2種不同出水方法的SBR工藝運行效果研究

王 湛， 陳晏育， 王 碩， 劉旭冉

(1.中國水利水電科學研究院, 北京 100048;2.輕工環境保護研究所， 北京 100089)

0 引言

多年來，一直備受大眾認可的SBR（Sequencing Batch Reactor）工藝，經過厭氧、好氧、缺氧3個階段合理的時間配置交替運行，實現去除有機物、脫氮、除磷的效果，具有流程簡單、處理效果穩定、占地面積小、耐沖擊負荷力強等優點[1-2]。

隨著SBR及其改進型工藝的開發和應用，與之配套的污水處理設備也得到了較大的發展。作為SBR工藝的核心設備，潷水器又稱潷析器，可以分為虹吸式潷水器 、旋轉潷水器、自浮式潷水器、機械式潷水器，目前在國內應用廣泛的是旋轉式（屬機械式潷水器的一種）。潷水器為定期排除澄清水的設備，它具有能從靜止的池表面將澄清水潷出，而不攪動沉淀的作用，直接影響工藝的處理效果。但性能好的潷水器價格不菲、且使用年限不易保證[3-8]。

除此之外，傳統SBR由于受到潷水器限制，無法將池體設計為完全封閉，導致SBR系統在冬季的運行很難達到要求。

本文摒棄傳統SBR的采用潷水器的傳統出水方式，將SBR工藝池型作出修改，放棄潷水器的使用，采用固定出水堰式的出水方式，穩定了SBR池的池體水質，同時給池體設計了頂蓋，使之成為完全封閉的污水處理系統。此工藝成功應用于全國農業展覽館的中水回用工程中，處理效果良好，為新型SBR工藝的研究提供了新思路以及寶貴的實踐經驗。

1 試驗材料與方法

1.1 固定堰式SBR的工藝構造

該工藝采用中心配水器進水，固定堰出水的新無潷水器SBR工藝結構形式，省掉了機電設備，使工藝過程簡化為進水擠壓出水、曝氣、沉淀排泥3個時序。該工藝設有反應池，反應池采用豎流式沉淀池結構。反應池的上部設有溢流堰，在反應池的中央垂直設置中心布水器，該配水器由中心筒和反射板構成，配水器的上端與進水泵連通，在處理池的底部設有與排泥泵連通的排泥管，池底設有曝氣頭，曝氣頭與風機連通[9]。固定堰式SBR結構見圖1。

圖1 固定堰式SBR池體結構

1.2 固定堰式SBR的工藝參數

工序設定為進水1 h，在進水的同時出水，曝氣生化2 h，靜沉1 h，靜沉的同時排泥。

SBR池設置4座，單支布水器服務面積25 m2，有效水深4.5 m，表面負荷q≤ 1 m3/m2，SBR池邊長5 m，進水口高程比堰上流水面高程低15 cm，布水器結構形式與豎流式二沉池進水裝置相同，曝氣器采用雙環傘型曝氣器，氣、水比為9∶1[3,9]。

1.3 傳統SBR的工藝參數

工序設定為進水1 h，曝氣生化2 h，靜沉1 h，潷水1 h，靜沉的同時排泥。

SBR池設置1座，進水水量為4 m3/h，平面面積4 m2，有效水深4 m，表面負荷q≤ 1 m3/m2，SBR池邊長2 m，潷水器長度為1.5 m，曝氣器采用小型雙環傘型曝氣器，氣、水比為9∶1[3,9]。

1.4 實驗方法

本研究在全國農業展覽館建成每天處理量500 t生活污水的固定堰式SBR出水方式污水處理站，同時建造小型潷水器式SBR污水處理實驗設備作為對比工藝，原水水質為化糞池出水與優質雜排水的混合生活污水。由于考慮到潷水器式SBR在實際工程中難以地埋的情況，因此小型潷水器式SBR裝置設置為地上裝置。針對項目的出水要求，把來水分別送入固定堰式SBR及傳統SBR出水方式的2個污水處理設施，分別監測一段時間內2個污水處理工藝的出水水質情況，并對2種不同處理工藝的處理效果做出對比[4-5]。污水處理廠工藝見圖2。

圖2 固定堰式SBR工藝流程

運行參數如下：水量為20 m3/h，周期為4 h，1 d內周期數為6個，反應池設計池數4個，進水時間為1 h(同時出水)，曝氣時間為1.5 h，沉淀時間為1.5 h（包括排泥 0.3 h），水力負荷 1 m3/(m2·h)，每個 SBR反應池有效容積為110 m3，有效水深4.5 m，超高0.5 m，平面尺寸為5 m ×5 m[10]。

進水泵水量為25m3/h，揚程為10 m，功率為3 kW。鼓風機數量為4臺，氣量為4.1 m3/min，壓力為49 kPa，功率為5.5 kW。

進水和排水：第1個時序為向反應池內打進新污水，同時排出已處理過的污水，開啟進水泵，將待處理的新污水通過中央配水器從反應池底部打入反應池，同時將池中已處理過的水逐漸通過溢流堰排出池外；直至新污水達到最高運行液位。

