方先金

　　【摘要】 為了探討SBR工藝設計和運行參數的影響因素，在4個有效容積為18升的SBR反應器內進行了試驗研究。試驗結果表明：SBR工藝能在較高的MLSS情況下運行并獲得較穩定的處理效果，并具有耐沖擊負荷能力。
　　【關鍵詞】 SBR工藝 生物處理 生物降解過程

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反應池中按時間順序反復進行。SBR工藝中各個處理過程的運行時間、反應池中混合液的濃度以及運行狀況等都可根據進出水水質與運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間，就可以獲得不同的污水處理效果。國內外對SBR法研究的結果表明該工藝具有下列一些優點：工藝簡單，多數情況下不必設調節池和初沉池，從而節省費用；SBR反應池生化反應推力大，處理效率高；運行方式靈活可靠，管理簡單；脫氮除磷效果好；反應池中污泥活性高；沉降性能好，能有效地防止污泥膨脹，耐沖擊負荷能力強；工作穩定性好。SBR工藝的許多優點正是連續流活性污泥法所無法克服的缺點。SBR法適應的進出水水質要求變化范圍較大，不僅適合于城市生活污水的處理，而且適合于不同的工業廢水處理。因此，國際上近年來SBR法的研究隨著污水治理標準的提高，越來越引起人們的重視。
　　本研究重點探討SBR工藝處理的主要技術參數，考察各種參數對處理效果的影響，分析SBR工藝的生物降解過程。

2 試驗

2.1 試驗流程及設備
　　試驗工藝流程在圖1中給出。試驗以四個直徑200mm、高1000mm的有機玻璃柱作為四個SBR反應池。取保護高0.3m，則每個反應池的有效容積約18L。每個反應池前側設七個排水口，以便在不同高度排水，每個反應池底部設有排泥口。曝氣器采用微孔管。配水在配水箱中進行，然后通過水泵提升到高位水箱，通過進水流量計控制進水水速和水量，使原水按試驗進水要求流入SBR反應池。供氧通過空氣壓縮機提供，供氣量通過空氣流量計來調節。處理后的出水通過SBR反應池前側排水口排出，剩余污泥從底部排泥口排出。
2.2 試驗水源
　　為了保證試驗中進水濃度的控制并考慮到試驗水源獲取的實際問題，在試驗中原水采用配水。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。所配水質根據試驗目的和要求配成，代表性的進水水質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 試驗運行情況
　　1996年8月從高碑店污水處理廠取回流污泥進行培養，20天后 （8月26日）開始試運行，一周后開始正式運行。共進行了5個工況的實驗，運行周期分別為6h、8h和12h。試驗工況和運行的參數詳細情況已在表1中給出。

運行工況和運行參數 表1 工況 周期
(h) 進水
(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工藝間歇運轉的特殊性，連續流活性污泥法中許多參數和概念在這里或失去意義或需要作必要的改動。如表中給出的曝氣期污泥負荷在SBR工藝中定義為：

　　Ns=(Q0·L0)/(e·MLSS·V)

　　這里Q₀為進水量（m³/d）； L₀為進水BOD₅濃度（mg/l）；MLSS為混合液懸浮物質濃度（mg/l）；V為SBR反應池有效容積（m³）；e為每天曝氣時間所占的比例。顯然，公式（1）與普通活性污泥法中污泥負荷計算公式主要差異發生在系數1/e。因為在SBR工藝中反應池的活性污泥在曝氣之外的沉淀、閑置和進水（無攪拌作用和不曝氣情況下）并沒有與水中有機物充分混合反應。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荷比連續流活性污泥法中所定義的污泥負荷通常要大的多。關于連續流活性污泥法中的其它參數的概念和意義的變化，在本文中將不再論述。
2.4 化驗
　　化驗主要是在本所化驗室中進行，COD_Cr、BOD₅、總氮、氨氮、總磷和MLSS等主要參數每周每池測3－5次。除外，值班人員每周期每池測量沉降比、DO、pH值、進出水水溫和環境溫度、記錄充水比和供氣量。由于原水是化學藥品配制而成，所以原水和出水中SS的數值都很低，測量幾次后，停止了測量。同時還進行了大量的總固體和MLVSS的測量等。

