序批式活性污泥法（SBR）計算機輔助設計從目前的污水好氧生物處理的研究、應用及發展趨勢來看，序批式活性污泥法能稱得上是一種簡易、快速且低耗的污水處理工藝，非常適用于水質水量變化大的中小城鎮的生活污水處理，以及易生物降解的工業廢水處理。因此，SBR工藝是一種適合我國國情的處理工藝，具有很大的發展潛力和應用前景。近年來，計算機輔助設計（CAD）已滲透到水處理專業，并被專業人員接受和使用。但目前建筑給排水CAD軟件應用廣泛，污水處理工程設計CAD系統則研究較少。SBR藝計算機輔助設計系統的開發，不僅能夠提高設計效率及設計質量，也是計算機技術同污水處理技術有機結合的積極實踐，對促進當前污水處理工程CAD的進一步發展具有積極的意義。 SBR工藝設計計算 SBR工藝設計計算包括SBR反應池容積的確定以及需氧量、污泥量的計算。SBR工藝設計方法主要分兩大類：經驗設計法。動力學模式設計法1。經驗設計法指污泥負荷率法，污泥負荷率是影響曝氣反應時間的主要參數，污泥負荷率的大小關系到SBR反應池容積的大小。這種方法在目前的工程設計中應用較廣泛。動力學模式設計法則是根據進水、出水和SBR系統的各種參數條件，建立數學模型后進行設計。由于動力學模式設計方法用于工程設計還有待進一步研究、優化，因此本系統在開發過程中針對生活污水的處理仍沿用經驗設計法。1.1 參數選取污泥負荷率與SBR反應池內的混合液污泥濃度是SBR設計與運行的重要參數2。對生活污水，污泥負荷普遍采用BOD污泥負荷，其參數值為：高負荷運行時取0.20.4kgBOD5（kgMLSSd），低負荷運行時選用0.03-0.07kgBOD5（kgMLSS.d）。反應池內的污泥濃度（MLSS）可考慮取值3000-5000mgL。SVI值取90-150mL/g。每周期運行時間一般tr4.812h。1.2 設計計算步驟確定一個運行周期內曝氣時間所占的比例e，根據BOD污泥負荷Ns，計算所需污泥量M；NsQS0/eXV （1）MXV=QS0/eNs （2）式中：X混合液中活性污泥濃度（MLSS），mgL；Q平均日污水量，m3/d;S0進水基質濃度，mgL；V反應池總有效容積，m3。根據SVI值和污泥量，計算沉淀時所需的污泥體積Vm；Vm=SVIM （3）確定SBR反應池的個數n，引入每周期運行時間tR，計算每周期所需處理污水的體積Vw；V=Q/n（24/tr） （4）計算SBR反應池單個池有效容積VO。VO=VW+Vmn（m3）（5）1.3 其他參數的確定計算出反應池有效容積后，可以確定工藝設計所需的其它數據，如反應池長、寬、池深等，同時根據水質水量可以確定需氧量、污泥量等。此外，根據污水性質與工藝設計計算結果，還應對處理工藝中配套的構筑物如格柵、沉砂池等作相應的設計計算。計算方法與傳統活性污泥法類似。 2 SBR工藝計算機輔助設計系統分析與設計 對于水處理專業的設計者來講，其適應計算機的能力是有限的。要提高 SBR藝計算機輔助性及系統的適應性，必須在系統的開發設計中充分考慮到設計者的特點，以解決CAD系統適應用戶需要的問題。因此系統必須體現和突出專業內容，用戶界面友好，使用方便，符合水處理工程設計者的設計習慣。2.1 系統分析和設計本系統是集工程計算、數據管理、圖形生成、打印輸出的功能為一體的工程應用系統。系統的研究與開發完全基于軟件工程的思想。圖1是SBR計算機輔助設計系統的結構形式。 2.2 系統的實現方法系統中控制平臺的主要模塊及數據的輸入、輸出、貯存、修改等功能應用了開發工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中圖形程序用 AUTOLISP語言編寫。采用數據文件共享型接口方式，實現了不同語言程序模塊之間的參數化傳遞和數據共享，并充分利用各種語言輸人輸出格式的靈活性，從而使系統形成協調、統一的整體。AutoCAD作為開發平臺，有效地利用AutoCAD原有的功能，同時，系統留有與AutoCAD或其他水處理 CAD軟件的接口，可以用AutoCAD R14或其他相關軟件的功能來補充和完善工程設計。2.3 各功能子模塊簡介在系統的設計過程中，將系統按功能劃分為各個獨立的模塊，當要修改某一模塊時，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。