环境污染工程治理设计课程论文
SBR工艺原理及设计、计算要点
摘要：由于水体富营养化问题的日益严重，城市污水除磷脱氮工艺的研究成为了一个热点。最著名的除磷脱氮工艺当数A2O工艺和UCT工艺。近年来，由于SBR工艺其独特的优点越来越受到人们的重视。随着实际的需要和科技的发展，出现了一些SBR的改进工艺，如ICEAS工艺，CASS工艺，UNITANK工艺等。本文旨在介绍SBR及其变型工艺的特点及关键设计参数及设计计算探讨。
关键词：SBR工艺；ICEAS工艺；CASS工艺；UNITANK工艺；关键设计参数；设计计算
Abstract: Due to the eutrophication of the increasingly serious problems, urban sewage dephosphorization denitrification research has become a hot spot. The most famous dephosphorization denitrification processes are A2O process and UCT
process. In recent years, due to its unique advantage of SBR, more and more people realize its importance. With the actual needs and the development of science and technology, appeared some SBR improvement process, such as ICEAS process, CASS process, UNITANK technology etc. This paper aims to introduce the
characteristics of SBR and unyielding process and key design parameters and design calculation is discussed.
Keywords: SBR process; ICEAS process; CASS process; UNITANK process; the key design parameter; design and figure
SBR是序列间歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。20世纪80年代以来,随着全球范围水资源的短缺、水体污染形势的加剧，以及计算机、自控技术、生物技术和材料等科学的发展，污水生物处理新技术、新工艺的研究、开发和应用得到了迅速发展，其中改良型SBR 的发展尤为迅速，如ICEAS工艺，CASS工艺，UNITANK工艺，和MSBR工艺。
1 传统SBR工艺
SBR工艺是一种按顺序、间歇式运行的污水处理技术。1979年，美国人L .Irvine在活性污泥充排式反应器（Fill and Draw Reactor, FDR）的基础上发明了SBR工艺[1]。它的运行周期由五个阶段组成，即进水、反应、沉淀、排水、闲置。
1.1 传统SBR工艺特点及分析
SBR 工艺是通过在时间上的交替来实现传统活性污泥法的整个运行过程，它在流程上只有一个基本单元，将调节池、初沉、曝气池和二沉池等的功能集于一
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池，进行水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等。经典SBR反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。
1.1.1 传统SBR工艺的优点
(1)理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。
(2)运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高,出水水质好。
(3)耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
(4)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 (5)处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
(6)反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
(7) SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 (8)脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
(9)工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。
1.1.2 传统SBR工艺的缺点
（1）连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池。 （2）对于多个SBR反应器，其进水和排水的阀门切换频繁。 （3）无法达到大型污水处理项目之连续进水、出水的要求。 （4）设备的闲置率较高。 （5）污水提升水头损失较大。
（6）如果需要后续处理, 则需要较大容积的调节池。
1.1.3 传统SBR工艺的适用范围
[4]
(1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
(2)需要较高出水水质的地方，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
(3)水资源紧缺的地方，SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。 (4)用地紧张的地方。
(5)对已建连续流污水处理厂的改造等。
(6)非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
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1.2 传统SBR工艺的设计要点及主要参数
