方先金

　　【摘要】 為了探討SBR工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)的影響因素，在4個(gè)有效容積為18升的SBR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：SBR工藝能在較高的MLSS情況下運(yùn)行并獲得較穩(wěn)定的處理效果，并具有耐沖擊負(fù)荷能力。
　　【關(guān)鍵詞】 SBR工藝 生物處理 生物降解過(guò)程

1 前言

　　序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）是一種間歇式活性污泥法。該方法將污水處理的曝氣及沉淀等單元操作工序在一個(gè)反應(yīng)池中按時(shí)間順序反復(fù)進(jìn)行。SBR工藝中各個(gè)處理過(guò)程的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)池中混合液的濃度以及運(yùn)行狀況等都可根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)與運(yùn)行功能要求等靈活掌握，只要有效地控制與變換各階段的操作時(shí)間，就可以獲得不同的污水處理效果。國(guó)內(nèi)外對(duì)SBR法研究的結(jié)果表明該工藝具有下列一些優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，多數(shù)情況下不必設(shè)調(diào)節(jié)池和初沉池，從而節(jié)省費(fèi)用；SBR反應(yīng)池生化反應(yīng)推力大，處理效率高；運(yùn)行方式靈活可靠，管理簡(jiǎn)單；脫氮除磷效果好；反應(yīng)池中污泥活性高；沉降性能好，能有效地防止污泥膨脹，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；工作穩(wěn)定性好。SBR工藝的許多優(yōu)點(diǎn)正是連續(xù)流活性污泥法所無(wú)法克服的缺點(diǎn)。SBR法適應(yīng)的進(jìn)出水水質(zhì)要求變化范圍較大，不僅適合于城市生活污水的處理，而且適合于不同的工業(yè)廢水處理。因此，國(guó)際上近年來(lái)SBR法的研究隨著污水治理標(biāo)準(zhǔn)的提高，越來(lái)越引起人們的重視。
　　本研究重點(diǎn)探討SBR工藝處理的主要技術(shù)參數(shù)，考察各種參數(shù)對(duì)處理效果的影響，分析SBR工藝的生物降解過(guò)程。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)流程及設(shè)備
　　試驗(yàn)工藝流程在圖1中給出。試驗(yàn)以四個(gè)直徑200mm、高1000mm的有機(jī)玻璃柱作為四個(gè)SBR反應(yīng)池。取保護(hù)高0.3m，則每個(gè)反應(yīng)池的有效容積約18L。每個(gè)反應(yīng)池前側(cè)設(shè)七個(gè)排水口，以便在不同高度排水，每個(gè)反應(yīng)池底部設(shè)有排泥口。曝氣器采用微孔管。配水在配水箱中進(jìn)行，然后通過(guò)水泵提升到高位水箱，通過(guò)進(jìn)水流量計(jì)控制進(jìn)水水速和水量，使原水按試驗(yàn)進(jìn)水要求流入SBR反應(yīng)池。供氧通過(guò)空氣壓縮機(jī)提供，供氣量通過(guò)空氣流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)。處理后的出水通過(guò)SBR反應(yīng)池前側(cè)排水口排出，剩余污泥從底部排泥口排出。
2.2 試驗(yàn)水源
　　為了保證試驗(yàn)中進(jìn)水濃度的控制并考慮到試驗(yàn)水源獲取的實(shí)際問(wèn)題，在試驗(yàn)中原水采用配水。配水所用藥劑為：葡萄糖、硫酸銨、磷酸二氫鉀、三氯化鐵、氯化鈣和硫酸鎂。所配水質(zhì)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵笈涑?，代表性的進(jìn)水水質(zhì)COD_Cr為300～600mg/l；BOD_Cr為140～360mg/l；總氯為27～40mg/l；氨氮為25～35mg/l； 總磷為5～11mg/l。

2.3 試驗(yàn)運(yùn)行情況
　　1996年8月從高碑店污水處理廠取回流污泥進(jìn)行培養(yǎng)，20天后 （8月26日）開(kāi)始試運(yùn)行，一周后開(kāi)始正式運(yùn)行。共進(jìn)行了5個(gè)工況的實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行周期分別為6h、8h和12h。試驗(yàn)工況和運(yùn)行的參數(shù)詳細(xì)情況已在表1中給出。

運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù) 表1 工況 周期
(h) 進(jìn)水
(h) 曝氣
(h) 沉淀
(h) 排水
(h) 閑置
(h) MLSS
(g/l) 沉降比
(%) 充水比 SVI
(ml/g) 曝氣期污泥負(fù)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工藝間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的特殊性，連續(xù)流活性污泥法中許多參數(shù)和概念在這里或失去意義或需要作必要的改動(dòng)。如表中給出的曝氣期污泥負(fù)荷在SBR工藝中定義為：

　　Ns=(Q0·L0)/(e·MLSS·V)

