序批式活性污泥法（SBR）计算机辅助设计

曹健舞1，涨统2，王坤2，侯瑞琴2
（1.总参工程兵第四设计研究院，北京100850；2.总装备部工程设计研究院环保中心，北京100028）

　　摘　要：序批式活性污泥法（SBR）是目前国内外应用比较广泛的污水处理工艺之一。以SBR为研究对象，在现行SBR工艺计算与工程设计的基础上，将计算机辅助设计技术引入SBR工艺，以生活污水为例，研究开发了SBR工艺计算机辅助设计（CAD）系统。系统利用VB语言和 AutoCAD技术，将工程设计的分析、计算和绘图集于一体。
　　关键词：SBR；污水处理；计算机辅助设计；系统设计
　　中国分类号：TP311；X703.1
　　文献标识码:B
　　文章编号：1009－2455（2002）01－0058－03

概述

　　从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看，序批式活性污泥法能称得上是一种简易、快速且低耗的污水处理工艺，非常适用于水质水量变化大的中小城镇的生活污水处理，以及易生物降解的工业废水处理。因此，SBR工艺是一种适合我国国情的处理工艺，具有很大的发展潜力和应用前景。
　　近年来，计算机辅助设计（CAD）已渗透到水处理专业，并被专业人员接受和使用。但目前建筑给排水CAD软件应用广泛，污水处理工程设计CAD系统则研究较少。SBR艺计算机辅助设计系统的开发，不仅能够提高设计效率及设计质量，也是计算机技术同污水处理技术有机结合的积极实践，对促进当前污水处理工程CAD的进一步发展具有积极的意义。

１ SBR工艺设计计算

　　SBR工艺设计计算包括SBR反应池容积的确定以及需氧量、污泥量的计算。
　　SBR工艺设计方法主要分两大类：经验设计法。动力学模式设计法[1]。经验设计法指污泥负荷率法，污泥负荷率是影响曝气反应时间的主要参数，污泥负荷率的大小关系到SBR反应池容积的大小。这种方法在目前的工程设计中应用较广泛。动力学模式设计法则是根据进水、出水和SBR系统的各种参数条件，建立数学模型后进行设计。由于动力学模式设计方法用于工程设计还有待进一步研究、优化，因此本系统在开发过程中针对生活污水的处理仍沿用经验设计法。
1.1 参数选取
　　污泥负荷率与SBR反应池内的混合液污泥浓度是SBR设计与运行的重要参数[2]。
　　①对生活污水，污泥负荷普遍采用BOD污泥负荷，其参数值为：高负荷运行时取0.2－0.4kg［BOD5］／（kg［MLSS]·d），低负荷运行时选用0.03-0.07kg［BOD₅］／（kg［MLSS］.d）。
　　②反应池内的污泥浓度（MLSS）可考虑取值3000-5000mg／L。
　　③SVI值取90-150mL/g。
　　④每周期运行时间一般tr＝4.8－12h。
1.2 设计计算步骤
　　①确定一个运行周期内曝气时间所占的比例e，根据BOD污泥负荷Ns，计算所需污泥量M；
　　　　Ns＝QS0/eXV （1）
　　　　M＝XV=QS0/eNs （2）
　　式中：X——混合液中活性污泥浓度（MLSS），mg／L；
　　　　　Q——平均日污水量，m³/d;
　　　　　S₀——进水基质浓度，mg／L；
　　　　　V——反应池总有效容积，m³。
　　②根据SVI值和污泥量，计算沉淀时所需的污泥体积Vm；
　　　　Vm=SVI·M （3）
　　③确定SBR反应池的个数n，引入每周期运行时间tR，计算每周期所需处理污水的体积Vw；
　　　　V=Q/[n×（24/tr） （4）
　　④计算SBR反应池单个池有效容积VO。
　　　　VO=VW+Vm／n（m³）（5）
1.3 其他参数的确定
　　计算出反应池有效容积后，可以确定工艺设计所需的其它数据，如反应池长、宽、池深等，同时根据水质水量可以确定需氧量、污泥量等。此外，根据污水性质与工艺设计计算结果，还应对处理工艺中配套的构筑物如格栅、沉砂池等作相应的设计计算。计算方法与传统活性污泥法类似。

