SBR工艺的设计

给水排水 Vol 24 No. 4 1998
件 , 建立出水水质与时间过程之间的关系。 与动 态设计方法相比 , 静态设计方法由于较为简单 且易于理解和计算, 故应用较广。 本文主要介绍 SBR 系统的静态设计方法。 SBR 池子的设计包括生物过程 ( 有机物降 解、 硝化反硝化和生物除磷等) 设计和水力设计 两个方面。生物过程设计主要是确定系统的污 泥泥龄、 系统中的活性污泥总量、 循环周期以及 各个阶段如厌氧、 好氧、 缺氧、 沉淀、 撇水阶段的 时间分配; 水力设计则主要是确定池子个数、 每 个 SBR 池子的最大贮水容积 ( 最低水位至最高 水位之间的池容 ) 以及进水贮水池的池容等。 一、 污泥泥龄和剩余污泥量的确定 在确定污泥泥龄时 , 首先必须明确所需达 到的出水水质、污泥处理要求如污泥是否进行 单独稳定或在 SBR 系统中同时得到稳定。 如系 统只要求去除有机物 ( BOD5、 COD) , 则好氧污 泥泥龄应在 3~ 5d 左右 ; 当系统要求对污泥同 时 进行稳定时 , 其 有效污泥泥龄应 在 25d 左 右。 目前大部分 SBR 工艺应用于硝化和反硝化 以及生物除磷等过程, 故本文主要介绍具有除 磷脱氮功能的 SBR 系统的设计。 为使系统具有硝化功能 , 必须保证一定的 好 氧污泥泥龄以使硝 化菌能在系统中 生存下 来 , 硝化所需最低好氧污泥泥龄的计算有很多
Q
( SS i - SS e ) + S P , chem
3
进水设计流量 ( m / d) ; 进水有机物浓度( m g / L ) ; 曝气池进出水悬浮固体 SS 浓度 ( kg / m ) ;
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所持续的时间 ( h) 。 实践上在污水厂运行之前往往缺乏进水流 量过程线, 为安全起见, 可假定在整个进水时段 内持续出现最大设计进水流量计算 SBR 池子 的贮水容积 : V = Q m ax 式中 n B Q m ax t = Q m ax tc / n B
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T 污水温度( ! ) 。 缺氧阶段即反硝化阶段所经历的时间取决 于所要求的进水水质、 系统的进水方式、 除氮要 求以及系统中活性污泥的耗氧能力。活性污泥 在溶解氧存在时, 将优先利用溶解氧作为最终 电子受体; 而当在缺氧条件下 ( 只有硝态氮存在 而无自由溶解氧存在 ) 时, 则将利用硝态氮中的 氧作为最终电子受体。一般认为约有 75% 的异 养 性微生物有能力 利用硝态氮中 的氧进行呼 吸。 为安全计 , 一般也假定活性污泥在缺氧阶段 的呼吸速率将有所下降 , 其值约为好氧呼吸的 80% 左右。据此可求得活性污泥利用硝态氮中 的氧的能力 ( 即反硝化能力 ) 。 NO3 - ND = 0 8 BOD5 0 144 1 + S, R
城市给排水
S B R 工艺的设计
朱明权 周冰莲
[ 提要 ] SBR 工艺由于其除磷脱氮效果好 、 运行灵活已日益受到重视。 本文主要介绍了 一套除磷脱氮 SBR 工艺的设计方法, 内容包括污泥泥龄和剩余污泥量的确定 、 SBR 池贮水 容积的确定 、 污泥沉降速度的计算和池子尺寸的确定 、 进水贮水池的设计 、 曝气系统和撇水 系统的设计 , 并给出了这套设计方法的应用举例。 [ 关键词] SBR 法 硝化 反硝化 生物除磷 设计
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YH YS S
S ,R
异养性微生物的增殖率 kg DS/ k g BOD5 , YH = 0 5~ 0 6; 不能水解的悬浮固体部分 , Y SS = 0 5~ 0 6; 有效污泥泥龄 ( d) ; 异养性微生物的内源呼吸速率 ( 自 身氧化率 ) , b H = 0 08d ;
- 1
( 12)
SBR 池子个数; 污水厂设计最大进水流量( m / h) ; 其它符号同上。 V 后, 每个 SBR 池子的
S ,R
包括硝化和反硝化阶段的有效污 泥泥龄( d) ; = S ,N ( t anox + ta ) / ta ( 4) 曝气阶段所经历的时间( h) ;
S ,R
ta tanox a
缺氧阶段所经历的时间 ( h) ; 修正系数, 当池子交替连续进水时