各模塊相互獨立又有機的結合，給程序的編制、維護和升級提供了方便。本系統分3個模塊。工藝流程模塊和設計計算模塊用 Visual Basic語言實現，繪圖模塊以R14為開發平臺，充分利用了AutoCAD的二次開發功能。工藝流程模塊在進行污水處理工藝設計前，需要了解與工程相關的設計資料。污水處理工藝流程的選定是一項比較復雜的系統工程，在系統中輸人工程設計中常用的水質指標及污水排放標準，根據這些指標，設計者可以作初步的水質分析、工藝流程選擇及技術經濟分析。設計計算模塊本系統中工藝計算采用經驗設計法，工藝流程中除核心部分SBR反應池的計算外，還包括其它配套構筑物的計算。設計人員根據工藝計算界面選擇所需要的構筑物進行計算。設計計算模塊提供必備的資料、數表以及專家經驗。在進行設計計算時，設計人員采用人一機交互方式逐一輸人計算所需的數據，數據輸人完成后，按（顯示計算結果）按鈕進行計算并保存計算結果。在計算過程中如果顯示一對話框提示參數不滿足要求，需重新設置參數，否則，按（取消）按鈕退回工藝計算界面。繪圖模塊通過計算機輔助繪制專業圖，是系統的一個重要環節。針對SBR工藝專業繪圖的特點，本系統主要采用DWG形式圖形庫和hP形式圖形庫。在進行工程CAD設計之前，要先進行繪圖環境的初始化。進行圖形繪制時，繪圖模塊從計算模塊中獲得所需的數據，在啟動進人AutoCAD的同時啟動AUTOLISP程序，調用下拉菜單中相應的命令，并按緊接著的提示輸人繪圖所需的一些參數及基點坐標，即可繪制出所需的構筑物施工圖。考慮到工程設計的多樣性、構筑物具體應用中不可缺少的文字說明等，圖形繪制完成后，設計人員可以對圖形進行必要的修改，實現自動化計算、參數化繪圖的全過程。系統流程如圖2所示。 序批式活性污泥法處理城市污水試驗研究 引言 在城市污水處理中，由于地理環境和氣候因素的影響，廣州城市污水水質有明顯區別于北方城市污水水質的特點，一般北方地區城市污水BOD5在100200mg/L之間，NH3-N在2030mg/L之間,TP在27mg/L之間，而廣州地區城市污水BOD5在4080mg/L之間，NH3-N在2030mg/L之間,TP在17mg/L之間，即有機物濃度低，碳、氮、磷比例不合理。所以開發研究適合廣州地區城市污水特點的簡單、高效的污水處理工藝流程，是當務之急。本實驗研究采用SBR藝，處理廣州地區的城市污水，達到了在一個反應裝置內既去除有機物又能脫氮除磷，而且磷的出水指標達到了0.10.45mg/L，這樣的結果目前國內外還未見類似的報道。1 實驗裝置與方法1.1 實驗裝置及水質SBR反應器由有機玻璃制成。總容積47.4L，有效容積42.8L。采用空壓機曝氣，穿孔管布氣。其流程見圖1。試驗所用的污水前期是在實驗室配水，后期則取自廣州市某河涌城市污水。反應器中污泥是從廣州市大坦沙污水廠所取，然后進行培養馴化。試驗污水水質見表1，試驗運行方式見表2。表1 試驗污水水質mg.L-1序號項目配制污水城市污水1COD89.8-250.086-166.72BOD546.8-127.644.7-85.03TN19.7-26.119.8-26.54TP1.9-7.021.6-7.15NH3-N15.0-22.017.8-25.06NO3-N0.20-1.650.067NO2-N未檢出未檢出8SS38.5-126.0表2 試驗運行方式順序反應過程停留時間/h進水（厭氧）反硝化、釋放磷1.0曝氣（好氧）降解有機物、硝化、吸收磷2.0-3.0沉淀懸浮物及污泥沉淀1.0排水排除處理后的污水0.51.2 試驗運行工況及運行參數本試驗共進行了5種工況的運行試驗，試驗運行參數見表3。表3 運行工況和運行參數工況周期/h厭氧/h曝氣/h沉淀/h排水/hMLSS/(g.L-1)沉降比/%充水比XVI181.542.00.53.029.50.79825.51.530.50.52.521.00.78434.10.820.80.51.821.30.611844.01.01.51.00.51.720.50.611354.-4.51.020.5-1.00.52.020.00.71002 實驗結果及分析各種工況下的處理效果見表4。