2种不同出水方法的SBR工艺运行效果研究

王 湛， 陈晏育， 王 硕， 刘旭冉

(1.中国水利水电科学研究院, 北京 100048;2.轻工环境保护研究所， 北京 100089)

0 引言

多年来，一直备受大众认可的SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺，经过厌氧、好氧、缺氧3个阶段合理的时间配置交替运行，实现去除有机物、脱氮、除磷的效果，具有流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷力强等优点[1-2]。

随着SBR及其改进型工艺的开发和应用，与之配套的污水处理设备也得到了较大的发展。作为SBR工艺的核心设备，滗水器又称滗析器，可以分为虹吸式滗水器 、旋转滗水器、自浮式滗水器、机械式滗水器，目前在国内应用广泛的是旋转式（属机械式滗水器的一种）。滗水器为定期排除澄清水的设备，它具有能从静止的池表面将澄清水滗出，而不搅动沉淀的作用，直接影响工艺的处理效果。但性能好的滗水器价格不菲、且使用年限不易保证[3-8]。

除此之外，传统SBR由于受到滗水器限制，无法将池体设计为完全封闭，导致SBR系统在冬季的运行很难达到要求。

本文摒弃传统SBR的采用滗水器的传统出水方式，将SBR工艺池型作出修改，放弃滗水器的使用，采用固定出水堰式的出水方式，稳定了SBR池的池体水质，同时给池体设计了顶盖，使之成为完全封闭的污水处理系统。此工艺成功应用于全国农业展览馆的中水回用工程中，处理效果良好，为新型SBR工艺的研究提供了新思路以及宝贵的实践经验。

1 试验材料与方法

1.1 固定堰式SBR的工艺构造

该工艺采用中心配水器进水，固定堰出水的新无滗水器SBR工艺结构形式，省掉了机电设备，使工艺过程简化为进水挤压出水、曝气、沉淀排泥3个时序。该工艺设有反应池，反应池采用竖流式沉淀池结构。反应池的上部设有溢流堰，在反应池的中央垂直设置中心布水器，该配水器由中心筒和反射板构成，配水器的上端与进水泵连通，在处理池的底部设有与排泥泵连通的排泥管，池底设有曝气头，曝气头与风机连通[9]。固定堰式SBR结构见图1。

图1 固定堰式SBR池体结构

1.2 固定堰式SBR的工艺参数

工序设定为进水1 h，在进水的同时出水，曝气生化2 h，静沉1 h，静沉的同时排泥。

SBR池设置4座，单支布水器服务面积25 m2，有效水深4.5 m，表面负荷q≤ 1 m3/m2，SBR池边长5 m，进水口高程比堰上流水面高程低15 cm，布水器结构形式与竖流式二沉池进水装置相同，曝气器采用双环伞型曝气器，气、水比为9∶1[3,9]。

1.3 传统SBR的工艺参数

工序设定为进水1 h，曝气生化2 h，静沉1 h，滗水1 h，静沉的同时排泥。

SBR池设置1座，进水水量为4 m3/h，平面面积4 m2，有效水深4 m，表面负荷q≤ 1 m3/m2，SBR池边长2 m，滗水器长度为1.5 m，曝气器采用小型双环伞型曝气器，气、水比为9∶1[3,9]。

1.4 实验方法

本研究在全国农业展览馆建成每天处理量500 t生活污水的固定堰式SBR出水方式污水处理站，同时建造小型滗水器式SBR污水处理实验设备作为对比工艺，原水水质为化粪池出水与优质杂排水的混合生活污水。由于考虑到滗水器式SBR在实际工程中难以地埋的情况，因此小型滗水器式SBR装置设置为地上装置。针对项目的出水要求，把来水分别送入固定堰式SBR及传统SBR出水方式的2个污水处理设施，分别监测一段时间内2个污水处理工艺的出水水质情况，并对2种不同处理工艺的处理效果做出对比[4-5]。污水处理厂工艺见图2。

图2 固定堰式SBR工艺流程

运行参数如下：水量为20 m3/h，周期为4 h，1 d内周期数为6个，反应池设计池数4个，进水时间为1 h(同时出水)，曝气时间为1.5 h，沉淀时间为1.5 h（包括排泥 0.3 h），水力负荷 1 m3/(m2·h)，每个 SBR反应池有效容积为110 m3，有效水深4.5 m，超高0.5 m，平面尺寸为5 m ×5 m[10]。

进水泵水量为25m3/h，扬程为10 m，功率为3 kW。鼓风机数量为4台，气量为4.1 m3/min，压力为49 kPa，功率为5.5 kW。

进水和排水：第1个时序为向反应池内打进新污水，同时排出已处理过的污水，开启进水泵，将待处理的新污水通过中央配水器从反应池底部打入反应池，同时将池中已处理过的水逐渐通过溢流堰排出池外；直至新污水达到最高运行液位。

