序批式活性污泥法设计指南日本.docx

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序批式活性污泥法设计指南日本

技术资料

日本标准

序批式活性污泥法设计指南

（草案）

日本下水道事业团主编

1990年版

中国工程建设标准化协会城市给水排水委员会

上海市政工程设计院技术处

室外给水排水设计规范国家标准管理组

1993年7月

第1章定义及适用范围

本指南的对象序批式活性污泥法，是“活性污泥法中曝气及沉淀等单元操作，在单一反应池中按时间有序反复进行的污水处理方式”。

详见“序批式活性污泥法的评价第二次报告书”（以下简称二次报告书）概要篇。

反应池的操作，如下所述：

1.污水流入反应池；

2.开始曝气，活性污泥与污水混合、搅拌，供给氧气，有机物被氧化，被同化；

3.曝气中止，在静止状态下，活性污泥沉淀；

4.固液分离的上清液排出。

用序批式活性污泥法，可省略初次沉淀池和二次沉淀池。

使活性污泥法的设施组成简单化和养护管理易行。

为此，该法主要适用于小规模处理场，由于部分附属设备的改善，有可能作为标准活性污泥法处理设施处理初期水量的对策。

在本法中，根据污水进水方式、有机物负荷的不同、反应池形状的不同，可产生种种改良法。

在本指南中有下列方式：

1.进水方式

反应池中污水的进水方式，有沉淀、排出时污水不流入的间歇流入式和沉淀、排出时污水继续流入的连续式。

2.有机负荷范围

序批式活性污泥法的有机负荷，有利于标准活性污泥法负荷（BOD-SS负荷：

0.2~0.4Kg-BOD/Kg-SSd），用于氧化沟负荷（BOD-SS负荷：

0.03~0.07Kg-BOD/Kg-SSd），以及包括中间范围的广阔负荷。

3.反应池形状

反应池形状可用完全混合型的曝气池，长宽比小的矩形池以及无终端的氧化沟，作为初期对策的设施，可用其他形状。

第2章特征

本法有以下特征：

1.可省去初次沉淀池。

由于不要设二次沉淀池、回流污泥设备等等，与标准活性污泥法比较，设备的构成简单，维护管理方便。

2.污水进水水质和水量的逐时变化由于在进水工序时被均衡化，所以可以稳定地去除有机物。

又不设置流量调节池，有可能对应进水流量某种程度的变化。

3.本法的活性污泥沉淀，是在静止状态或在接近静止状态中进行的，故固液分离很稳定。

4.单一反应池内，在一个周期中，能够设立厌氧、好氧的条件，即使在没有设立厌氧段的情况下，在沉淀排出工艺中，由于溶解氧浓度低，可望生物除营养盐。

此外，在硝化的情况下，可回收碱度。

5.使用深池的情况，与同样的BOD-SS负荷的其他方式相比较，占地面积较小。

6.由于反应池中设置了简易的污泥浓缩区，容易取得2%-3%的浓缩污泥。

第3章设计步骤

序批式活性污泥法的设计步骤，如图3-1所示。

1.基本条件的掌握

在掌握设施设计的必要基本数据中，需确认下列基本条件。

a.设计污水量（现在，将来）

b.进水水质，处理目标水质

c.进水污水量的变动图式

d.处理厂的场地条件

e.处理厂养护管理条件等

序批式活性污泥法，由于污水进水量的变动程度，反应池的安全容量、排出装置能力有所差异，故予先掌握污水进水量的变动图式是必要的。

2.基本事项的讨论和设定

根据处理厂的基本条件、基本数据，研究设定设计的基本事项。

各基本事项，除本指南外，也可参照其他城市的实例来决定。

3.反应池的设计

序批式活性污泥法反应池的容量，与设施运行方法密切相关，运行方法的讨论与反应池的设计应一起考虑。

关于构造尺寸的决定，必须注意处理厂的配置计划，水位的设定必须注意处理厂整体的高程及水位的设计。

4.评价

所设计的设施，不仅要满足功能需要，而且必须考虑处理厂整体的合理性和经济上优越，以及养护管理、初期对策等方面的要求。

