SBR 污水处理实验装置的设计制作

郭立胜 王 宏

GUO Li-sheng Wang Hong(徐州工程学院，江苏 徐州221008）

(Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou Jiangsu 221008，China)

0 引言

SBR(Sequencing Batch Reactor)是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。早期SBR 法由于进、出水切换复杂，变水位出水、供气系统易堵塞及设备等方面的原因，限制了其应用和发展。但自1980 年美国印第安纳州Culver 城建成世界第一个SBR 工艺的污水处理厂以后，由于其良好的运行效率及处理效果，SBR 工艺很快就引起各国污水处理者的重视。尤其近年来计算机在曝气、污泥回流的控制应用与溶解氧测定仪、氧化还原电位计、水位计等先进监控产品的出现，使得初期的SBR 反应器间歇运行的复杂操作问题得以解决。无堵塞曝气设备的开发，使得SBR 工艺重新获得了应用。

SBR 工艺具有工艺简单、所需费用较低等特点。采用该工艺处理城镇污水时，比普通的活性污泥法节省基建费用投资约30%。而且该工艺布置紧凑，节省占地面积。此外，其理想的推流过程使生化反应推动力大，效率也高；运行方式较灵活，脱氮除磷效果好，可防止污泥膨胀，且耐冲击负荷。

1 SBR 实验装置的工作原理

SBR 工艺设备由曝气装置、上清液排出装置（滗水器），以及其他腐蚀设备组成的反应器。与传统污水处理工艺不同，SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作。

SBR 法去除有机物的机理，与传统的活性污泥法相同，是在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物（活性污泥），当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2、H2O 等无机物，同时，微生物增殖，最后将微生物细胞物质（活性污泥）与水分离，污水得到处理。

该工艺被称为序批间歇式，它有两个含义：一是，其运行操作在空间上按序排列，是间歇的；二是，SBR 的运行操作在时间上也是按序进行，并且也是间歇的。

SBR 反应池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统。操作模式由进水——反应——沉淀——排水——闲置5个程序组成，一个周期均在一个设有曝气和搅拌装置的反应器内依次完成进水、生化反应、泥水沉淀分离、排出上清液和闲置等基本过程，这种操作周而复始进行，以达到不断进行污水处理的目的。

2 SBR 污水处理实验装置构成

SBR 污水处理实验装置主要由钢化玻璃主体、进出水系统、曝气系统、排水系统和控制系统组成。采用12 毫米厚钢化玻璃为外围结构，坚固耐用，长度1200mm，宽度500mm，高度900mm（有效高度790mm），设备总容积440L。其装置实物图和PLC 实物控制图分别见图1、图2 所示。进出水系统由水泵、流量计、电磁阀及管路构成。排水系统电磁阀及虹吸式滗水器构成。曝气系统则由空气压缩机、气体流量计、空气扩散器及管路构成。此三系统均由时间控制器进行自动控制。PLC 控制器具有开关作用，可对进水、排水、曝气、搅拌等分别进行控制。根据研究目的和实验条件，可对PLC 控制程序进行设置，从而确定周期内不同阶段的时间。

图1 装置实物图

图2 PLC 控制实物图

3 SBR 污水处理实验装置的操作流程

SBR 法交替好氧/缺氧生物脱氮工艺，其特征在于：在SBR 反应器中好氧-缺氧、好氧-缺氧交替运行，去除废水中有机物和含氮化合物。操作工序如下：

进水工序，首先待处理废水在控制系统调节下进入SBR 反应器，使沉淀在反应池底部的活性污泥沸腾起来，与原水充分混合，当反应器被注满或到达指定液位后停止注水，进入曝气工序。

曝气工序，打开空压机进行曝气，由空压机提供的压缩空气由进气管进入曝气盘，以微小气泡的形式向活性污泥混合液高效供氧，并且使污水和活性污泥充分接触，目的在于利用活性污泥中的微生物对有机污染物进行降解和完成含氮化合物的短程硝化作用。

搅拌工序，进入缺氧反硝化阶段，控制系统关闭空压机，开启搅拌电机，使在曝气阶段产生的亚硝酸盐氮经反硝化菌作用转化为氮气，实现对总氮的去除。

沉淀工序，静止沉淀阶段开始，由控制系统控制沉淀时间。

排水工序，沉淀工序结束后，排水工序启动。控制系统启动排水电磁阀，开始排水。

闲置工序，排水结束到下一个周期开始定义为闲置期。闲置期的时间长短不固定，根据实际污水水质和水量调整。

整个系统由实时过程控制系统控制顺次重复进水、曝气、搅拌、沉淀、排水和闲置六个工序，使整个系统始终处于好氧、缺氧、厌氧交替的状态，间歇进水和出水。

具体操作步骤：

1）开启控制柜，控制柜给信号到水泵，水泵将原水送入反应器，直到达到所要求的最高水位。

2）水泵关闭，气阀打开，空压机的压缩空气进入反应器，开始曝气，此即反应阶段。

3）经过一段时间的曝气后，控制柜控制空压机关闭，搅拌机开始工作，开始搅拌。

4）控制柜关闭搅拌机，开始沉淀。

5）沉淀结束，开启电磁阀，开始排水至最低水位。

6）排水完毕，待进水。

至此SBR 工艺的一个运行周期结束，进入下一周期的准备状态。

4 存在问题与建议

今后要在三方面继续进行研究：

1）对其控制方法的研究改进，采用DO、ORP、PH 等参数作为控制条件对过程进行控制的方法。

2）根据污水处理过程需要，对其结构进一步优化，对出水装置（滗水器）进行研究。

3）购买高性能的水泵、气泵以及现场检测仪器，提高自控水平，同时对外观加以改进，提高整体性，使其更加紧凑。

5 意义

SBR 污水处理实验装置可用于生活污水或有机工业废水好氧/厌氧生物处理相关的科学研究，进行COD 氧化、脱氮除磷实验，也可用于SBR 污水处理过程工艺参数的确定。

SBR 污水处理实验装置的设计制作，培养了学生的动手能力，拓展了学生视野、激发了学生学科兴趣和综合科学素养和创新思维。实验装置既可服务于本科水处理工程课程和实践教学，还可为学生提供一套设计性、综合性的实验平台，并为师生提供污水处理相关创新性实验和科学研究的平台。

6 结语

由于我们是第一次制作实验装置，从入手开始就遇到了很多困难，中间也遇到了很多挫折。虽然装置完成已经试运行，我们也针对生活污水做了一些实验，但还是有很多不完善的地方，也有很多后续工作要做。感谢我的指导老师给予的帮助，感谢我的同学们给予的帮助！S

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