MBR生物系统过程设计方法

MBR生物系统过程设计方法

过程设计（Process Design）”是指在工程领域中，为实现某一特定化学、物理或生物过程目标，对系统运行过程中的全过程进行计算，以保证项目在投入使用后达到预期目标。它是工程设计的核心环节之一，广泛应用于化工、环境工程、水处理、能源等行业。然而，大多数项目对生化系统的设计是基于结果的设计，没有在设计中计算整个生化过程，这是不科学的。本文分享MBR生物系统过程设计方法，供水处理人士参考。

一、设计流程

MBR生物系统的过程设计如下图所示。

二、好氧区设计方法

1. 好氧区污泥龄计算方法

式中：Θ_x,aer 为好氧区污泥龄，d；SF 为安全系数，一般取1.5~2.0；μ_n 为硝化菌的比生长速率，/d，可按下式计算。式中：μ_n,m 为硝化菌的最大比增长速率，/d，典型值为0.75 /d；Ne为出水氨氮浓度，g/m?；Kn 为氨氮半饱和常数，g/m?，典型值为0.74 g/m?；DO 为溶解氧浓度，g/m?；Ko 为溶解氧半饱和常数，g/m?，在0.3~1.0 g/m?之间；ke,n 为内源呼吸速率，/d，典型值为0.08 /d。

2. 基于污泥龄计算生物量（污泥产量）

（1）计算生物污泥量

式中：MX,bio 为生物污泥量，其是由有机物和硝化菌产生的，g/d；Q 为进水量，m?/d；Y 为异养菌产率（有机物降解的产泥系数），gVSS/gCOD，典型值为0.4 gVSS/gCOD；Yn 为自养菌产率（硝化菌产泥系数），gTSS/gN，典型值为0.12 gTSS/gN；S0 为进水BOD5浓度，g/m?；Se 为出水BOD5浓度，g/m?；fd 为内源衰减部分中形成可保留生物量的比例，在0.1~0.2之间；ke 为异养菌的内源呼吸速率，/d，典型值为0.12 /d；NOX 为被氧化的氨氮负荷（好氧区出水硝酸盐氮浓度），g/m?，可按下式计算。

（2）计算总的污泥量式中：MX,TSS 为总的污泥产量，g/d；nbVSS 为进水中不可降解的挥发性悬浮固体浓度，g/m?；iTSS 为进水中无机悬浮固体（如泥沙、金属氧化物），g/m?，可按下式计算。式中：TSS 为进水总悬浮固体浓度，g/m?；VSS 为进水中可降解的挥发性悬浮固体浓度，g/m?。

3. 基于污泥浓度计算好氧区容积

式中：Vaer 为好氧区容积，m?；Xaer 为好氧区污泥浓度（MLSS），g/m?，可按下式计算。式中：Xm 为整个系统（缺氧-好氧）的平均MLSS，g/m?；rmr 为好氧区容积占整个系统容积的比例。三、缺氧区设计方法

1. 确定回流比

式中：NOe 为缺氧区出水硝酸盐氮的浓度，g/m?。

2. 计算缺氧区具有反硝化能力的活性污泥浓度式中：Xb,anox 为缺氧区具有反硝化能力的活性污泥浓度，g/m?。

3. 计算缺氧区硝酸盐氮负荷式中：NOloading 为缺氧区硝酸盐氮负荷，g/d。

4. 计算食微比式中：F/Mb 为缺氧区食微比，gBOD5/gTSS；Vanox 为缺氧区容积，m?。

5. 确定比反硝化速率根据下图查取比反硝化速率（SDNR，gNO3/gbiomass·d）。6.计算反硝化能力式中：NOr 为缺氧区的反硝化能力，g/d，即每天能去除硝酸盐氮的能力，将NOr 与NOloading 做比较，若NOr ＜NOloading ，则需要调整缺氧区HRT，重新进行迭代计算。

四、供氧系统设计方法

1. 计算需氧量

式中：M0 为需氧量，kg/d；NOe 为出水硝酸盐氮的浓度，g/m?。

2. 计算满足生化需求的空气流量

式中：QA,b 为满足生化需求的空气流量，Nm?/h；ρA为空气密度，kg/m?；SOTEfine 为标准氧转移效率，%/m，对于微气泡曝气取0.05，对于粗气泡为0.02；yfine为曝气器深度，m，对于微气泡曝气取5，对于粗气泡为2.3；QA,m 为空气中氧气的占比，%；α 为悬浮固体校正系数；β 为盐度校正系数，对于市政污水，在0.95~0.99之间，对于含盐工业废水在0.85~0.95之间，对于高浓盐水，在0.75~0.85之间；Φ 为温度校正系数；α 和Φ 可按下两式计算。式中：ω_x为混合液悬浮固体浓度（MLSS）对氧转移效率（α）的影响系数，对于微气泡曝气在0.10~0.15之间，对于粗气泡在0.15~0.25之间。

总结

本文所述方法为同时脱除碳、氮污染物的MBR系统过程设计，也适用于缺氧-好氧生化系统设计，如有除磷需求，应在前端设置缺氧区。