曝氣：第2個時序為曝氣，在該時段內不進水也不排水，但開啟曝氣系統為反應池曝氣，此時使污染物質進行生化分解。

沉淀和排泥：第3個時序為沉淀和排泥，在該時段內不進水或排水，也不曝氣，反應池處于靜沉狀態，進行高效泥水分離；并在該時段內將分理處的污泥通過排泥泵排出池外。

1.5 測試項目與方法

COD采用重鉻酸鉀法；BOD5采用壓力法；SS采用重量法[7]。

2 實驗結果分析

2.1 2種不同處理工藝對COD的影響分析

2種不同處理工藝對COD的去除效果見圖3、圖4。

圖3 2013年9～12月COD出水監測結果

圖4 2種不同處理工藝的COD處理效率分析

由圖3可以看出，原水COD的平均質量濃度為350 mg/L，固定堰式SBR出水的COD平均質量濃度為45 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水COD水質平均質量濃度為58.75 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統SBR裝置的COD出水水質平均優出13.75 mg/L。

由圖4監測結果可以看出，新型固定堰式SBR處理工藝的去處效率均為84%以上，表明固定堰式SBR工藝對于COD的去除率穩定，且維持在較高的水平。相對于傳統SBR出水工藝，COD處理效果平均高出3.77%，9～12月份的COD處理效果分別高出4.06%，4.35%，1.51%，5.63%。新型固定堰式SBR處理工藝出水水質相對較高，主要是由于與傳統SBR的運行方式相比，固定堰式SBR出水方式將進水環節與出水環節合并，簡化了運行方式，使該類SBR工藝擁有更長的生化時間[11]。同時可以發現，進入北方冬季，環境溫度有所降低，傳統SBR污水處理工藝對于COD的去除效率有所降低，而固定堰式SBR污水處理站采用地埋式概念，受溫度影響較小，在冬季依然能夠對COD有著穩定的去除效率。

2.2 2種不同處理工藝對BOD5的影響分析

2種不同處理工藝對BOD5的去除效果見圖5、圖6。

圖5 2013年9～12月BOD5出水監測結果

圖6 2種不同處理工藝的BOD5處理效率分析

由圖5可以看出，原水BOD5的平均質量濃度為157 mg/L，固定堰式SBR出水的BOD5平均質量濃度為10.25 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水BOD5平均質量濃度為15.75 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統SBR裝置的BOD5出水水質平均優出5.5 mg/L。

由圖6可以看出，固定堰式SBR處理工藝的去處效率均為89%以上，表明固定堰式SBR工藝對于BOD5的去除率穩定，且維持在較高的水平。相對于傳統SBR出水工藝，BOD5處理效果平均高出3.77%，9～12月份的 BOD5處理效果分別高出4.94%，0%，5.26%，4.86%。固定堰式SBR處理工藝出水水質相對較好，與COD去除效率提高的原因類似。并且固定堰式SBR處理工藝依然具有冬季處理效果相對穩定的作用[12]。

2.3 2種不同處理工藝對SS的影響分析

2種不同處理工藝對SS的去除效果見圖7、圖8。

圖7 2013年9～12月SS出水監測結果

圖8 2種不同處理工藝的SS處理效率分析

由圖7可以看出，原水SS的平均質量濃度為179.75 mg/L，固定堰式SBR出水的SS平均質量濃度為8 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水SS平均質量濃度為13 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統SBR裝置的SS出水水質平均優出5 mg/L。

由圖8可以看出，新型固定堰式SBR處理工藝的去處效率均為94%以上，表明新型固定堰式SBR工藝對于SS的去除率穩定，且維持在較高的水平。相對于傳統SBR出水工藝，SS處理效果平均高出2.81%，9～12月份的SS處理效果分別高出1.14%，3.28%，4.24%，2.56%。新型固定堰式SBR處理工藝出水水質相對較高，主要是由于新型固定堰式SBR的出水堰口相對于傳統SBR的潷水器長約3～4倍，堰口出水流速降低，不易帶泥，減少了出水中的SS 濃度[11]。

3 討論

（1）新的結構形式沒有機電設備，因此不用進行池體內的維護，便于形成封閉的生物反應池。同時更加適用于地埋式污水處理廠的理念，地上的建筑和設施不受影響。同時地埋式污水處理廠在冬季對于池體中的微生物影響較小[13]。

（2）新型SBR沒有潷水器，采用中心配水，固定的溢流堰結構使工藝過程簡化為出水、曝氣、沉淀排泥3個時序。降低了設備投資，設備維護量也減小，出水濁度降低，生化反應時間延長，出水水質尤其是SS 較好[14]。

（3）采用中心配水，進水均勻，防止對污泥層侵擾，有效避免出水夾帶污泥。同時豎流式沉淀池式的結構使進出水不短流。

（4）各工序的時間調整自如，適當改變自控程序，可以隨時優化出水水質。

（5）新的結構形式由于無機電設備，因此設備維護量小，便于建成封閉式的地埋生化反應池，地上的建筑設施以及環境質量不受影響，便于實現全地埋式的污水處理廠設計新理念。

4 結 論

（1）新型固定堰式SBR污水處理工藝對于COD，BOD5以及SS的去除率均優于傳統SBR污水處理工藝。

（2）在冬季運行氣溫較低的前提下，固定堰式SBR污水處理工藝對于COD，BOD5，SS的去除率仍然能夠穩定達標。

綜上所述固定堰式SBR在一定工況下可以作為傳統SBR工藝的改良工藝進行應用。