序批式活性污泥法（SBR）計算機(jī)輔助設(shè)計
概述
從目前的污水好氧生物處理的研究、應(yīng)用及發(fā)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(zhì)水量變化大的中小城鎮(zhèn)的生活污水處理，以及易生物降解的工業(yè)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(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
近年來，計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）已滲透到水處理專業(yè)，并被專業(yè)人員接受和使用。但目前建筑給排水CAD軟件應(yīng)用廣泛，污水處理工程設(shè)計CAD系統(tǒng)則研究較少。SBR藝計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，不僅能夠提高設(shè)計效率及設(shè)計質(zhì)量，也是計算機(jī)技術(shù)同污水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的積極實(shí)踐，對促進(jìn)當(dāng)前污水處理工程CAD的進(jìn)一步發(fā)展具有積極的意義。
1 SBR工藝設(shè)計計算
SBR工藝設(shè)計計算包括SBR反應(yīng)池容積的確定以及需氧量、污泥量的計算。
SBR工藝設(shè)計方法主要分兩大類：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法。動力學(xué)模式設(shè)計法[1]。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法指污泥負(fù)荷率法，污泥負(fù)荷率是影響曝氣反應(yīng)時間的主要參數(shù)，污泥負(fù)荷率的大小關(guān)系到SBR反應(yīng)池容積的大小。這種方法在目前的工程設(shè)計中應(yīng)用較廣泛。動力學(xué)模式設(shè)計法則是根據(jù)進(jìn)水、出水和SBR系統(tǒng)的各種參數(shù)條件，建立數(shù)學(xué)模型后進(jìn)行設(shè)計。由于動力學(xué)模式設(shè)計方法用于工程設(shè)計還有待進(jìn)一步研究、優(yōu)化，因此本系統(tǒng)在開發(fā)過程中針對生活污水的處理仍沿用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法。
1.1 參數(shù)選取
污泥負(fù)荷率與SBR反應(yīng)池內(nèi)的混合液污泥濃度是SBR設(shè)計與運(yùn)行的重要參數(shù)[2]。
①對生活污水，污泥負(fù)荷普遍采用BOD污泥負(fù)荷，其參數(shù)值為：高負(fù)荷運(yùn)行時取0.2－0.4kg［BOD5］/（kg［MLSS]·d），低負(fù)荷運(yùn)行時選用0.03-0.07kg［BOD5］/（kg［MLSS］.d）。
②反應(yīng)池內(nèi)的污泥濃度（MLSS）可考慮取值3000-5000mg/L。
③SVI值取90-150mL/g。
④每周期運(yùn)行時間一般tr＝4.8－12h。
1.2 設(shè)計計算步驟
①確定一個運(yùn)行周期內(nèi)曝氣時間所占的比例e，根據(jù)BOD污泥負(fù)荷Ns，計算所需污泥量M；
Ns＝QS0/eXV （1）
M＝XV=QS0/eNs （2）
式中：X——混合液中活性污泥濃度（MLSS），mg/L；
Q——平均日污水量，m3/d;
S0——進(jìn)水基質(zhì)濃度，mg/L；
V——反應(yīng)池總有效容積，m3。
②根據(jù)SVI值和污泥量，計算沉淀時所需的污泥體積Vm；
Vm=SVI·M （3）
③確定SBR反應(yīng)池的個數(shù)n，引入每周期運(yùn)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）
④計算SBR反應(yīng)池單個池有效容積VO。
VO=VW+Vm/n（m3）（5）
1.3 其他參數(shù)的確定
計算出反應(yīng)池有效容積后，可以確定工藝設(shè)計所需的其它數(shù)據(jù)，如反應(yīng)池長、寬、池深等，同時根據(jù)水質(zhì)水量可以確定需氧量、污泥量等。此外，根據(jù)污水性質(zhì)與工藝設(shè)計計算結(jié)果，還應(yīng)對處理工藝中配套的構(gòu)筑物如格柵、沉砂池等作相應(yīng)的設(shè)計計算。計算方法與傳統(tǒng)活性污泥法類似。
2 SBR工藝計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)分析與設(shè)計
對于水處理專業(yè)的設(shè)計者來講，其適應(yīng)計算機(jī)的能力是有限的。要提高 SBR藝計算機(jī)輔助性及系統(tǒng)的適應(yīng)性，必須在系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中充分考慮到設(shè)計者的特點(diǎn)，以解決CAD系統(tǒng)適應(yīng)用戶需要的問題。因此系統(tǒng)必須體現(xiàn)和突出專業(yè)內(nèi)容，用戶界面友好，使用方便，符合水處理工程設(shè)計者的設(shè)計習(xí)慣。
