SBR工艺处理城镇生活污水的研究

柴艳芳， 贾 峰

(中北大学化工与环境学院， 山西 太原 030051)

0 前言

污水是造成环境污染的重要因素之一.SBR工艺流程简单、管理方便、造价低，比传统活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且布置紧凑，节省用地，目前自动控制已相当成熟、配套[1],这就使得运行管理变得十分方便、灵活，适用于中小型城市污水处理或工业废水处理.它是适合我国国情的污水处理新技术，为有效防治水污染开辟了一条经济实用的新途径，是我国污水处理事业的一项利国利民、造福子孙后代的可持续发展战略[2,3].

城镇生活污水具有水量小、可生化性好、含有相当浓度的氮磷以及排放具有间歇性和不稳定性等特点[4]，据此本试验研究的核心内容是曝气方式对SBR工艺处理城镇生活污水的影响.

1 试验材料与装置

1.1 试验材料

(1)试验所用接种污泥.试验所用接种污泥取自太原市河西北中部污水处理厂的二沉池回流好氧活性污泥，经沉淀静置去掉上清液，再用细棉纱布过滤淘洗后加入到SBR反应器内，然后注入人工模拟生活污水.

(2)人工模拟废水组成[5].为了使试验所用进水各项指标恒定，降低干扰物影响，达到理想状态，本试验进水采用人工配制的模拟生活污水，选用葡萄糖(C6H12O6)、氯化氨(NH4Cl)及磷酸二氢钾(KH2PO4)以提供碳源、氮源和磷源.

1.2 试验装置

(1)高位进水箱：有效容积50 L，由蒸馏水桶在底部穿引流孔改装而成.

(2)SBR反应器:为有机玻璃制成的长方形密闭容器，高60 cm，宽31 cm，长31 cm，有效容积46.128 L.反应器侧面设有取样口和进、排水口，底部设有排泥口和粘砂块微孔曝气头，其上部设有机械搅拌器，目的是使活性污泥在好氧状态下处于悬浮状态.

(3)控温装置使用微电脑温度控制器，通过水浴套筒调节反应器内温度.

图1 试验装置示意图 1.SBR反应池;2.微电脑时间控制器;3.机械搅拌器;4.微电脑温度控制器;5.曝气泵;6.粘砂块微孔曝气头;7.进水电磁阀;8.出水电磁阀;9.取样口;10.排泥口;11.高位进水箱;12.出水箱;13.恒温水浴套筒

(4)机械搅拌器，曝气泵，进、出水电磁阀由微电脑时间控制器自动控制其间歇运行.

本试验所采用的试验装置见图1.

2 试验过程

SBR工艺中进水方式与曝气过程对活性污泥性能影响很大，活性污泥的性能直接影响着废水中污染物的去除效果[6].试验通过对SBR反应池分别采用不同的进水方式、曝气时间和曝气量的研究， 以比较进水方式的改变、曝气时间和曝气量的调整对活性污泥性能的影响.试验分为3个阶段：

(1)进水方式对SBR中活性污泥性能(污泥指数SVI、污泥沉降比SV、混合液悬浮固体浓度MLSS)的影响[7].该阶段通过选定一定的曝气时间、曝气量，改变进水方式来研究其对SBR中活性污泥性能的影响，本试验确定曝气时间为3 h，曝气量为40 L/min，分为3个工况：

a.单纯进水，不进行曝气和搅拌下，污泥性能及系统对污染物的去除效果；

b.进水同时搅拌，不曝气，污泥性能及系统对污染物的去除效果；

c.进水同时曝气，污泥性能及系统对污染物的去除效果.

(2)曝气时间对SBR中活性污泥性能的影响.选定曝气量，在不同的曝气时间下讨论污泥性能及系统对污染物的去除效果.该阶段通过选定一定的进水方式、曝气量，改变曝气时间或者选定一定的进水方式、曝气时间，改变曝气量来研究其对SBR中活性污泥性能的影响.本试验确定进水方式为限制性曝气，在确定的不同的曝气量下，分3个工况：

a.在已定的进水方式、曝气量下，曝气时间为2 h；

b.在已定的进水方式、曝气量下，曝气时间为3 h；

c.在已定的进水方式、曝气量下，曝气时间为4 h.

(3)曝气量对SBR中活性污泥性能的影响.使用容积负荷法计算理论最佳曝气量，乘以不同的修正系数，同时测定污泥性能及系统对污染物的去除效果，为SBR工艺曝气量选定最佳修正系数.

3 试验结果与分析

3.1 试验第一阶段结果与分析

3.1.1 各工况所测SV、MLSS数据及分析

根据表1所测数据可以看出，第一工况和第二工况的活性污泥性能指标差别不大，第三工况明显优于前两个.说明由于搅拌和曝气的作用，活性污泥性能好.