在概念设计阶段应进行上列方面的评价，必要时还应按本章2再研究设定设计的基本事项。

5.设施设计

主要设施有反应池，接触池，曝气装置和排出装置等设计。

开始

基本条件的掌握

1.设计污水量（现在，将来）

2.进水水质，处理水质目标

3.污水进水量的变化图式

4.处理厂的场地条件

5.处理厂的养护管理条件

基本事项的讨论和设定

1.处理流程图

2.系列数、反应池数

3.进水方式、排出比

4.设计负荷、MLSS

5.反应池的水深、安全高度

反应池的设计

1.暖气时间

2.沉淀时间一周期时间

3.排出时间

4.循环周数

5.反应池容量、安全容量

6.构造尺寸

7.水位设定（低水位、高水位、最高水位）

评价

用地条件、养护管理否

经济性、初期对策

设施设计

容量计算、水利计算

配置计划

形式、机种的决定

结束

图3-1设计步骤

第4章设计污水量及进水水质

1.设计污水量

1.设计污水量

a.污水处理设施所用的设计污水量，就是设计最大日污水量。

b.计划目标年的设计污水量，可参考各排污源的单位水量，决定整体计划、第一期计划、使用开始时的污水量。

c.污水进水量的逐时变化，须进行讨论研究。

【解说】

（1）用于设计的设计污水量

对于设计污水量，水处理设施以设计最大日污水量计，输水设施以最大时污水量计为原则。

在水处理设施中，反应池流入处的瞬时污水量，由于受中途泵站间歇进水的影响，有必要对此能力或有关水力学的问题作讨论。

此外排出管、接触池、放空管，必须根据排出装置的能力，考虑决定设施的设计能力。

（2）设计污水量的决定

设计污水量应根据处理区域自然的、社会的条件，计划人口以及单位污水量来决定，但是对于给水现状、水源的给水能力、供水计划，也要充分调查以调整设计值。

此外，为了推敲设施的分期建设计划和开始使用时的运转计划，必须掌握实施年的逐年流入污水量及其管渠等的准备计划。

平均日污水量、最大日污水量、最大时污水量的讨论，以《小规模下水道规划、设计指南（草案）》为准。

（3）污水进水量的逐时变化

一般来水小规模的下水道，由于管渠的长度短，生活图式相类似，污水进水量白天的逐时变化大。

为使本法在污水进水负荷变化时能够比较稳定地处理，关于反应池的安全高度、排出装置的能力，可根据入流污水逐时变化来决定。

有必要预先对这种变化的模式进行研究讨论。

此外，宜就服务区域的污水排出源、有中途泵站的情况，泵的排水能力和运行时间，作必要的考虑。

2.设计进水水质

2．设计进水水质

a.设计进水水质，按规定年内排污源的污染负荷量，参考其原单位量来决定，并考虑负荷的变动。

b.水质应掌握BOD,SS,以及其它有关的氮、磷等的水质项目。

【解说】

（1）设计进水水质，随服务区特性而不同，必须作充分研究。

尤其是游览区等，季节和时间不同，进水负荷量的变动。

进水水质，原则上宜根据排污源的负荷量来确定。

又要考虑服务区的特性，可参考现有类似处理厂的入流水质推定。

（2）水质项目

设计进水水质，以BOD5（以下简称为BOD），SS等的有机物作为水质项目。

此外，在排放至湖泊或封闭性水域，规定设计水质目标有氮、磷等目标值的情况下，这些项目亦应调查。

分流制下水道的家庭污水，一般污水进水水质指标如下：

BOD.SS200mg/l

总氮30~40mg/l

磷4~6mg/l

第5章主要的设施与设备

1、设施的组成

1.1设施的组成

a.本法的设施应由配备有曝气装置、上清液排出装置以及其他附属设备的单一反应池所组成。

b.本法原则上不设流量调节池。

【解说】

（1）设施的组成

本法原则上不设初次沉淀池。

该序批式活性污泥法应用于小型污水处理厂的主要原因是设施较简单和维护管理较为集中。

（2）流量调节池

