SBR工艺试验研究 - 土木工程网

简介： 为了探讨SBR工艺设计和运行参数的影响因素，在4个有效容积为18升的SBR反应器内进行了试验研究。试验结果表明：SBR工艺能在较高的MLSS情况下运行并获得较稳定的处理效果，并具有耐冲击负荷能力。
关键字：SBR工艺生物处理生物降解过程

1 前言

　　序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）是一种间歇式活性污泥法。该方法将污水处理的曝气及沉淀等单元操作工序在一个反应池中按时间顺序反复进行。SBR工艺中各个处理过程的运行时间、反应池中混合液的浓度以及运行状况等都可根据进出水水质与运行功能要求等灵活掌握，只要有效地控制与变换各阶段的操作时间，就可以获得不同的污水处理效果。国内外对SBR法研究的结果表明该工艺具有下列一些优点：工艺简单，多数情况下不必设调节池和初沉池，从而节省费用；SBR反应池生化反应推力大，处理效率高；运行方式灵活可靠，管理简单；脱氮除磷效果好；反应池中污泥活性高；沉降性能好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强；工作稳定性好。SBR工艺的许多优点正是连续流活性污泥法所无法克服的缺点。SBR法适应的进出水水质要求变化范围较大，不仅适合于城市生活污水的处理，而且适合于不同的工业废水处理。因此，国际上近年来SBR法的研究随着污水治理标准的提高，越来越引起人们的重视。
　　本研究重点探讨SBR工艺处理的主要技术参数，考察各种参数对处理效果的影响，分析SBR工艺的生物降解过程。

2 试验

2.1 试验流程及设备
　　试验工艺流程在图1中给出。试验以四个直径200mm、高1000mm的有机玻璃柱作为四个SBR反应池。取保护高0.3m，则每个反应池的有效容积约18L。每个反应池前侧设七个排水口，以便在不同高度排水，每个反应池底部设有排泥口。曝气器采用微孔管。配水在配水箱中进行，然后通过水泵提升到高位水箱，通过进水流量计控制进水水速和水量，使原水按试验进水要求流入SBR反应池。供氧通过空气压缩机提供，供气量通过空气流量计来调节。处理后的出水通过SBR反应池前侧排水口排出，剩余污泥从底部排泥口排出。
2.2 试验水源
　　为了保证试验中进水浓度的控制并考虑到试验水源获取的实际问题，在试验中原水采用配水。配水所用药剂为：葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾、三氯化铁、氯化钙和硫酸镁。所配水质根据试验目的和要求配成，代表性的进水水质COD_Cr为300～600mg/l；BOD_Cr为140～360mg/l；总氯为27～40mg/l；氨氮为25～35mg/l；总磷为5～11mg/l。

2.3 试验运行情况
　　1996年8月从高碑店污水处理厂取回流污泥进行培养，20天后（8月26日）开始试运行，一周后开始正式运行。共进行了5个工况的实验，运行周期分别为6h、8h和12h。试验工况和运行的参数详细情况已在表1中给出。

**运行工况和运行参数表1**
工况	周期 (h)	进水 (h)	曝气 (h)	沉淀 (h)	排水 (h)	闲置 (h)	MLSS (g/l)	沉降比 (%)	充水比	SVI (ml/g)	曝气期污泥负荷Ns (kgBOD5/kgMLSS·d)
CS1	12	1.5	7.5	2.0	0.5	0.5	3.68	21.0	0.60	57	0.1226
CS2	8	0.5	4.0	2.0	1.0	0.5	4.18	15.8	0.60	38	0.2647
CS3	6	1.0	3.0	1.5	0.5	_	5.23	19.7	0.60	38	0.2607
CS4	6	1.0	2.5	1.0	0.5	1.0	6.06	22.0	0.60	36	0.2708
CS5	8	1.5	4.0	2.0	0.5	_	9.14	18.4	0.60	31	0.1277

　　由于SBR工艺间歇运转的特殊性，连续流活性污泥法中许多参数和概念在这里或失去意义或需要作必要的改动。如表中给出的曝气期污泥负荷在SBR工艺中定义为：

　　Ns=(Q0·L0)/(e·MLSS·V)

