SBR反应池容积计算方法及评价

SBR反应池容积计算方法及评价摘要：从SBR反应池的功能出发，通过对现行SBR反应池容积的各类计算方法比较和合理性分析，提出了总污泥量综合设计法，并以工程算例结果鉴别各类方法的适用性，供设计借鉴。关键词：SBR池容积污泥负荷污泥龄干污泥总量沉降距离SBR反应池池容计算系指传统的序批式活性污泥反应池，而不包括其他SBR改进型的诸多反应池(如ICEAS、CASS、MSBR等)池容的计算。

现针对存在的问题提出一套以总污泥量为主要参数的综合设计方法，供设计者参考。1现行设计方法1.1负荷法

该法与连续式曝气池容的设计相仿。已知SBR反应池的容积负荷或污泥负荷、进水量及进水中BOD5浓度，即可由下式迅速求得SBR池容：

容积负荷法V=nQ0C0／Nv(1)

Vmin=［SVI·MLSS／106]·V

污泥负荷法Vmin=nQ0C0·SVI／Ns(2)

V=Vmin+Q01.2曝气时间内负荷法

鉴于SBR法属间歇曝气，一个周期内有效曝气时间为ta，则一日内总曝气时间为nta，以此建立如下计算式：

容积负荷法V=nQ0C0tc／Nv·ta(3)

污泥负荷法V=24QC0／nta·MLSS·NS(4)

1.3动力学设计法

由于SBR的运行操作方式不同，其有效容积的计算也不尽相同。根据动力学原理演算(过程略)，SBR反应池容计算公式可分为下列三种情况：

限制曝气V=NQ(C０-Ce)tf／[MLSS·Ns·ta](5)

非限制曝气V=nQ(C０-Ce)tf／[MLSS·Ns(ta+tf)](6)

半限制曝气V=nQ(C0-Ce)tf／[LSS·Ns(ta+tf-t0)](7)

但在实际应用中发现上述方法存有以下问题：

①对负荷参数的选用依据不足，提供选用参数的范围过大［例如文献推荐Nv=0.1～1.3kgBOD5/(m3·d)等］，而未考虑水温、进水水质、污泥龄、活性污泥量以及SBR池几何尺寸等要素对负荷及池容的影响；

②负荷法将连续式曝气池容计算方法移用于具有二沉池功能的SBR池容计算，存有理论上的差异，使所得结果偏小；

③在计算公式中均出现了SVI、MLSS、Nv、Ns等敏感的变化参数，难于全部同时根据经验假定，忽略了底物的明显影响，并将导致各参数间不一致甚至矛盾的现象；

④曝气时间内负荷法与动力学设计法中试图引入有效曝气时间ta对SBR池容所产生的影响，但因其由动力学原理演算而得，假定的边界条件不完全适应于实际各个阶段的反应过程，将有机碳的去除仅限制在好氧阶段的曝气作用，而忽略了其他非曝气阶段对有机碳去除的影响，使得在同一负荷条件下所得SBR池容惊人地偏大。

上述问题的存在不仅不利于SBR法对污水的有效处理，而且进行多方案比较时也不可能全面反映SBR法的工程量，会得出投资偏高或偏低的结果。

针对以上问题，提出了一套以总污泥量为主要参数的SBR池容综合设计方法。2总污泥量综合设计法该法是以提供SBR反应池一定的活性污泥量为前提，并满足适合的SVI条件，保证在沉降阶段历时和排水阶段历时内的沉降距离和沉淀面积，据此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的体积，然后根据最大周期进水量求算贮水容积，两者之和即为所求SBR池容。并由此验算曝气时间内的活性污泥浓度及最低水深下的污泥浓度，以判别计算结果的合理性。其计算公式为：

TS=naQ0(C0-Cr)tT·S(8)

Vmin=AHmin≥TS·SVI·10-3(9)

Hmin=Hmax-ΔH(10)

V=Vmin+ΔV(11)

式中TS——单个SBR池内干污泥总量，kg

tT·S——总污泥龄，d

A——SBR池几何平面积，m2Hmax、Hmin——分别为曝气时最高水位和沉淀终了时最低水位，m

ΔH——最高水位与最低水位差，m

Cr——出水BOD5浓度与出水悬浮物浓度中溶解性BOD5浓度之差。其值为：

Cr=Ce-Z·Cse·1.42(1-ek1t)(12)