表1 各个工况下SV、MLSS结果记录

3.1.2 各工况所测NH3-N、COD数据及分析

由表2和3所测数据可以看出，第三工况处理废水的效果优于第一工况和第二工况，即在非限制进水方式下，污染物的去除效果好,并且结果与3.1.1的分析结果相符，可知活性污泥性能的好坏直接影响了废水处理效果.

表2 各个工况下NH3-N吸光度结果记录

表3 各个工况下CODcr结果记录

3.2 试验第二阶段结果与分析

3.2.1 各工况所测SV、MLSS数据分析

表4不同曝气量下曝气时间对活性污泥SV、SVI的影响

工况号曝气量/(L/min)对SV的影响203040对SVI的影响20304013230331461251632261918137106953232424115120126

污泥的絮凝沉降性能，可用污泥沉降比(SV)和污泥指数(SVI)这两项指标来加以评价.分析表4可知不同的曝气量在工况3(即曝气时间为4 h)下活性污泥SV较好.

一般来说，当SVI<100时，污泥沉降性能良好；当SVI=100～200时，沉降性能一般；而当SVI>200时，沉降性能较差，污泥易膨胀.一般城市污水的SVI在100左右.曝气量为30 L/min和曝气量为40 L/min时在工况2(即曝气时间为3 h)下活性污泥SVI值较好，污泥沉降性能良好.综合分析可得出曝气量为40 L/min曝气时间为3 h时，污泥的絮凝沉降性能良好.

3.2.2 各工况所测NH3-N、COD数据分析

表5 不同曝气量下曝气时间对氨氮、COD以及氨氮和COD综合去除率的影响

由表5可知，在3种工况下，曝气量为40 L/min时氨氮去除率最高，而在此曝气量下，工况2(即曝气时间为3 h)氨氮去除率最高.其次曝气量为30 L/min时在工况3(即曝气时间为4 h)氨氮去除率也较好；曝气量为40 L/min时工况2 (即曝气时间为3 h)COD去除率最高，曝气量为30 L/min时工况1 (即曝气时间为2 h)COD去除率最高.两者COD去除率差别不大；综合考虑氨氮和COD去除率时，曝气量为40 L/min时工况2 (即曝气时间为3 h) 氨氮和COD去除率最高.

3.3 选定SBR工艺曝气量的最佳修正系数

根据试验第二阶段的数据分析可知在限制进水方式、曝气时间为3 h下本试验最佳曝气量为40 L/min.而经计算理论最佳曝气量为29.99 L/min，则可得最佳修正系数，即：

4 结束语

(1)生活污水SBR工艺进水阶段的长短、是否曝气、反应阶段曝气强度的分布都会影响活性污泥的产率与性质.较长时间进水和反应初期高强度曝气可使反应器污泥产率较低，其中反应初期所克服需氧量的高强度曝气对降低污泥产率作用明显.快速进水方式下活性污泥的性能最佳，出水效果最好.

(2)SBR工艺中曝气量的大小、强度直接影响活性污泥的产率与性质，如果确定参数不当，很容易引起污泥膨胀，从而间接影响了污水处理效果.本试验最优曝气量的确定是以COD、氨氮的出水指标达到排放标准为确定的主要原则.通过试验数据的分析可知，本试验最优曝气量确定为40 L/min.

(3)曝气时间是影响活性污泥性能的主要因素，同时也是SBR工艺在设计和运行行为中最重要的参数，而且曝气时间对提高整体尤其是COD的去除率至关重要，增加曝气阶段能使氨氮、有机物得到更好的降解.本试验最优曝气时间的确定，是以COD、氨氮的出水指标达到排放标准为主要原则.通过试验数据的分析，本试验最优曝气时间确定为3 h.

(4)本试验是在确定进水方式为限制性曝气的前提下经过操作一系列不同工况下获取试验数据，通过试验数据分析可得本试验最佳工况为：曝气时间为3 h，曝气量为40 L/min，在温度25 ℃，进水COD浓度为250～500 mg/L之间，DO维持在2 mg/L，而且与普通活性污泥法相比，SBR系统内可以维持较高的污泥浓度.

[1] 陈立波，李风亭.P-SBR处理乙基胺废水的试验研究[J].环境工程，2005，23(2):12-13.

[2] 沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术[M].北京：中国环境科学出版社,2006，3：474-475.

[3] 刘兴平.城市污水处理工艺及发展[J].水资源保护，2003,1:25-28.

[4] 陈吉庆.SBR法废水生化处理简介[J].中国氯碱,1999，(3)：34-35.

[5] 刘喜光，苏福文，李世平，等.SBR法工艺的几个硬件技术研究[J].工业水处理，1997,17(5)：3-5.

[6] 崔延瑞，崔凤灵，孙建辉. 进水方式对SBR系统处理废水的影响[J].水处理技术，2006，32(8)：50-53.