　　这里Q₀为进水量（m³/d）； L₀为进水BOD₅浓度（mg/l）；MLSS为混合液悬浮物质浓度（mg/l）；V为SBR反应池有效容积（m³）；e为每天曝气时间所占的比例。显然，公式（1）与普通活性污泥法中污泥负荷计算公式主要差异发生在系数1/e。因为在SBR工艺中反应池的活性污泥在曝气之外的沉淀、闲置和进水（无搅拌作用和不曝气情况下）并没有与水中有机物充分混合反应。由于e一般＜1，通常在0.5～0.75之间，所以SBR工艺中所定义的曝气期污泥负荷比连续流活性污泥法中所定义的污泥负荷通常要大的多。关于连续流活性污泥法中的其它参数的概念和意义的变化，在本文中将不再论述。
2.4 化验
　　化验主要是在本所化验室中进行，COD_Cr、BOD₅、总氮、氨氮、总磷和MLSS等主要参数每周每池测3－5次。除外，值班人员每周期每池测量沉降比、DO、pH值、进出水水温和环境温度、记录充水比和供气量。由于原水是化学药品配制而成，所以原水和出水中SS的数值都很低，测量几次后，停止了测量。同时还进行了大量的总固体和MLVSS的测量等。

3 试验结果及分析

3.1 SBR法的处理效果
　　在所试验的原水浓度情况下，不同工况条件下的试验结果已在表2中给出。由表2可知，除在工况CS4条件下COD_Cr平均去除率在90％以下外，其它各个工况COD_Cr去除率都在90％以上，一般都在95％左右；平均BOD₅的去除率都高达97％以上；平均总氮的去除率在71.0～78.5％之间；氨氮的平均去除率变化范围较大，在83.5％和97.6％之间；总磷的平均去除率都在92.5％以上。

**各种工矿下的处理效果** 表2
工况	COD_Cr			BOD₅			总氮			氨氮			总磷
工况	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %
CS1	375.8	15.4	95.9	234.9	2.27	99.0	29.8	6.44	78.4	26.3	0.63	97.6	7.41	0.43	94.0
CS2	444.9	18.7	95.8	307.4	2.25	99.3	28.9	7.01	75.7	28.2	1.35	95.2	6.31	0.33	94.8
CS3	422.7	18.7	95.6	284.0	3.27	98.9	30.4	8.81	71.0	26.9	3.40	87.4	7.08	0.51	92.8
CS4	496.4	64.1	87.1	284.9	7.79	98.3	34.2	9.39	72.6	32.0	5.29	83.5	6.51	0.14	97.8
CS5	533.2	51.4	90.4	324.3	9.04	97.2	39.8	10.08	74.7	32.6	3.64	88.8	6.35	0.44	93.0

3.2 SBR法的耐冲击负荷能力
　　SBR法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程，但是就反应池本身的混合状态仍属于典型的完全混合式曝气反应池，而完全混合式比推流式曝气反应池耐冲击负荷能力强。另一方面SBR法在沉淀阶段属于静止沉淀，加之污泥沉降性能好不需要污泥回流，反应池中MLSS浓度一般较高。因此SBR法在理论上处理效果要比连续流活性污泥法稳定。为了试验SBR法的耐冲击负荷能力，在试验中，分别于1996年10月24日使进水浓度COD_Cr突然从500mg/l左右上升到1260mg/l左右，10月25日和26日仍按原进水浓度进水，10月27日又将进水COD_Cr提高到1915mg/l，以后恢复正常进水浓度。BOD₅、总氮、氨氮和总磷都做了类似于COD_Cr浓度的提高。表3给出了受进水水质冲击后连续几天的出水情况。试验结果发现：1996年10月25日和26日两天出水水质较差（表中没有给出），10月28日出水仍高于正常出水水质，10月29日出水水质基本达到正常。可见，受进水水质冲击后约3～4天SBR系统已开始稳定。

**耐水质冲击负荷试验结果** 表3
日期	COD_Cr			BOD₅			总氮			氨氮			总磷
日期	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %	原水 mg/l	出水 mg/l	去除率 %
96.10.28	559.2	57.3	89.8	246.9	10.80	95.6	46.99	24.80	47.2	39.35	23.35	40.7	9.66	1.91	80.2
96.10.28	507.0	37.2	92.7	380.0	12.90	96.6	37.7	2.76	92.6	31.86	0.52	98.4		0.66
96.10.30	477.0	38.0	92.0	363.2	5.95	98.4	36.83	2.75	92.5	33.86	0.23	99.3	7.89	0.64	91.9
96.10.31	505.0	25.7	94.9	307.0	6.49	97.9	38.29	3.90	89.8	32.14	0.20	99.4	6.35	0.30	95.3