式中Cse——出水中悬浮物浓度，kg/m3k1——耗氧速率，d-1t——BOD实验时间，d

Z——活性污泥中异养菌所占比例，其值为：

Z=B-（B2-8.33Ｎs·1.072(15-T)）0.5(13)

B=0.555+4.167(1+TS0/BOD5)Ns·1.072(15-T)(14)

Ns=1/a·tT·S(15)

式中a——产泥系数，即单位BOD5所产生的剩余污泥量，kgMLSS/kgBOD5，其值为：

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某城镇平均污水处理量为10000m3/d，进、出水质见表1。表1设计进、出水质项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)NO3-N(mg/L)TP(mg/L)水温(℃)pH进水380200200400415

出水602020550.56～93.2SBR池容计算

按前述设计方法及推荐采用的参数，以及提出的总污泥量综合计算法和相应的参数推求公式，依表1的要求进行SBR池容计算。为便于结果比较，该工程设SBR池2座，交替分批进水，周期长6h，Hmax=4.2m，变化系数k2=1.2，计算结果见表2。表2单个SBR池参数及结果比较设计参数一法二法三法四法新法Nv［kgBOD5/(m3·d)］0.500.24Nv［kgBOD5/(kgMLSS·d］0.255(0.074)(0.074)0.074SVI(mL/g)90150(120)(120)120MLSSmax(mg/L)3000(3235)(3235)3235a［kgMLSS/(kgBOD5·d)］0.906tT·S(d)15TS(kg)(12571)(12571)12571Z(%)0.302ta(h)(3.0)(3.0)ts+td(h)1.0+1.0A(m2)47643819841798925ΔH(m)3.072.852.572.571.62Vmin(m3)540588323429312386V(m3)20001838833375503886ΔV(m3)14601250509946191500HRT(h)9.68.840.036.218.7注：①一法至四法依次指：容积负荷法、总污泥负荷法、曝气时间内负荷法、动力学设计法，新法系指总污泥量综合设计法；

②前四种方法中参数A、ΔH值系由V及Hmax反推而得，列出目的是为便于比较；

③一法和二法中Ns、Nv、SVI值系直接引用相应参考文献中采用的数据，其他方法中凡带()者为文中假定或移用新法推算值。4设计方法评价根据表2结果进行合理性分析，对SBR池容设计的各种方法作综合评价如下：

①曝气时间内负荷法和动力学设计法所得池容明显偏大，停留时间过长，ΔH已超出允许范围，实际的MLSSmax仅为1508mg/L和1655mg/L，要达到假定的活性污泥浓度必须使总污泥龄达30d左右，这样则污泥负荷过小，不利于除磷脱氮。故该两法若用于目前的设计，尚有待改进和完善，但其设想及动力学的理论原理和对SBR池容设计的进步将具有一定的研究价值。

②容积负荷法和总污泥负荷法实质上系属同一种方法，当采用相应参考文献中的设计参数时所得池容偏小、停留时间过短、ΔH也已超出允许范围；当负荷参数采用总污泥量综合设计法的公式推算值时，则所得SBR池容趋于合理、偏差缩小，但仍然存有ΔH、Hmax等参数与沉降速度、沉淀面积及保护高度之间的关系相脱节的缺陷，最终将影响处理效果。

因此该两法宜谨慎采用，特别是对公式中的负荷参数应以通过计算代替假设，但对式(15)应进行修正，以与该两法的计算公式相适应。

③总污泥量综合设计法中所考虑的因素及出发点均与SBR反应池的功能特性密切结合，避免了前几种方法中所存在的问题及缺陷。通过包括硝化、反硝化和厌氧三个反应阶段所需反应历时及阶段污泥龄的校核计算(方法略)得三个阶段的反应历时分别为2.1、1.4、0.5h；所需污泥龄分别为5、8及10d。而本算例假定总污泥龄为15d，其SBR池容完全能满足进行除磷脱氮的需要，且维持了合理的负荷及活性污泥浓度。

④从有关参数得知：总污泥量综合设计法SBR池容合理；ΔH在允许范围内；MLSSmax=3235m