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所需的总污泥泥龄可降低; 但循环时间长, 则一 次循环中进入 SBR 池子的水量增加 , 亦即池子 的贮水容量需提高 , 因此循环时间 t c 必须仔细 考虑。 根据所求得的有效污泥泥龄 , 可求得系统 的剩余污泥量, 剩余污泥主要由活性污泥利用 进水中的 BOD5 而增殖以及微生物内源呼吸的 残留物质等组成, 进水中的悬浮固体物质 SS 除 部分水解外 , 其惰性部分将直接以剩余污泥形 式排出系统。 如系统为除磷尚需加入化学药剂, 则需计入所产生的化学污泥量。故以干固体计 的剩余污泥量 S P ( kg / d) 可用下式计算: SP = Q YH
在 2 0~ 2 2m 左右。 联立式 ( 14) 和( 15) 即可得 : 650 ( ts + t d - 10/ 60) = ML SST W L SVI M L SST W L 可由式( 9) 求得 : M L SST W L = S T ,P / V = S T ,P / ( A 式中 S T ,P V A H T WL H T W L ) ( 17) 池子中的 M L SS 总量( kg / 池 ) ; 池子容积( m 3 ) ; 池子面积 ( m 2) ; 最高水位( m ) 。
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计) ( k g / d) 。 根据所求得的剩余污泥量 S P 和系统的总 污泥泥龄 , 即可求得每个 SBR 池子中所贮存的 污泥总量 : S T ,P = S P S ,T / n B ( 10) 式中 S ,T SBR 池子的总污泥泥龄 ( d) ; 8
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程结束后 , 系统即进入沉淀分离过程。 在沉淀过 程初期 , 曝气结束后的残余混合能量可用于生 物絮凝过程 , 至池子趋于平静正式开始沉淀一 般持续 10min 左右, 沉淀过程从沉淀开始后一 直延续至撇水阶段结束 , 故沉淀时间应为沉淀 阶段和撇水阶段的时间总和。为避免在撇水过 程中将活性污泥随处理出水夹带出系统 , 需要 在撇水水位和污泥泥面之间保持一最小的安全 距离 H s 。 污泥泥面的位置则主要取决于污泥的 沉降速度 , 污泥沉速主要与污泥浓度、 SV I 等因 素有关, 在 SBR 系统中 , 污泥的沉降速度 v s 可 简单地用下式计算 : v s = 650/ ( M LSST W L 式中 vs M L SST W L SVI SVI ) ( 14)
方法, 一般可用下式计算: = ( 1 / ) 1 103 fs ( 1) 式中 S ,N 硝化所需最低好氧污泥泥龄 ( d) ;
S ,N (15 - T )
a = 1 0; 当系统在反硝化阶段开始前快速进水 时, 由于基质浓度提高 , 故活性污泥耗氧能力提 高, 需进行修正。其值为 : a = 2 95 [ 100 NO3 - ND BOD5
在确定贮水容积 总容积 V 即可求得:
bH f T ,H S P , chem
异养性微生物生长温度修正系数 ; f T ,H = 1 072 , T 为温度 ( ! ) ; 加药所产生的污泥量( 以干固体
( T - 15 )
V = V m in + V ( 13) 式中 Vm in SBR 池子最低水位以下的池子容 积( m ) 。 SBR 池子贮 水容积 V 所占整个池 子的 容积 V 的比例取决于池子形状、污泥沉降性 能、 撇水器的构造等等, 一般 不超过 40% 为宜。 三 、 污泥沉降速度的计算和池子尺寸的确定 在 SBR 系统中 , 生物过程和泥水分离过程 结合在一个池子中进行, 在曝气等生物处理过 V / V 的比例以
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S T ,P nB
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每个 SBR 池子中的 M L SS 总量 ( kg ) ; SBR 池子个数。
二、 SBR 池子贮水容积的确定 每个 SBR 的池子贮水容积 V 是指池子 最低水位至最高水位之间的容积 , 贮水容积的 大小主要取决于池子个数、每一循环所经历的 时间以及在此循环时间内的可能出现的最大进 水水量等因素, 在测得进水流量过程线后, 贮水 容积 V 可用下式计算 :