2 SBR工艺计算机辅助设计系统分析与设计

　　对于水处理专业的设计者来讲，其适应计算机的能力是有限的。要提高 SBR艺计算机辅助性及系统的适应性，必须在系统的开发设计中充分考虑到设计者的特点，以解决CAD系统适应用户需要的问题。因此系统必须体现和突出专业内容，用户界面友好，使用方便，符合水处理工程设计者的设计习惯。
2.1 系统分析和设计
　　本系统是集工程计算、数据管理、图形生成、打印输出的功能为一体的工程应用系统。系统的研究与开发完全基于软件工程的思想。图1是SBR计算机辅助设计系统的结构形式。

2.2 系统的实现方法
　　系统中控制平台的主要模块及数据的输入、输出、贮存、修改等功能应用了开发工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中图形程序用 AUTOLISP语言编写。采用数据文件共享型接口方式，实现了不同语言程序模块之间的参数化传递和数据共享，并充分利用各种语言输人输出格式的灵活性，从而使系统形成协调、统一的整体。
　　AutoCAD作为开发平台，有效地利用AutoCAD原有的功能，同时，系统留有与AutoCAD或其他水处理 CAD软件的接口，可以用AutoCAD R14或其他相关软件的功能来补充和完善工程设计。
2.3 各功能子模块简介
　　在系统的设计过程中，将系统按功能划分为各个独立的模块，当要修改某一模块时，只涉及该模块本身，而不引起其它模块的变更，可以避免相互间的于扰。各模块相互独立又有机的结合，给程序的编制、维护和升级提供了方便。
　　本系统分3个模块。工艺流程模块和设计计算模块用 Visual Basic语言实现，绘图模块以R14为开发平台，充分利用了AutoCAD的二次开发功能。
　　①工艺流程模块
　　在进行污水处理工艺设计前，需要了解与工程相关的设计资料。污水处理工艺流程的选定是一项比较复杂的系统工程，在系统中输人工程设计中常用的水质指标及污水排放标准，根据这些指标，设计者可以作初步的水质分析、工艺流程选择及技术经济分析。
　　②设计计算模块本系统中工艺计算采用经验设计法，工艺流程中除核心部分SBR反应池的计算外，还包括其它配套构筑物的计算。设计人员根据工艺计算界面选择所需要的构筑物进行计算。
　　设计计算模块提供必备的资料、数表以及专家经验。在进行设计计算时，设计人员采用人一机交互方式逐一输人计算所需的数据，数据输人完成后，按（显示计算结果）按钮进行计算并保存计算结果。在计算过程中如果显示一对话框提示参数不满足要求，需重新设置参数，否则，按（取消）按钮退回工艺计算界面。
　　③绘图模块
　　通过计算机辅助绘制专业图，是系统的一个重要环节。针对SBR工艺专业绘图的特点，本系统主要采用DWG形式图形库和hP形式图形库。在进行工程CAD设计之前，要先进行绘图环境的初始化。进行图形绘制时，绘图模块从计算模块中获得所需的数据，在启动进人AutoCAD的同时启动AUTOLISP程序，调用下拉菜单中相应的命令，并按紧接着的提示输人绘图所需的一些参数及基点坐标，即可绘制出所需的构筑物施工图。
　　考虑到工程设计的多样性、构筑物具体应用中不可缺少的文字说明等，图形绘制完成后，设计人员可以对图形进行必要的修改，实现自动化计算、参数化绘图的全过程。
　　系统流程如图2所示。

参考文献：

　　[1] 杨琦，等.序批式活性污泥工艺（SBR法）设计与运行控制理论探讨[J].给水排水，1996，22（10）
　 ［2］张自杰.环境工程手册水污染防治卷［M］.北京：高等教育出版社，1996.

　　作者简介：曹健舞（1975-），女，重庆人，助理工程师，硕士，主要从事给排水工程设计。