为适应流量的变化，反应池的容积应留有余量或采用设定运行周期等方法。

但是，对于游览地等流量变化很大的场合，应根据维护管理和经济的条件，研究流量调节池的设置。

2、反应池

2．1形状

a.反应池的形式有完全混合型和循环水渠型。

b.完全混合型，水深约为4~6m，池宽与池长之比大约为1：

1~1：

2。

循环水渠的形状，以氧化沟法设计指南（草案）为准。

c.进水装置与排水装置应做到不生产短流，必要时应设置防止短流的导流板。

【解说】

（1）反应池的形式

按照反应池的结构形式大致可分为（a）混合型（b）循环水渠型。

完全混合型有下列特点：

①反应池十分紧凑，占地较少。

②由于池深较深，上清夜排出比的设定可较灵活。

图5-1反应池的形状

另一方面，循环水渠在结构上与氧化沟法的反应池相同，还可适用于作为氧化沟法的初期运行措施，而省去二次沉淀池。

（2）反应池的形状

完全混合型的反应池的形状以矩形为准，池宽与池长之比大致为1：

1~1：

2。

另外，本法的反应池水深有下列特点。

反应池水深过深，基于以下理由是不经济的。

①如果反应池的水深大，排出水的深度相应增大，则固液分离所必需的沉淀时间就会增加。

②由于在序批式活性污泥法中，专用的上清液排出装置受到结构上的限制，上清液排出水的深度不能过深。

另一方面，反应池的水深过浅，基于以下理由也是不希望的。

①排水期间，由于受活性污泥界面以上的最小水深限制，排出比就不能设定的过大。

②序批式活性污泥法与其他的BOD-SS负荷相同的处理方式相比，其优点是用地面积较少。

考虑了以上各点，完全混合型的水深规定为4~6m。

循环水渠型以氧化沟为准规定为1~3m。

（3）进水及排水装置

连续进水维护管理较为容易，但在沉淀和排水期间，由于污水的进入会使活性污泥上浮以及与处理后的出水相混合，因此，可能会造成出水水质的恶化。

为了防止水质的恶化，必须采取设置导流等防止短流的措施。

对于间歇进水式的设施中，逐时变化大的情况下，由于在沉淀和排水期时污水的进入，因此，也必须采用与连续式相同的措施。

2.2池数

反应池的数量原则上为2个以上。

【解说】

反应池的数量，考虑到清洗和检修等情况，原则上设2个以上。

但水量的规模较小而设2个以上又变得不够经济时（小于500m3/d），或者投产初期污水量较少时，也可建一个池。

使用单个池进行运行时，原则上应采用低负荷连续进水的方式。

另外，当在设施设计时，必须充分注意未预计水的渗入。

2.3结构

完全混合型的结构以钢筋混凝土建造为准。

循环水渠型的结构以氧化沟设计指南（草案）为准。

【解说】

结构的确定应考虑：

1.抗外力的安全性；

2.水密性；

3.耐久性；

4.抗浮安全性等因素，但用完全混合型时，应以钢筋混凝土建造为准。

2.4设计参数

序批式活性污泥法的设计参数，必须考虑处理厂的地域特性和设计条件（用地面积、维护管理、处理水质指标等），适当地确定。

用于设施设计的设计参数应以下值为准。

项目

参数

BOD-SS负荷（Kg-BOD/Kg-SSd）

0.03~0.4

MLSS（mg/l）

1500~5000

排出比（l/m）

1/2~1/6

安全高度：

ε（cm）

（活性污泥界面以上的最小水深）

50以上

【解说】

序批式活性污泥法是一种根据有机物负荷的不同而从低负荷（相当于氧化沟法）到高负荷（相当于标准活性污泥法）的范围内都可运行的方法。

序批式活性污泥法的BOD-SS负荷，由于将曝气时间作为反应时间来考虑，所以，可如公式

（1）那样来定义。

BOD-SS负荷=

……………

（1）

式中：

Qs：

污水进水量（m3/d）

Cs：

进水的平均BOD5（Mg/l）

CA：

曝气池内混合液平均MLSS浓度（Mg/l）

V：

曝气池容积（m3）

e:

