(huán)境的初始化。進(jìn)行圖形繪制時(shí)，繪圖模塊從計(jì)算模塊中獲得所需的數(shù)據(jù)，在啟動(dòng)進(jìn)人AutoCAD的同時(shí)啟動(dòng)AUTOLISP程序，調(diào)用下拉菜單中相應(yīng)的命令，并按緊接著的提示輸人繪圖所需的一些參數(shù)及基點(diǎn)坐標(biāo)，即可繪制出所需的構(gòu)筑物施工圖。
　　考慮到工程設(shè)計(jì)的多樣性、構(gòu)筑物具體應(yīng)用中不可缺少的文字說(shuō)明等，圖形繪制完成后，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)圖形進(jìn)行必要的修改，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算、參數(shù)化繪圖的全過(guò)程。
　　系統(tǒng)流程如圖2所示。

參考文獻(xiàn)：

　　[1] 楊琦，等.序批式活性污泥工藝（SBR法）設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制理論探討[J].給水排水，1996，22（10）
　 ［2］張自杰.環(huán)境工程手冊(cè)水污染防治卷［M］.北京：高等教育出版社，1996.

　　作者簡(jiǎn)介：曹健舞（1975-），女，重慶人，助理工程師，碩士，主要從事給排水工程設(shè)計(jì)。