SBR 污水處理實驗裝置的設(shè)計制作

郭立勝 王 宏

GUO Li-sheng Wang Hong(徐州工程學(xué)院，江蘇 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簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)。早期SBR 法由于進(jìn)、出水切換復(fù)雜，變水位出水、供氣系統(tǒng)易堵塞及設(shè)備等方面的原因，限制了其應(yīng)用和發(fā)展。但自1980 年美國印第安納州Culver 城建成世界第一個SBR 工藝的污水處理廠以后，由于其良好的運行效率及處理效果，SBR 工藝很快就引起各國污水處理者的重視。尤其近年來計算機(jī)在曝氣、污泥回流的控制應(yīng)用與溶解氧測定儀、氧化還原電位計、水位計等先進(jìn)監(jiān)控產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得初期的SBR 反應(yīng)器間歇運行的復(fù)雜操作問題得以解決。無堵塞曝氣設(shè)備的開發(fā)，使得SBR 工藝重新獲得了應(yīng)用。

SBR 工藝具有工藝簡單、所需費用較低等特點。采用該工藝處理城鎮(zhèn)污水時，比普通的活性污泥法節(jié)省基建費用投資約30%。而且該工藝布置緊湊，節(jié)省占地面積。此外，其理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力大，效率也高；運行方式較靈活，脫氮除磷效果好，可防止污泥膨脹，且耐沖擊負(fù)荷。

1 SBR 實驗裝置的工作原理

SBR 工藝設(shè)備由曝氣裝置、上清液排出裝置（潷水器），以及其他腐蝕設(shè)備組成的反應(yīng)器。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR 技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作。

SBR 法去除有機(jī)物的機(jī)理，與傳統(tǒng)的活性污泥法相同，是在反應(yīng)器內(nèi)預(yù)先培養(yǎng)馴化一定量的活性微生物（活性污泥），當(dāng)廢水進(jìn)入反應(yīng)器與活性污泥混合接觸并有氧存在時，微生物利用水中的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝，將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O 等無機(jī)物，同時，微生物增殖，最后將微生物細(xì)胞物質(zhì)（活性污泥）與水分離，污水得到處理。

該工藝被稱為序批間歇式，它有兩個含義：一是，其運行操作在空間上按序排列，是間歇的；二是，SBR 的運行操作在時間上也是按序進(jìn)行，并且也是間歇的。

SBR 反應(yīng)池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一體，無污泥回流系統(tǒng)。操作模式由進(jìn)水——反應(yīng)——沉淀——排水——閑置5個程序組成，一個周期均在一個設(shè)有曝氣和攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次完成進(jìn)水、生化反應(yīng)、泥水沉淀分離、排出上清液和閑置等基本過程，這種操作周而復(fù)始進(jìn)行，以達(dá)到不斷進(jìn)行污水處理的目的。

2 SBR 污水處理實驗裝置構(gòu)成

SBR 污水處理實驗裝置主要由鋼化玻璃主體、進(jìn)出水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。采用12 毫米厚鋼化玻璃為外圍結(jié)構(gòu)，堅固耐用，長度1200mm，寬度500mm，高度900mm（有效高度790mm），設(shè)備總?cè)莘e440L。其裝置實物圖和PLC 實物控制圖分別見圖1、圖2 所示。進(jìn)出水系統(tǒng)由水泵、流量計、電磁閥及管路構(gòu)成。排水系統(tǒng)電磁閥及虹吸式潷水器構(gòu)成。曝氣系統(tǒng)則由空氣壓縮機(jī)、氣體流量計、空氣擴(kuò)散器及管路構(gòu)成。此三系統(tǒng)均由時間控制器進(jìn)行自動控制。PLC 控制器具有開關(guān)作用，可對進(jìn)水、排水、曝氣、攪拌等分別進(jìn)行控制。根據(jù)研究目的和實驗條件，可對PLC 控制程序進(jìn)行設(shè)置，從而確定周期內(nèi)不同階段的時間。

圖1 裝置實物圖

圖2 PLC 控制實物圖

3 SBR 污水處理實驗裝置的操作流程

SBR 法交替好氧/缺氧生物脫氮工藝，其特征在于：在SBR 反應(yīng)器中好氧-缺氧、好氧-缺氧交替運行，去除廢水中有機(jī)物和含氮化合物。操作工序如下：