2.1 系統(tǒng)分析和設(shè)計
本系統(tǒng)是集工程計算、數(shù)據(jù)管理、圖形生成、打印輸出的功能為一體的工程應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的研究與開發(fā)完全基于軟件工程的思想。圖1是SBR計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。
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2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
系統(tǒng)中控制平臺的主要模塊及數(shù)據(jù)的輸入、輸出、貯存、修改等功能應(yīng)用了開發(fā)工具 Visual Basic5.0；AutoCAD中圖形程序用 AUTOLISP語言編寫。采用數(shù)據(jù)文件共享型接口方式，實(shí)現(xiàn)了不同語言程序模塊之間的參數(shù)化傳遞和數(shù)據(jù)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(tǒng)形成協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的整體。
AutoCAD作為開發(fā)平臺，有效地利用AutoCAD原有的功能，同時，系統(tǒng)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(guān)軟件的功能來補(bǔ)充和完善工程設(shè)計。
2.3 各功能子模塊簡介
在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，將系統(tǒng)按功能劃分為各個獨(dú)立的模塊，當(dāng)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(dú)立又有機(jī)的結(jié)合，給程序的編制、維護(hù)和升級提供了方便。
本系統(tǒng)分3個模塊。工藝流程模塊和設(shè)計計算模塊用 Visual Basic語言實(shí)現(xiàn)，繪圖模塊以R14為開發(fā)平臺，充分利用了AutoCAD的二次開發(fā)功能。
①工藝流程模塊
在進(jìn)行污水處理工藝設(shè)計前，需要了解與工程相關(guān)的設(shè)計資料。污水處理工藝流程的選定是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在系統(tǒng)中輸人工程設(shè)計中常用的水質(zhì)指標(biāo)及污水排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些指標(biāo)，設(shè)計者可以作初步的水質(zhì)分析、工藝流程選擇及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
②設(shè)計計算模塊本系統(tǒng)中工藝計算采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計法，工藝流程中除核心部分SBR反應(yīng)池的計算外，還包括其它配套構(gòu)筑物的計算。設(shè)計人員根據(jù)工藝計算界面選擇所需要的構(gòu)筑物進(jìn)行計算。
設(shè)計計算模塊提供必備的資料、數(shù)表以及專家經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行設(shè)計計算時，設(shè)計人員采用人一機(jī)交互方式逐一輸人計算所需的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸人完成后，按（顯示計算結(jié)果）按鈕進(jìn)行計算并保存計算結(jié)果。在計算過程中如果顯示一對話框提示參數(shù)不滿足要求，需重新設(shè)置參數(shù)，否則，按（取消）按鈕退回工藝計算界面。
③繪圖模塊
通過計算機(jī)輔助繪制專業(yè)圖，是系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。針對SBR工藝專業(yè)繪圖的特點(diǎn)，本系統(tǒng)主要采用DWG形式圖形庫和hP形式圖形庫。在進(jìn)行工程CAD設(shè)計之前，要先進(jìn)行繪圖環(huán)境的初始化。進(jìn)行圖形繪制時，繪圖模塊從計算模塊中獲得所需的數(shù)據(jù)，在啟動進(jìn)人AutoCAD的同時啟動AUTOLISP程序，調(diào)用下拉菜單中相應(yīng)的命令，并按緊接著的提示輸人繪圖所需的一些參數(shù)及基點(diǎn)坐標(biāo)，即可繪制出所需的構(gòu)筑物施工圖。
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考慮到工程設(shè)計的多樣性、構(gòu)筑物具體應(yīng)用中不可缺少的文字說明等，圖形繪制完成后，設(shè)計人員可以對圖形進(jìn)行必要的修改，實(shí)現(xiàn)自動化計算、參數(shù)化繪圖的全過程。
系統(tǒng)流程如圖2所示。
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