3 試驗結果及分析

3.1 SBR法的處理效果
　　在所試驗的原水濃度情況下，不同工況條件下的試驗結果已在表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法的耐沖擊負荷能力
　　SBR法雖然對于時間來說是一個理想的推流過程，但是就反應池本身的混合狀態仍屬于典型的完全混合式曝氣反應池，而完全混合式比推流式曝氣反應池耐沖擊負荷能力強。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流活性污泥法穩定。為了試驗SBR法的耐沖擊負荷能力，在試驗中，分別于1996年10月24日使進水濃度COD_Cr突然從500mg/l左右上升到1260mg/l左右，10月25日和26日仍按原進水濃度進水，10月27日又將進水COD_Cr提高到1915mg/l，以后恢復正常進水濃度。BOD₅、總氮、氨氮和總磷都做了類似于COD_Cr濃度的提高。表3給出了受進水水質沖擊后連續幾天的出水情況。試驗結果發現：1996年10月25日和26日兩天出水水質較差（表中沒有給出），10月28日出水仍高于正常出水水質，10月29日出水水質基本達到正常。可見，受進水水質沖擊后約3～4天SBR系統已開始穩定。

耐水質沖擊負荷試驗結果 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 曝氣時間對處理效果的影響
　　SBR法屬于生物化學處理方法，生物化學處理廢水主要是依靠微生物氧化分解有機物并將其轉化為無機物的能力。為此，需要人工創造有利于微生物生命活動的環境，使微生物大量繁殖，提高微生物氧化分解有機物效率。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系較大。另一方面，充氣時間過長會增加能耗，從而增加處理費用，同時也可能會導致污泥膨脹，影響沉淀分離過程，使出水水質變差。從試驗結果（見表2）看：如果曝氣時間小于周期的50％（工況CS4），出水中COD_Cr的去除率會明顯降低。從5個工況的處理結果分析中可以得到：為了保證出水水質，曝氣時間至少應占整個周期的50％以上。
3.4 混合液濃度和污泥負荷對處理效果的影響
　　從表1和表2中可以得到混合液濃度（MLSS）和污泥負荷對出水效果的影響。在試驗的5個工況中，MLSS的變化范圍在3680mg/l到9140mg/l之間，曝氣期污泥負荷變化在0.1226到0.2708之間，然而處理效果變化并不大。說明在試驗的MLSS和污泥負荷范圍內，MLSS和污泥負荷與處理效果之間并不存在明顯的關系。即使MLSS高達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 污染物的降解過程

　　為了考察SBR反應器中主要污染物濃度隨時間的變化，了解污染物的降解過程，進行了為期三個月的污染物降解過程的試驗。根據上述各個工況的結果分析，選定周期為8h，周期時間分配為：進水1h，采用限性曝氣進水方式；曝氣為4h，沉淀2h，排水0.5h，閑置0.5h。試驗期間共進行了四次降解過程的測試。運行期間各參數的平均值如下：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，曝氣期污泥負荷為0.179kgBOD₅/kgMLSS·d，運行結果已在圖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積累過程，到進水結束，曝氣開始前反應池中的污染物濃度分別達最大值，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行。當開始曝氣后，污染物濃度迅速降低，曝氣開始后2小時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，還沒有達到出水水質，以后所有的污染物降低速率變慢。總氮在沉淀出水后達最小值。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小時就可保證COD_Cr和BOD₅達到出水要求。若考慮氮和磷的去除，至少應當曝氣4小時。在污染物降解過程中，COD_Cr，BOD₅降解速度較快，處理效率相當好，氨氮和總磷去除速率次之，處理效果也相對穩定。總氮的降低速率最慢，處理效果也比其它幾個污染成份差一些，但可以達到70％以上。

5 結論

　　① 小試結果表明：SBR工藝處理效果較好，其COD_Cr去除率一般可達90％以上，BOD₅去除率可達95％以上，總氮去除率可達70％以上，氨氮的去除率可達85％以上，總磷的去除率可達90％以上。
　　②SBR工藝可在較高的MLSS情況下運轉，處理效果較穩定，并且氮、磷的去除率也較高。但在一定的范圍內MLSS和污泥負荷對SBR的出水效果影響不明顯。
　　③SBR法具有耐沖擊負荷能力，當進水濃度突然提高2.5～3倍時，大約3～4天后處理系統就可以達到穩定，出水水質可恢復到原來的水平。
　　④ COD_Cr和BOD₅隨時間的降解速度較快，而總氮隨時間的降解速率較慢。若處理中僅考慮COD_Cr和BOD₅的處理效果曝氣時間可減少為2h，以達到節能目的；若考慮氮和磷的去除，至少應當曝氣4小時。

參考文獻
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