曝气时间比

（一）

n：

周期数

TA：

1个周期的曝气时间

序批式活性污泥法的负荷条件是根据每个周期内，反应池容积对污水进水量之比和每日的周期数来确定的。

此外，在序批式活性污泥法中，因池内容易保持较好的MLSS浓度，所以，通过MLSS浓度的变化，也可以调节有机物负荷。

进一步说，由于曝气时间容易调节，故通过改变曝气时间，也可以调节有机物负荷。

多周期数少

大

处

理高负荷运行

水（脱磷）（促进硝化）

的

排（硝化、脱氮）低负荷运行

比（硝化、脱氮）

小

图5-2周期数与排出比的不同组合所获得的不同的有机物的负荷条件

在以脱氮和脱磷为对象时，除了有机物负荷之外，还必须对排出比、周期数、每日曝气时间等进行研究。

图5-2显示出不同周期数和排出比的组合所产生的不同的负荷条件和处理特性。

高负荷运行和低负荷运行的各种特性和适用性如表5-1所示。

表5-1不同负荷条件下的特征

有机物负荷条件（进水条件）

高负荷运行

低负荷运行

间歇进水

间歇进水·连续进水

运

行

条

件

BOD-SS负荷

0.1~0.4

（KgBOD/KgSS·d）

0.03~0.1

（KgBOD/KgSS·d）

周期数

大（3~4）

小（2~3）

排出比

大（1/4~1/2）

小（1/6~1/3）

处理特性

有机物去除

处理水BOD﹤20mg/l

与高负荷比较，

去除率比较高

参照图5-3

脱氮

比低负荷药低

高

参照图5-4

脱磷

高

比高负荷要低

参照图5-5

污泥产量

多

少

维护管理

抗负荷变化性能比低负荷差

对负荷变化的适应性强，运行的灵活性高

用地面积

反应池容积小，

省地

反应池容积大，需较大的用地

适用范围

能有效地处理中等规模以上的污水

适用于处理规模约为2000m3/d以上的设施

适用于小型污水处理厂，处理规模约为2000m3/d以下

适用于需要脱氮的设施

在用地面积受到限制的设施中，适宜于高负荷运行，而在进水流量少负荷变化大的小规模设施中，最好是低负荷运行。

因此，有效的方式是在投产初期按低负荷运行，而随着进水量的增加，也可按高负荷运行。

反应池设计的顺序如图5-6所示。

BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）

图5-3BOD-SS负荷与处理水的BOD5及其BOD5去除率的关系

BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）

图5-4BOD-SS负荷与处理水的BOD5及其BOD5去除率的关系

[第2次报告书]

BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）

图5-5BOD-SS负荷与处理水的T-P浓度与T-P去除率的关系

[第2次报告书]

