SBR工藝處理城鎮(zhèn)生活污水的研究

柴艷芳， 賈 峰

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院， 山西 太原 030051)

0 前言

污水是造成環(huán)境污染的重要因素之一.SBR工藝流程簡單、管理方便、造價低，比傳統(tǒng)活性污泥工藝節(jié)省基建投資30%以上，而且布置緊湊，節(jié)省用地，目前自動控制已相當(dāng)成熟、配套[1],這就使得運行管理變得十分方便、靈活，適用于中小型城市污水處理或工業(yè)廢水處理.它是適合我國國情的污水處理新技術(shù)，為有效防治水污染開辟了一條經(jīng)濟實用的新途徑，是我國污水處理事業(yè)的一項利國利民、造福子孫后代的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[2,3].

城鎮(zhèn)生活污水具有水量小、可生化性好、含有相當(dāng)濃度的氮磷以及排放具有間歇性和不穩(wěn)定性等特點[4]，據(jù)此本試驗研究的核心內(nèi)容是曝氣方式對SBR工藝處理城鎮(zhèn)生活污水的影響.

1 試驗材料與裝置

1.1 試驗材料

(1)試驗所用接種污泥.試驗所用接種污泥取自太原市河西北中部污水處理廠的二沉池回流好氧活性污泥，經(jīng)沉淀靜置去掉上清液，再用細棉紗布過濾淘洗后加入到SBR反應(yīng)器內(nèi)，然后注入人工模擬生活污水.

(2)人工模擬廢水組成[5].為了使試驗所用進水各項指標(biāo)恒定，降低干擾物影響，達到理想狀態(tài)，本試驗進水采用人工配制的模擬生活污水，選用葡萄糖(C6H12O6)、氯化氨(NH4Cl)及磷酸二氫鉀(KH2PO4)以提供碳源、氮源和磷源.

1.2 試驗裝置

(1)高位進水箱：有效容積50 L，由蒸餾水桶在底部穿引流孔改裝而成.

(2)SBR反應(yīng)器:為有機玻璃制成的長方形密閉容器，高60 cm，寬31 cm，長31 cm，有效容積46.128 L.反應(yīng)器側(cè)面設(shè)有取樣口和進、排水口，底部設(shè)有排泥口和粘砂塊微孔曝氣頭，其上部設(shè)有機械攪拌器，目的是使活性污泥在好氧狀態(tài)下處于懸浮狀態(tài).

(3)控溫裝置使用微電腦溫度控制器，通過水浴套筒調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溫度.

圖1 試驗裝置示意圖 1.SBR反應(yīng)池;2.微電腦時間控制器;3.機械攪拌器;4.微電腦溫度控制器;5.曝氣泵;6.粘砂塊微孔曝氣頭;7.進水電磁閥;8.出水電磁閥;9.取樣口;10.排泥口;11.高位進水箱;12.出水箱;13.恒溫水浴套筒

(4)機械攪拌器，曝氣泵，進、出水電磁閥由微電腦時間控制器自動控制其間歇運行.

本試驗所采用的試驗裝置見圖1.

2 試驗過程

SBR工藝中進水方式與曝氣過程對活性污泥性能影響很大，活性污泥的性能直接影響著廢水中污染物的去除效果[6].試驗通過對SBR反應(yīng)池分別采用不同的進水方式、曝氣時間和曝氣量的研究， 以比較進水方式的改變、曝氣時間和曝氣量的調(diào)整對活性污泥性能的影響.試驗分為3個階段：

(1)進水方式對SBR中活性污泥性能(污泥指數(shù)SVI、污泥沉降比SV、混合液懸浮固體濃度MLSS)的影響[7].該階段通過選定一定的曝氣時間、曝氣量，改變進水方式來研究其對SBR中活性污泥性能的影響，本試驗確定曝氣時間為3 h，曝氣量為40 L/min，分為3個工況：

a.單純進水，不進行曝氣和攪拌下，污泥性能及系統(tǒng)對污染物的去除效果；

b.進水同時攪拌，不曝氣，污泥性能及系統(tǒng)對污染物的去除效果；

c.進水同時曝氣，污泥性能及系統(tǒng)對污染物的去除效果.

(2)曝氣時間對SBR中活性污泥性能的影響.選定曝氣量，在不同的曝氣時間下討論污泥性能及系統(tǒng)對污染物的去除效果.該階段通過選定一定的進水方式、曝氣量，改變曝氣時間或者選定一定的進水方式、曝氣時間，改變曝氣量來研究其對SBR中活性污泥性能的影響.本試驗確定進水方式為限制性曝氣，在確定的不同的曝氣量下，分3個工況：

a.在已定的進水方式、曝氣量下，曝氣時間為2 h；

b.在已定的進水方式、曝氣量下，曝氣時間為3 h；

c.在已定的進水方式、曝氣量下，曝氣時間為4 h.

(3)曝氣量對SBR中活性污泥性能的影響.使用容積負荷法計算理論最佳曝氣量，乘以不同的修正系數(shù)，同時測定污泥性能及系統(tǒng)對污染物的去除效果，為SBR工藝曝氣量選定最佳修正系數(shù).

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 試驗第一階段結(jié)果與分析

3.1.1 各工況所測SV、MLSS數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)表1所測數(shù)據(jù)可以看出，第一工況和第二工況的活性污泥性能指標(biāo)差別不大，第三工況明顯優(yōu)于前兩個.說明由于攪拌和曝氣的作用，活性污泥性能好.