由于SBR工艺是合建式，一个池子既要满足生化反应要求，又要实现沉淀分离功能，因此其计算比一般活性污泥工艺更为复杂。目前的SBR设计方法主要有污泥负荷法、模型法和泥龄法。污泥负荷法主要针对有机物的去除，难以适应脱氮的要求。传统的模型法由于涉及到了大量的化学计量参数，而这些参数的测量复杂、取值随水质多变，应用比较困难。而污泥龄法则没有对系统中的碳源和需要回流的硝态氮进行核算, 往往不能对有限的碳源进行充分利用。这几种方法各有优劣，在实践中应该根据实际情况采用合适的方法。随着污水脱氮要求的日益严格，精确的设计计算是非常必要的，我国也在这方面不断的努力、探索。SBR工艺的设计计算涉及几十个参数，这些参数可以分为三类[2]： （1） 外部条件参数，包括水量、水质等，是设计计算的先决条件； （2） 选定参数，包括运行周期参数等，需由设计人事先选定；
（3） 计算参数，需要通过计算才能得出，其中最关键的是反应池总泥量和反应
池的总体积。
下面列出了几个重要的设计参数及设计要点。
1.2.1 运行周期的确定
SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。充水时间应有一个最优值。如上所述,充水时间应根据具体的水质及运行过程中所采用的曝气方式来确定。当采用限量曝气方式及进水中污染物的浓度较高时，充水时间应适当取长一些；当采用非限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时，充水时间可适当取短一些。充水时间一般取1～4h。反应时间是确定SBR反应器容积的一个非常主要的工艺设计参数，其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。对于生活污水类易处理废水，反应时间可以取短一些，反之对含有难降解物质或有毒物质的废水,反应时间可适当取长一些。一般在2～8h。沉淀排水时间一般按2～4h设计。闲置时间一般按2h设计。周期数=24/周期时间。
1.2.2 反应池容积的确定
假设每个系列的污水量为q，则在每个周期进入各反应池的污水量为q /n·N。各反应池的容积为: 1 /m *V = q /n*N V为各反应池的容量； 1 /m为排出比； N为周期数(周期/d)； N为每一系列的反应池数量；
Q为每一系列的污水进水量(设计最大日污水量) (m3/d)。
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关于池容的计算，现在有很多的方法，实际操作时要根据实际情况来计算。以下例举几种现行的方法[5]： （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 Vmin=［SVI×MLSS／106] ×V 污泥负荷法：Vmin=nQ0C0×SVI／Ns V=Vmin+Q0 （2）曝气时间内的负荷法
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 污泥负荷法：V=24QC0／nta×MLSS×NS （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，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] 非限制曝气：V=nQ(C0-Ce)tf／[MLSS×Ns(ta+tf)] 半限制曝气：V=nQ(C0-Ce)tf／[LSS×Ns(ta+tf-t0)]
反应池的形式为完全混合型,反应池十分紧凑,占地很少。形状以矩形为准,池宽与池长之比大约为1∶1～1:2。反应池的数量,考虑清洗和检修等情况,原则上设2 个以上。在规模较小或投产初期污水量较小时,也可建一个池。
1.2.3 曝气系统
序批式活性污泥法中,曝气装置的能力应是在规定的曝气时间内能供给的需氧量，在设计中,高负荷运行时每单位进水BOD为0.5～1.5kgO2 /kgBOD5，低负荷运行时为1.5～2.5kgO2 /KgBOD5。在序批式活性污泥法中，由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀，曝气装置必须是不易堵塞的，同时考虑反应池的搅拌性能。常用的曝气系统有气液混合喷射式、机械搅拌式、穿孔曝气管、微孔曝气器,一般选射流曝气，因其在不曝气时尚有混合作用，同时避免堵塞。
1.2.4 确定设计水量
SBR工艺通常污泥龄比较长，有很强的抗冲击负荷的能力，因此在计算污泥龄的时可按照最高日流量而不是最高日最高时流量计算。当采用延时曝气时，污泥龄更长，缓冲能力更好，可安平均日流量设计计算。
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1.2.5 池水深
与分建式活性污泥工艺反应池不同，SBR反应池水深将影响池容的大小，这是因为SBR反应池还要满足二沉池的功能。按照规定水深一般4～6m，一般可取中间值5m左右。
1.2.6 安全高度
安全高度是SBR反应池特有的参数，它相当于分建式活性污泥工艺二沉池的清水层的深度，其作用是将污泥层和出水溢流堰分隔开，以免污泥被带入出水中影响水质。安全高度多0.1m，意味着安全水深多占0.1m，与总池深相比只占几十分之一，对池容和工程投资影响不大。
1.2.7 污泥负荷与需氧量的关系
需氧量=a*Q(Sa-Se)+b*V*Xv
式中a为活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1KgBOD所需要的氧量；
b为活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即1Kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量；
Xv为混合液中挥发性悬浮固体量（MLVSS）, Kg/m3； V为反应器的有效容积, m3； Q为每日处理污水量, m3/d；
Sa为经预处理后4进入曝气池污水含有的有机污染物的浓度,Kg/m3； Se为经生化处理后4处理水中残留的有机污染物的浓度, Kg/m3。
1.2.8 混合液污泥浓度
反应池内混合液污泥浓度的控制应从供氧的经济性与可能性、活性污泥的絮凝沉淀性能以及剩余污泥处理造价等方面综合考虑。
一般SBR池的活性污泥浓度Nw控制在2.5 Kg/m3～4.0 Kg/m3范围内。污泥指数SVI值大时Nw值取下限,反之取上限。
1.2.9 计算污泥的产率系数
污泥的产率系数通过以下公式计算：
Y为污泥的产率系数,kgSS/kgBOD5；
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SBR工艺及各种改进工艺的特点(非常全)