开始

外部条件

污水量的变化模式

污水进水量

（设计日最大污水量-m3/d）q

污水进水

BOD（mg/l）Cs

水温（℃）t

设定条件

1个系列的反应池数量（池）N

反应池水深（m）H

排出比l/m

MLSS浓度（mg/l）CA

处理水质的指标

BOD-SS负荷

（KgBOD/KgSS·d）LS活性污泥界面的沉降速度

（对于处理水质设定的BOD-SS负荷）Vmax=7.4×104×t×CA－1.7

（MLSS3000mg/l以下）

或

曝气时间Vmax=4.6×104×CA－1.28

（TA）（MLSS3000mg/l以上）

24×CS

TA=

LS×m×CA

（小时）

沉淀时间

（Ts）

H×（l/m）＋ε

Ts=

Vmax

（小时）

（接下页）

（接上页）排水时间

（TD—小时）

·排水量

一个周期所需时间·排水装置的溢流负荷

（TC－小时）可根据台数等求得

TC≥TA＋TS＋TD

周期数

（n）

n=24/TC

反应池容量

（V-m3）

m

V=×q

n×N1个周期的最大

进水量比

（r）

超过反应池容

量污水进水量

（△q－m3）

r－1

△q=×V

m在沉淀和排水期中

可接纳的污水量

（△q′）

反应池的必需

安全容量

（△V）

△V=△q－△q′

或

△V=m×（△q－△q′）

修正后的反

应池容量

（V′－m3）

V′=V（△V≤0时）

V′=V＋△V（△V＞0时）

结束图5-6序批式活性污泥法反应池容量计算的程序

现就图5-6的程序作如下的说明。

（1）先决条件

如图5-7所示，序批式活性污泥法的一个运行周期由进水、曝气、沉淀和排水等工序所组成，一个周期所需的时间就是上述各工序所需时间的总和。

进水

曝气沉淀排水

图5-71个周期内的各工序

以1个系列几个池作为单元，连续地将污水流入池内，并依次地对各池的污水进行处理。

假设在进水期中以不进行沉淀和排水为先决条件，那么各工需所需的时间必须满足下列条件：

T≥TA＋TS＋TD………………

（2）

TF=T/N………………（3）

TS＋TD≤T－TF………………（4）

式中T：

1个周期的所需时间（h）

TF：

进水时间（h）

TA：

曝气时间（h）

TS：

沉淀时间（h）

TD：

排出时间（h）

N：

每1个系列的反应池数量

（2）各工序所需时间的计算

根据公式

（2），每1周期的最小所需时间为TA＋TS＋TD，故在下面就有关TA、TS、TD的计算方法加以说明。

1曝气时间

序批式活性污泥法的BOD-SS负荷（LS）列如公式

（1），由于：

故可用公式（5）来替代。

…………………（5）

由于曝气时间比

，每1个周期的曝气时间（TA）可由公式（5）转化成公式（6）求得。

…………………（6）

式中n：

周期数（周期/日）

CS：

污水进水的平均BOD5（mg/l）

LS：

BOD-SS负荷（Kg-BOD5/Kg-SS·d）

1/m：

排出比

CA：

反应池内混合液的平均MLSS浓度（高水位时）（mg/l）

因此，如果给出BOD-SS负荷、排出比、进水BOD和MLSS的浓度，则每一周期的必需曝气时间可以由公式（6）求出。

2沉淀时间

关于活性污泥界面的沉降速度和MLSS浓度以及水温的关系，可用公式（7）（8）进行预测。

Vmax=7.4×104×t×CA-1.7（MLSS浓度≤3000mg/l）…………（7）

Vmax=4.6×104×CA-1.26（MLSS＞3000mg/l）…………（8）

式中Vmax：

活性污泥界面的初期沉降速度（m/h）

t：

水温（℃）

CA：

开始沉降时的MLSS浓度（mg/l）

……………（9）

必需的沉淀时间（TS）可用公式（9）求得。

式中H：

反应池的水深（m）

1/m：

排出比

ε：

活性污泥界面上的最小水深（m）

Vmax：

活性污泥界面的初期沉降速度（m/h）

公式（9）可在确定活性污泥界面的恒速沉降区间的排出比范围之内使用。

3排水时间