表1 各個工況下SV、MLSS結(jié)果記錄

3.1.2 各工況所測NH3-N、COD數(shù)據(jù)及分析

由表2和3所測數(shù)據(jù)可以看出，第三工況處理廢水的效果優(yōu)于第一工況和第二工況，即在非限制進水方式下，污染物的去除效果好,并且結(jié)果與3.1.1的分析結(jié)果相符，可知活性污泥性能的好壞直接影響了廢水處理效果.

表2 各個工況下NH3-N吸光度結(jié)果記錄

表3 各個工況下CODcr結(jié)果記錄

3.2 試驗第二階段結(jié)果與分析

3.2.1 各工況所測SV、MLSS數(shù)據(jù)分析

表4不同曝氣量下曝氣時間對活性污泥SV、SVI的影響

工況號曝氣量/(L/min)對SV的影響203040對SVI的影響20304013230331461251632261918137106953232424115120126

污泥的絮凝沉降性能，可用污泥沉降比(SV)和污泥指數(shù)(SVI)這兩項指標(biāo)來加以評價.分析表4可知不同的曝氣量在工況3(即曝氣時間為4 h)下活性污泥SV較好.

一般來說，當(dāng)SVI<100時，污泥沉降性能良好；當(dāng)SVI=100～200時，沉降性能一般；而當(dāng)SVI>200時，沉降性能較差，污泥易膨脹.一般城市污水的SVI在100左右.曝氣量為30 L/min和曝氣量為40 L/min時在工況2(即曝氣時間為3 h)下活性污泥SVI值較好，污泥沉降性能良好.綜合分析可得出曝氣量為40 L/min曝氣時間為3 h時，污泥的絮凝沉降性能良好.

3.2.2 各工況所測NH3-N、COD數(shù)據(jù)分析

表5 不同曝氣量下曝氣時間對氨氮、COD以及氨氮和COD綜合去除率的影響

由表5可知，在3種工況下，曝氣量為40 L/min時氨氮去除率最高，而在此曝氣量下，工況2(即曝氣時間為3 h)氨氮去除率最高.其次曝氣量為30 L/min時在工況3(即曝氣時間為4 h)氨氮去除率也較好；曝氣量為40 L/min時工況2 (即曝氣時間為3 h)COD去除率最高，曝氣量為30 L/min時工況1 (即曝氣時間為2 h)COD去除率最高.兩者COD去除率差別不大；綜合考慮氨氮和COD去除率時，曝氣量為40 L/min時工況2 (即曝氣時間為3 h) 氨氮和COD去除率最高.

3.3 選定SBR工藝曝氣量的最佳修正系數(shù)

根據(jù)試驗第二階段的數(shù)據(jù)分析可知在限制進水方式、曝氣時間為3 h下本試驗最佳曝氣量為40 L/min.而經(jīng)計算理論最佳曝氣量為29.99 L/min，則可得最佳修正系數(shù)，即：

4 結(jié)束語

(1)生活污水SBR工藝進水階段的長短、是否曝氣、反應(yīng)階段曝氣強度的分布都會影響活性污泥的產(chǎn)率與性質(zhì).較長時間進水和反應(yīng)初期高強度曝氣可使反應(yīng)器污泥產(chǎn)率較低，其中反應(yīng)初期所克服需氧量的高強度曝氣對降低污泥產(chǎn)率作用明顯.快速進水方式下活性污泥的性能最佳，出水效果最好.

(2)SBR工藝中曝氣量的大小、強度直接影響活性污泥的產(chǎn)率與性質(zhì)，如果確定參數(shù)不當(dāng)，很容易引起污泥膨脹，從而間接影響了污水處理效果.本試驗最優(yōu)曝氣量的確定是以COD、氨氮的出水指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn)為確定的主要原則.通過試驗數(shù)據(jù)的分析可知，本試驗最優(yōu)曝氣量確定為40 L/min.

(3)曝氣時間是影響活性污泥性能的主要因素，同時也是SBR工藝在設(shè)計和運行行為中最重要的參數(shù)，而且曝氣時間對提高整體尤其是COD的去除率至關(guān)重要，增加曝氣階段能使氨氮、有機物得到更好的降解.本試驗最優(yōu)曝氣時間的確定，是以COD、氨氮的出水指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn)為主要原則.通過試驗數(shù)據(jù)的分析，本試驗最優(yōu)曝氣時間確定為3 h.

(4)本試驗是在確定進水方式為限制性曝氣的前提下經(jīng)過操作一系列不同工況下獲取試驗數(shù)據(jù)，通過試驗數(shù)據(jù)分析可得本試驗最佳工況為：曝氣時間為3 h，曝氣量為40 L/min，在溫度25 ℃，進水COD濃度為250～500 mg/L之間，DO維持在2 mg/L，而且與普通活性污泥法相比，SBR系統(tǒng)內(nèi)可以維持較高的污泥濃度.

[1] 陳立波，李風(fēng)亭.P-SBR處理乙基胺廢水的試驗研究[J].環(huán)境工程，2005，23(2):12-13.

[2] 沈耀良，王寶貞.廢水生物處理新技術(shù)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,2006，3：474-475.

[3] 劉興平.城市污水處理工藝及發(fā)展[J].水資源保護，2003,1:25-28.

[4] 陳吉慶.SBR法廢水生化處理簡介[J].中國氯堿,1999，(3)：34-35.

[5] 劉喜光，蘇福文，李世平，等.SBR法工藝的幾個硬件技術(shù)研究[J].工業(yè)水處理，1997,17(5)：3-5.

[6] 崔延瑞，崔鳳靈，孫建輝. 進水方式對SBR系統(tǒng)處理廢水的影響[J].水處理技術(shù)，2006，32(8)：50-53.