3.3 曝气时间对处理效果的影响
　　SBR法属于生物化学处理方法，生物化学处理废水主要是依靠微生物氧化分解有机物并将其转化为无机物的能力。为此，需要人工创造有利于微生物生命活动的环境，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有机物效率。所以所有的活性污泥法都需向污水中不断注入空气，以保持水中有足够的溶解氧，在污水中形成微生物絮凝体。因此，曝气是否充足与处理效果在一定的条件下关系较大。另一方面，充气时间过长会增加能耗，从而增加处理费用，同时也可能会导致污泥膨胀，影响沉淀分离过程，使出水水质变差。从试验结果（见表2）看：如果曝气时间小于周期的50％（工况CS4），出水中COD_Cr的去除率会明显降低。从5个工况的处理结果分析中可以得到：为了保证出水水质，曝气时间至少应占整个周期的50％以上。
3.4 混合液浓度和污泥负荷对处理效果的影响
　　从表1和表2中可以得到混合液浓度（MLSS）和污泥负荷对出水效果的影响。在试验的5个工况中，MLSS的变化范围在3680mg/l到9140mg/l之间，曝气期污泥负荷变化在0.1226到0.2708之间，然而处理效果变化并不大。说明在试验的MLSS和污泥负荷范围内，MLSS和污泥负荷与处理效果之间并不存在明显的关系。即使MLSS高达9140mg/l情况下，COD_Cr去除率仍为90.4％，BOD₅去除率为97.2％，总氮去除率为74.7％，氨氮的去除率为88.8％，总磷的去除率为93.0％。

4 污染物的降解过程

　　为了考察SBR反应器中主要污染物浓度随时间的变化，了解污染物的降解过程，进行了为期三个月的污染物降解过程的试验。根据上述各个工况的结果分析，选定周期为8h，周期时间分配为：进水1h，采用限性曝气进水方式；曝气为4h，沉淀2h，排水0.5h，闲置0.5h。试验期间共进行了四次降解过程的测试。运行期间各参数的平均值如下：原水水温18.1℃，沉降比54.4％，充水比0.61，MLSS为7577mg/l，原水COD_Cr为559.2mg/l，BOD₅为369.7mg/l，总氮为33.41mg/l，氨氮为31.55mg/l，总磷为9.22mg/l，SVI为72ml/g，曝气期污泥负荷为0.179kgBOD₅/kgMLSS·d，运行结果已在图2中给出。由图2可知COD_Cr、BOD₅、总氮、氨氮和总磷在充水阶段都是基质积累过程，到进水结束，曝气开始前反应池中的污染物浓度分别达最大值，COD_Cr最大值为469.8mg/l，是原水浓度的84％左右；BOD₅最大值为230.52mg/l，是原水的62.4％；总氮最大值为28.62mg/l，是原水浓度的85.7％；氨氮的最大值为27.83mg/l，是原水浓度的88.2％；总磷的最大值为8.38mg/l，是原水浓度的90.8％。在充水阶段污水中污染物的去除率主要是依靠活性污泥凝聚和吸附作用而进行。当开始曝气后，污染物浓度迅速降低，曝气开始后2小时COD_Cr已降到25mg/l以下，BOD₅已降到6mg/l以下，氨氮已降到1.5mg/l以下，然而总氮和总磷仍保持在较高的浓度，还没有达到出水水质，以后所有的污染物降低速率变慢。总氮在沉淀出水后达最小值。从上面分析可以得知：若仅考虑COD_Cr和BOD₅的去除，通常情况下曝气2小时就可保证COD_Cr和BOD₅达到出水要求。若考虑氮和磷的去除，至少应当曝气4小时。在污染物降解过程中，COD_Cr，BOD₅降解速度较快，处理效率相当好，氨氮和总磷去除速率次之，处理效果也相对稳定。总氮的降低速率最慢，处理效果也比其它几个污染成份差一些，但可以达到70％以上。

5 结论

　　① 小试结果表明：SBR工艺处理效果较好，其COD_Cr去除率一般可达90％以上，BOD₅去除率可达95％以上，总氮去除率可达70％以上，氨氮的去除率可达85％以上，总磷的去除率可达90％以上。
　　②SBR工艺可在较高的MLSS情况下运转，处理效果较稳定，并且氮、磷的去除率也较高。但在一定的范围内MLSS和污泥负荷对SBR的出水效果影响不明显。
　　③SBR法具有耐冲击负荷能力，当进水浓度突然提高2.5～3倍时，大约3～4天后处理系统就可以达到稳定，出水水质可恢复到原来的水平。
　　④ COD_Cr和BOD₅随时间的降解速度较快，而总氮随时间的降解速率较慢。若处理中仅考虑COD_Cr和BOD₅的处理效果曝气时间可减少为2h，以达到节能目的；若考虑氮和磷的去除，至少应当曝气4小时。

参考文献
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　　［2］日本下水道事业主编：序批式活性污泥法设计指南，1990
　　［3］张大群，王秀朵：SBR工艺新DAT－IAT法及新型滗水器，中国给水排水，第12卷第1期，26－29，1996
　　［4］王国生：间歇活性污泥法述评，给水排水，第15卷第1期，40－44，1989
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