進(jìn)水工序，首先待處理廢水在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)下進(jìn)入SBR 反應(yīng)器，使沉淀在反應(yīng)池底部的活性污泥沸騰起來，與原水充分混合，當(dāng)反應(yīng)器被注滿或到達(dá)指定液位后停止注水，進(jìn)入曝氣工序。

曝氣工序，打開空壓機(jī)進(jìn)行曝氣，由空壓機(jī)提供的壓縮空氣由進(jìn)氣管進(jìn)入曝氣盤，以微小氣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觸，目的在于利用活性污泥中的微生物對有機(jī)污染物進(jìn)行降解和完成含氮化合物的短程硝化作用。

攪拌工序，進(jìn)入缺氧反硝化階段，控制系統(tǒng)關(guān)閉空壓機(jī)，開啟攪拌電機(jī)，使在曝氣階段產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮經(jīng)反硝化菌作用轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)對總氮的去除。

沉淀工序，靜止沉淀階段開始，由控制系統(tǒng)控制沉淀時間。

排水工序，沉淀工序結(jié)束后，排水工序啟動?？刂葡到y(tǒng)啟動排水電磁閥，開始排水。

閑置工序，排水結(jié)束到下一個周期開始定義為閑置期。閑置期的時間長短不固定，根據(jù)實際污水水質(zhì)和水量調(diào)整。

整個系統(tǒng)由實時過程控制系統(tǒng)控制順次重復(fù)進(jìn)水、曝氣、攪拌、沉淀、排水和閑置六個工序，使整個系統(tǒng)始終處于好氧、缺氧、厭氧交替的狀態(tài)，間歇進(jìn)水和出水。

具體操作步驟：

1）開啟控制柜，控制柜給信號到水泵，水泵將原水送入反應(yīng)器，直到達(dá)到所要求的最高水位。

2）水泵關(guān)閉，氣閥打開，空壓機(jī)的壓縮空氣進(jìn)入反應(yīng)器，開始曝氣，此即反應(yīng)階段。

3）經(jīng)過一段時間的曝氣后，控制柜控制空壓機(jī)關(guān)閉，攪拌機(jī)開始工作，開始攪拌。

4）控制柜關(guān)閉攪拌機(jī)，開始沉淀。

5）沉淀結(jié)束，開啟電磁閥，開始排水至最低水位。

6）排水完畢，待進(jìn)水。

至此SBR 工藝的一個運行周期結(jié)束，進(jìn)入下一周期的準(zhǔn)備狀態(tài)。

4 存在問題與建議

今后要在三方面繼續(xù)進(jìn)行研究：

1）對其控制方法的研究改進(jìn)，采用DO、ORP、PH 等參數(shù)作為控制條件對過程進(jìn)行控制的方法。

2）根據(jù)污水處理過程需要，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，對出水裝置（潷水器）進(jìn)行研究。

3）購買高性能的水泵、氣泵以及現(xiàn)場檢測儀器，提高自控水平，同時對外觀加以改進(jìn)，提高整體性，使其更加緊湊。

5 意義

SBR 污水處理實驗裝置可用于生活污水或有機(jī)工業(yè)廢水好氧/厭氧生物處理相關(guān)的科學(xué)研究，進(jìn)行COD 氧化、脫氮除磷實驗，也可用于SBR 污水處理過程工藝參數(shù)的確定。

SBR 污水處理實驗裝置的設(shè)計制作，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，拓展了學(xué)生視野、激發(fā)了學(xué)生學(xué)科興趣和綜合科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維。實驗裝置既可服務(wù)于本科水處理工程課程和實踐教學(xué)，還可為學(xué)生提供一套設(shè)計性、綜合性的實驗平臺，并為師生提供污水處理相關(guān)創(chuàng)新性實驗和科學(xué)研究的平臺。

6 結(jié)語

由于我們是第一次制作實驗裝置，從入手開始就遇到了很多困難，中間也遇到了很多挫折。雖然裝置完成已經(jīng)試運行，我們也針對生活污水做了一些實驗，但還是有很多不完善的地方，也有很多后續(xù)工作要做。感謝我的指導(dǎo)老師給予的幫助，感謝我的同學(xué)們給予的幫助！S

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