反硝化能力, 即每利用 1kg BOD5 所能反硝化的氮量( kg ) ;
其它符号同上。 系统所需反硝化的氮量可根据氮量平衡求得 : NO -3 - ND = T N i - T Ne - BOD5 0 04 ( 6) 式中 BOD5 0 04 微生物增殖过程中结合 到体内的氮量 , 随剩余 污泥排出系统( m g / L ) ; TNi 进水总氮浓度( mg / L ) ; T Ne 出水总氮浓度( mg / L ) 。 根据式 ( 2) 、 ( 3) 、 ( 4) 、 ( 5) 、 ( 6) 即可求得硝 化和反硝化时间的比例以及包括硝化和反硝化 阶段的有效污泥泥龄 S ,R 。 SBR 系统的运行可包括厌氧、 缺氧、 好氧、 沉淀和撇水等过程 , 沉淀和撇水等过程所需的 设计时间较为固定 , 故当系统的有效污泥泥龄 确定后, 系统的总污泥泥龄即可求得: S ,T = S ,R t c / tR ( 7) 式中 S ,T SBR 池子的总污泥泥龄 ( d) ; tR 有效反应时间( h) , tR = t a + t anox ; tc 循环时间( h) , 一般根据经验或试 验确定; t c = t BIO - P + t an ox + t a + t s + t d ( 8) t B IO - P 为用于生物除磷的厌氧阶段所经历 的时间; 一般为 0 5~ 1h 左右; t s 为沉淀阶段所 经历的时间, 一般为 1h 左右 ; td 为撇水阶段 所经历的时间, 一般为 0 5~ 1h 左右; 其它符号 同上。 循环时间的确定对系统的设计具有举足轻 重的影响。 由于在一次循环过程中 , 沉淀时间和 撇水时间较为固定, 故循环时间 t c 长, 则有效 反应时间也长, 其比值 t c / tR 一般减小, 故系统
-
0 75 OC 2 9
S, R
tanox t a + t anox
(T - 15 )
a ( 2)
OC=
0 08
1 072 (T - 1 5 ) + 0 5 1 072 ( 3)
式中 OC
活性 污泥在 好氧条 件下 每去除 1kgBOD5 所耗氧量 ( kg ) , OC 的 设计最大值为 1 6k g ;
t
V=
0
Qm ax ( t ) d t
( 11)
BOD5
0 9 bH 1 +
S, R
式中 Q m ax ( t ) t
在此进水时段内的最大进水 流量( m 3 / h) ; SBR 池子在一次循环中进水
YH f bH f
T, H
+ ( 9)
T, H
Y SS 式中 Q BOD SS i , SS e
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-
硝化菌比生长速率 ( d - 1 ) , 当 T = 15 ! 时, = 0 47d ;
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t anox / ( tanox + t a ) ] - 0 .235 ( 5)
fs
安全系数 , 其值取决于污水厂规 模。一般地, 为保证出水氨氮浓度 小于 5m g / L , f s 值应取 2 3~ 3 0 左右;
SBR 工艺由于可省去独立的二沉池系统、 布置紧凑、 基建和运行费用低、 处理效果好 , 尤 其是其优异的脱氮除磷功能, 从而越来越受到 重视, 特别是随着计算机和自动控制技术的发 展 , SBR 工艺已成功地应用于城市污水和各种 工业废水的处理中。 但由于 SBR 法大都由一些 专业公司取得专利 , 各个公司均有各自的设计 方法, 因此目前尚缺乏一套完整的有关 SBR 工 艺的设计方法, 本文根据目前有关 SBR 工艺的 认识, 结合本人的设计经验 , 建立一套 SBR 工 艺的设计方法。 SBR 工艺按进水方式可分为连续进水和分 批进水两种。分批进水又分为不设进水贮水池 由两个或两个以上的池子交替进水 ; 设置进水 贮水池 , 池子分批快速进水两种。 SBR 工艺在整个生物反应过程中 , 池子容 积、 池子中的污染物浓度 ( 有机物和氮磷浓度) 以及活性污泥浓度等时刻都在变化 , 是一种非 稳态反应过程。 目前 SBR 工艺主要有静态设计 方法和动态模拟设计方法两种。静态设计方法 不追踪 SBR 反应池内基质和活性污泥浓度在 时间上的变化过程 , 而是着重于在某一进水水 质条 件下经系统处 理后能达到的最 终处理效 果。动态模拟设计方法则利用计算机通过建立 数学模型, 根据进水和 SBR 系统的各种参数条 6