　　這里Q₀為進(jìn)水量（m³/d）； L₀為進(jìn)水BOD₅濃度（mg/l）；MLSS為混合液懸浮物質(zhì)濃度（mg/l）；V為SBR反應(yīng)池有效容積（m³）；e為每天曝氣時(shí)間所占的比例。顯然，公式（1）與普通活性污泥法中污泥負(fù)荷計(jì)算公式主要差異發(fā)生在系數(shù)1/e。因?yàn)樵赟BR工藝中反應(yīng)池的活性污泥在曝氣之外的沉淀、閑置和進(jìn)水（無(wú)攪拌作用和不曝氣情況下）并沒(méi)有與水中有機(jī)物充分混合反應(yīng)。由于e一般＜1，通常在0.5～0.75之間，所以SBR工藝中所定義的曝氣期污泥負(fù)荷比連續(xù)流活性污泥法中所定義的污泥負(fù)荷通常要大的多。關(guān)于連續(xù)流活性污泥法中的其它參數(shù)的概念和意義的變化，在本文中將不再論述。
2.4 化驗(yàn)
　　化驗(yàn)主要是在本所化驗(yàn)室中進(jìn)行，COD_Cr、BOD₅、總氮、氨氮、總磷和MLSS等主要參數(shù)每周每池測(cè)3－5次。除外，值班人員每周期每池測(cè)量沉降比、DO、pH值、進(jìn)出水水溫和環(huán)境溫度、記錄充水比和供氣量。由于原水是化學(xué)藥品配制而成，所以原水和出水中SS的數(shù)值都很低，測(cè)量幾次后，停止了測(cè)量。同時(shí)還進(jìn)行了大量的總固體和MLVSS的測(cè)量等。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 SBR法的處理效果
　　在所試驗(yàn)的原水濃度情況下，不同工況條件下的試驗(yàn)結(jié)果已在表2中給出。由表2可知，除在工況CS4條件下COD_Cr平均去除率在90％以下外，其它各個(gè)工況COD_Cr去除率都在90％以上，一般都在95％左右；平均BOD₅的去除率都高達(dá)97％以上；平均總氮的去除率在71.0～78.5％之間；氨氮的平均去除率變化范圍較大，在83.5％和97.6％之間；總磷的平均去除率都在92.5％以上。

各種工礦下的處理效果 表2 工況 COD_Cr BOD₅ 總氮 氨氮 總磷 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法的耐沖擊負(fù)荷能力
　　SBR法雖然對(duì)于時(shí)間來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的推流過(guò)程，但是就反應(yīng)池本身的混合狀態(tài)仍屬于典型的完全混合式曝氣反應(yīng)池，而完全混合式比推流式曝氣反應(yīng)池耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。另一方面SBR法在沉淀階段屬于靜止沉淀，加之污泥沉降性能好不需要污泥回流，反應(yīng)池中MLSS濃度一般較高。因此SBR法在理論上處理效果要比連續(xù)流活性污泥法穩(wěn)定。為了試驗(yàn)SBR法的耐沖擊負(fù)荷能力，在試驗(yàn)中，分別于1996年10月24日使進(jìn)水濃度COD_Cr突然從500mg/l左右上升到1260mg/l左右，10月25日和26日仍按原進(jìn)水濃度進(jìn)水，10月27日又將進(jìn)水COD_Cr提高到1915mg/l，以后恢復(fù)正常進(jìn)水濃度。BOD₅、總氮、氨氮和總磷都做了類似于COD_Cr濃度的提高。表3給出了受進(jìn)水水質(zhì)沖擊后連續(xù)幾天的出水情況。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1996年10月25日和26日兩天出水水質(zhì)較差（表中沒(méi)有給出），10月28日出水仍高于正常出水水質(zhì)，10月29日出水水質(zhì)基本達(dá)到正常?？梢?jiàn)，受進(jìn)水水質(zhì)沖擊后約3～4天SBR系統(tǒng)已開(kāi)始穩(wěn)定。

耐水質(zhì)沖擊負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果 表3 日期 COD_Cr BOD₅ 總氮 氨氮 總磷 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 曝氣時(shí)間對(duì)處理效果的影響
　　SBR法屬于生物化學(xué)處理方法，生物化學(xué)處理廢水主要是依靠微生物氧化分解有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的能力。為此，需要人工創(chuàng)造有利于微生物生命活動(dòng)的環(huán)境，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有機(jī)物效率。所以所有的活性污泥法都需向污水中不斷注入空氣，以保持水中有足夠的溶解氧，在污水中形成微生物絮凝體。因此，曝氣是否充足與處理效果在一定的條件下關(guān)系較大。另一方面，充氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加能耗，從而增加處理費(fèi)用，同時(shí)也可能會(huì)導(dǎo)致污泥膨脹，影響沉淀分離過(guò)程，使出水水質(zhì)變差。從試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）看：如果曝氣時(shí)間小于周期的50％（工況CS4），出水中COD_Cr的去除率會(huì)明顯降低。從5個(gè)工況的處理結(jié)果分析中可以得到：為了保證出水水質(zhì)，曝氣時(shí)間至少應(yīng)占整個(gè)周期的50％以上。
3.4 混合液濃度和污泥負(fù)荷對(duì)處理效果的影響
　　從表1和表2中可以得到混合液濃度（MLSS）和污泥負(fù)荷對(duì)出水效果的影響。在試驗(yàn)的5個(gè)工況中，MLSS的變化范圍在3680mg/l到9140mg/l之間，曝氣期污泥負(fù)荷變化在0.1226到0.2708之間，然而處理效果變化并不大。說(shuō)明在試驗(yàn)的MLSS和污泥負(fù)荷范圍內(nèi)，MLSS和污泥負(fù)荷與處理效果之間并不存在明顯的關(guān)系。即使MLSS高達(dá)9140mg/l情況下，COD_Cr去除率仍為90.4％，BOD₅去除率為97.2％，總氮去除率為74.7％，氨氮的去除率為88.8％，總磷的去除率為93.0％。