表4 各種工況下的處理效果 mg.L-1測試項目工況1工況2工況3工況4工況5CODCr原水189.2135.893.576.9125.6出水26.322.416.317.318.5去除率/% 8684837885BOD5原水93.462.853.241.666.3出水9.465.26.537.567.10去除率/% 9092888289TN原水22.322.820.419.821.2出水13.515.114.615.1515.2去除率/%3933272328NH4+-N原水19.3720.218.6517.6518.24出水4.356.487.6511.968.53去除率/%7668583253TP原水3.865.223.762.953.35出水0.310.400.290.310.24去除率/%91.992.392.289.492.8SBR工藝對于廣州地區城市污水的處理效果和可行性是本次試驗的重點，不同工況條件下的試驗結果見表4。由表4可知，在試驗運行的5種工況中，除工況4以外，CODCr的去除率都在83以上。BOD5去除率都在8892之間。氨氮的去除率一般在5376之間，總氮的去除效率一般在2739之問。總磷的去除率都在91以上。工況4CODCr、BOD5去除效率低，是因為進水有機物濃度低，氨氮、總氮的去除效率低，主要原因是曝氣時間短，硝化過程完成得不好。（工況4如能保持較高的溶解氧濃度，磷的處理效果仍然很好）。3 最優工況的確定確定SBR藝處理城市污水的最佳工藝參數是本課題研究的主要內容，其最基本的原則是在滿足出水水質CODCr60mg/L、BOD520mg/L、NH+4N10mg/L、TP0.5mg/L、SS20mg/L的情況下，盡量縮短水力停留時間（包括厭氧反應時間、曝氣時間與沉淀時間）及確定最優曝氣量，以達到降低處理系統的基建費用、運行費用的目的。3.1 最優曝氣時間及曝氣量的確定從5種工況的實驗結果看CODCr在曝氣30min即可以達到排放標準。在曝氣60min后，CODCr的降解幅度已很小，曲線趨于平穩。NH4N的降解不同于有機物，氨氮需要在曝氣120min以后出水才能達到10mg/L以下。TP的出水要達到0.5mg/L以下，90min的曝氣時間基本就可以了（但要保持適宜的DO濃度）。從以上三方面考慮，為使硝化反應進行得更徹底，以NH3-N出水指標低于10mg幾為基準，最優曝氣時間不低于120min。最優曝氣量的確定要根據去除有機物、氨氮、磷三個指標來控制。曝氣量的控制是以DO濃度來體現的。去除有機物的DO濃度，在2h曝氣時間里，DO濃度達到并保持在1mg/L左右，有機物去除就可以達到要求。去除氨氮的DO濃度，曝氣30min時達到1.0mg/L以上，60min時達到2.0mg/L左右，并一直保持到曝氣結束，氨氮的去除效果較好，出水濃度低于9.0 mg/L。除磷的DO濃度，在曝氣60min時，DO濃度在1mg/L左右，60min后保持DO濃度在1.52.0mg/L之間，即可以保證磷的出水指標低于0.5mg/L。為了保證氨氮的去除效果，反應裝置中DO濃度應在曝氣60min時達到2mg/L左右，并一直保持到曝氣結束。3.2 厭氧反應時間的確定厭氧反應時間的確定是以脫氮和磷的釋放作為確定原則。硝酸鹽經過50min的厭氧后，基本被還原成N2從水中逸出。磷的厭氧釋放在40min左右，即可以達到釋放的最高濃度。所以，厭氧的反應時間定為60min（實驗結果見圖2）。3.3 最優沉淀時間的確定對于SBR處理系統，由于反應是在一個裝置中進行，沉淀時間的確定顯得更為重要。沉淀時間過短，水中懸浮物過高，影響出水水質；若沉淀時間過長，則會發生反硝化，有時還會發生污泥上浮現象。圖3表示在停止曝氣后，反應器中污泥成層沉淀的泥水界面高度和上清液（取樣在反應器有效高度的1/2處）中懸浮固體（SS）濃度隨沉淀時間的變化規律。從圖3中可見，經過20min的沉淀，就基本完成了沉淀過程；沉淀30min后，水中的SS濃度基本不再進一步降低了，泥水界面變化也很小。在不同的工況運行時，即使曝氣時間不一樣，重復上述試驗，都得到了基本相同的結果。為了運行可靠，最優沉淀時間定為40min。在處理城市污水的實際工程中，由于需要一定的排水時間，在從水面0.5m處開始排水的過程中，如果泥水界面并沒有沉降到接近極限高度還可以繼續沉淀，而不影響出水水質，因此，SBR法處理城市污水的沉淀時間定為40min，完全可以滿足要求。實驗認為將沉淀時間縮短到40min具有