在排水期中，就单次必需排出的处理水来说，每一周期的排水时间可以通过增加排水装置的台数或扩大溢流负荷来缩短。

另一方面，为了减少排水装置的台数和减小加氯混和池或排水槽的容量，必须将排水时间尽可能放长。

排水

进水进水

No.1

1个周期

排水进水排水

No.2

1个周期

图5-8序批式活性污泥法的进水和排水关系

（1个系列2池情况）

在标准活性污泥法中，每单位时间的污水进水量和处理水量相同。

但序批式活性污泥法中，如图5-8所示，由于每一周期的进水时间和排水时间不相同，故每单位时间的处理水的排出量与前者相比有很大的不同。

假设加氯混合池和排水槽的容量与每单位时间的出水量成正比，那么，这些容量就应该如表5-8的实例那样，随排水的时间而变化。

此外，采用处理水以贴近水面的排水方式，可以将一部分沉淀期当作排水期或一部分排水期作为沉淀期。

（3）反应池容量的计算

假设每个系列的污水量为q，则在各个周期中进入反应池的污水量为q/n×N。

然而，各反应池的容量可按公式（10）求得。

式中V：

各反应池的容量（m3）

1/m：

排出比

n：

周期数（周期/d）

N：

每1系列的反应池数量

q：

每1系列的污水进水量（设计最大日污水量）（m3/d）

由于1个周期的最小需要时间按TA＋TS＋TD计算，故周期数n可由公式（11）进行设定。

………………………（11）

式中，周期数n最好是用1、2、3、4等整数值。

（3）对进水量变化的研究

从已求得的一个周期所需时间和反应池数量可求出进水时间。

污水进水量变化的图表是设定最小进水时间时相对应的各周期进水量变化，从中计算出1个周期的最大进水量变化比。

图5-9为计算最大进水量变化比的实例。

图中，最大进水量变化比为各周期的平均污水量（设计最大日污水量×1个周期的进水时间）对1个周期的最大污水量之比。

由最大进水量变化和公式（10）计算的反应池容量（V）可以用公式（12）计算反应池容量V对超出该容量的△q之比。

图5-9污水进水量的变化模式的实例（舞鹤市野原污水处理厂）

………………（12）

式中△q：

超出反应池容量的污水进水量（m3）

r：

1个周期的最大进水量变化比

：

排出比

如将公式（12）制成图表，可如图5-10所示。

0.5

0.4

=

11

0.3m2

=

11

0.2m3

11

m5

=

11

=

=

0.1m4

1.01.21.41.61.82.01个周期的流量

变化比（r）

图5-10周期的变化比和设定水位溢流量的关系

（第2次报告书）

对最大流量变化比，如果别的反应池在沉淀和排水期能接纳，则公式（10）所设定的反应池容量足够；当别的反应池在沉淀和排水期接纳有困难时，则必须在反应池的容积上加上安全量。

反应池容积的必需安全量可用公式（14）计算。

反应池的修正容量可用公式（15）计算。

反应池的安全量可有留在高度方向和留在水平方向二种，如果沉降时间没有问题，选择缩小设施的容积，把安全量留在高度方向是较经济的。

△V=△q－△q′安全量留在高度方向时………（13）

△V=m×（△q－△q′）安全量留在水平方向时………（14）

V′=V＋△V………（15）

式中V′：

各反应池修正后的容量（m3）

△V：

反应池的必须安全量（m3）

△q′：

在沉淀和排水期允许接纳的容量（m3）

反应池设定水位的概念如图5-11所示。

（5）连续进水式的场合

以反应池为1个，可按照上述同样的设计方法进行设计，但所需时间应满足于公式

（2）。

还有，要去除生物营养盐类的场合，必须另作研究。

水池池顶

H.H.W.L（报警溢流水位）h4

H.W.L（峰值水位）h3

M.W.L（标准水位）h2

L.W.L（排水结束时水位）h1

污泥界面hs

·L.W.L通过排水装置将处理水排结束时的水位

·M.W.L1个周期的平均污水进水量（最大日污水量的日平均进水量）进水结束后的水位。

·H.W.L1个周期的最大污水进水量进水结束后的水位

·H.H.W.L对应于超过1个周期设计最大污水进水量时的进水水位，当一达到这个水位就要报警，在别的池进行溢流。