4 污染物的降解過(guò)程

　　為了考察SBR反應(yīng)器中主要污染物濃度隨時(shí)間的變化，了解污染物的降解過(guò)程，進(jìn)行了為期三個(gè)月的污染物降解過(guò)程的試驗(yàn)。根據(jù)上述各個(gè)工況的結(jié)果分析，選定周期為8h，周期時(shí)間分配為：進(jìn)水1h，采用限性曝氣進(jìn)水方式；曝氣為4h，沉淀2h，排水0.5h，閑置0.5h。試驗(yàn)期間共進(jìn)行了四次降解過(guò)程的測(cè)試。運(yùn)行期間各參數(shù)的平均值如下：原水水溫18.1℃，沉降比54.4％，充水比0.61，MLSS為7577mg/l，原水COD_Cr為559.2mg/l，BOD₅為369.7mg/l，總氮為33.41mg/l，氨氮為31.55mg/l，總磷為9.22mg/l，SVI為72ml/g，曝氣期污泥負(fù)荷為0.179kgBOD₅/kgMLSS·d，運(yùn)行結(jié)果已在圖2中給出。由圖2可知COD_Cr、BOD₅、總氮、氨氮和總磷在充水階段都是基質(zhì)積累過(guò)程，到進(jìn)水結(jié)束，曝氣開(kāi)始前反應(yīng)池中的污染物濃度分別達(dá)最大值，COD_Cr最大值為469.8mg/l，是原水濃度的84％左右；BOD₅最大值為230.52mg/l，是原水的62.4％；總氮最大值為28.62mg/l，是原水濃度的85.7％；氨氮的最大值為27.83mg/l，是原水濃度的88.2％；總磷的最大值為8.38mg/l，是原水濃度的90.8％。在充水階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進(jìn)行。當(dāng)開(kāi)始曝氣后，污染物濃度迅速降低，曝氣開(kāi)始后2小時(shí)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，然而總氮和總磷仍保持在較高的濃度，還沒(méi)有達(dá)到出水水質(zhì)，以后所有的污染物降低速率變慢?？偟诔恋沓鏊筮_(dá)最小值。從上面分析可以得知：若僅考慮COD_Cr和BOD₅的去除，通常情況下曝氣2小時(shí)就可保證COD_Cr和BOD₅達(dá)到出水要求。若考慮氮和磷的去除，至少應(yīng)當(dāng)曝氣4小時(shí)。在污染物降解過(guò)程中，COD_Cr，BOD₅降解速度較快，處理效率相當(dāng)好，氨氮和總磷去除速率次之，處理效果也相對(duì)穩(wěn)定?？偟慕档退俾首盥?，處理效果也比其它幾個(gè)污染成份差一些，但可以達(dá)到70％以上。

5 結(jié)論

　?、?小試結(jié)果表明：SBR工藝處理效果較好，其COD_Cr去除率一般可達(dá)90％以上，BOD₅去除率可達(dá)95％以上，總氮去除率可達(dá)70％以上，氨氮的去除率可達(dá)85％以上，總磷的去除率可達(dá)90％以上。
　?、赟BR工藝可在較高的MLSS情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，處理效果較穩(wěn)定，并且氮、磷的去除率也較高。但在一定的范圍內(nèi)MLSS和污泥負(fù)荷對(duì)SBR的出水效果影響不明顯。
　?、跾BR法具有耐沖擊負(fù)荷能力，當(dāng)進(jìn)水濃度突然提高2.5～3倍時(shí)，大約3～4天后處理系統(tǒng)就可以達(dá)到穩(wěn)定，出水水質(zhì)可恢復(fù)到原來(lái)的水平。
　　④ COD_Cr和BOD₅隨時(shí)間的降解速度較快，而總氮隨時(shí)間的降解速率較慢。若處理中僅考慮COD_Cr和BOD₅的處理效果曝氣時(shí)間可減少為2h，以達(dá)到節(jié)能目的；若考慮氮和磷的去除，至少應(yīng)當(dāng)曝氣4小時(shí)。

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