曝气：第2个时序为曝气，在该时段内不进水也不排水，但开启曝气系统为反应池曝气，此时使污染物质进行生化分解。

沉淀和排泥：第3个时序为沉淀和排泥，在该时段内不进水或排水，也不曝气，反应池处于静沉状态，进行高效泥水分离；并在该时段内将分理处的污泥通过排泥泵排出池外。

1.5 测试项目与方法

COD采用重铬酸钾法；BOD5采用压力法；SS采用重量法[7]。

2 实验结果分析

2.1 2种不同处理工艺对COD的影响分析

2种不同处理工艺对COD的去除效果见图3、图4。

图3 2013年9～12月COD出水监测结果

图4 2种不同处理工艺的COD处理效率分析

由图3可以看出，原水COD的平均质量浓度为350 mg/L，固定堰式SBR出水的COD平均质量浓度为45 mg/L，滗水器式SBR装置的出水COD水质平均质量浓度为58.75 mg/L，固定堰式SBR相比较传统SBR装置的COD出水水质平均优出13.75 mg/L。

由图4监测结果可以看出，新型固定堰式SBR处理工艺的去处效率均为84%以上，表明固定堰式SBR工艺对于COD的去除率稳定，且维持在较高的水平。相对于传统SBR出水工艺，COD处理效果平均高出3.77%，9～12月份的COD处理效果分别高出4.06%，4.35%，1.51%，5.63%。新型固定堰式SBR处理工艺出水水质相对较高，主要是由于与传统SBR的运行方式相比，固定堰式SBR出水方式将进水环节与出水环节合并，简化了运行方式，使该类SBR工艺拥有更长的生化时间[11]。同时可以发现，进入北方冬季，环境温度有所降低，传统SBR污水处理工艺对于COD的去除效率有所降低，而固定堰式SBR污水处理站采用地埋式概念，受温度影响较小，在冬季依然能够对COD有着稳定的去除效率。

2.2 2种不同处理工艺对BOD5的影响分析

2种不同处理工艺对BOD5的去除效果见图5、图6。

图5 2013年9～12月BOD5出水监测结果

图6 2种不同处理工艺的BOD5处理效率分析

由图5可以看出，原水BOD5的平均质量浓度为157 mg/L，固定堰式SBR出水的BOD5平均质量浓度为10.25 mg/L，滗水器式SBR装置的出水BOD5平均质量浓度为15.75 mg/L，固定堰式SBR相比较传统SBR装置的BOD5出水水质平均优出5.5 mg/L。

由图6可以看出，固定堰式SBR处理工艺的去处效率均为89%以上，表明固定堰式SBR工艺对于BOD5的去除率稳定，且维持在较高的水平。相对于传统SBR出水工艺，BOD5处理效果平均高出3.77%，9～12月份的 BOD5处理效果分别高出4.94%，0%，5.26%，4.86%。固定堰式SBR处理工艺出水水质相对较好，与COD去除效率提高的原因类似。并且固定堰式SBR处理工艺依然具有冬季处理效果相对稳定的作用[12]。

2.3 2种不同处理工艺对SS的影响分析

2种不同处理工艺对SS的去除效果见图7、图8。

图7 2013年9～12月SS出水监测结果

图8 2种不同处理工艺的SS处理效率分析

由图7可以看出，原水SS的平均质量浓度为179.75 mg/L，固定堰式SBR出水的SS平均质量浓度为8 mg/L，滗水器式SBR装置的出水SS平均质量浓度为13 mg/L，固定堰式SBR相比较传统SBR装置的SS出水水质平均优出5 mg/L。

由图8可以看出，新型固定堰式SBR处理工艺的去处效率均为94%以上，表明新型固定堰式SBR工艺对于SS的去除率稳定，且维持在较高的水平。相对于传统SBR出水工艺，SS处理效果平均高出2.81%，9～12月份的SS处理效果分别高出1.14%，3.28%，4.24%，2.56%。新型固定堰式SBR处理工艺出水水质相对较高，主要是由于新型固定堰式SBR的出水堰口相对于传统SBR的滗水器长约3～4倍，堰口出水流速降低，不易带泥，减少了出水中的SS 浓度[11]。

3 讨论

（1）新的结构形式没有机电设备，因此不用进行池体内的维护，便于形成封闭的生物反应池。同时更加适用于地埋式污水处理厂的理念，地上的建筑和设施不受影响。同时地埋式污水处理厂在冬季对于池体中的微生物影响较小[13]。

（2）新型SBR没有滗水器，采用中心配水，固定的溢流堰结构使工艺过程简化为出水、曝气、沉淀排泥3个时序。降低了设备投资，设备维护量也减小，出水浊度降低，生化反应时间延长，出水水质尤其是SS 较好[14]。

（3）采用中心配水，进水均匀，防止对污泥层侵扰，有效避免出水夹带污泥。同时竖流式沉淀池式的结构使进出水不短流。

（4）各工序的时间调整自如，适当改变自控程序，可以随时优化出水水质。

（5）新的结构形式由于无机电设备，因此设备维护量小，便于建成封闭式的地埋生化反应池，地上的建筑设施以及环境质量不受影响，便于实现全地埋式的污水处理厂设计新理念。

4 结 论

（1）新型固定堰式SBR污水处理工艺对于COD，BOD5以及SS的去除率均优于传统SBR污水处理工艺。

（2）在冬季运行气温较低的前提下，固定堰式SBR污水处理工艺对于COD，BOD5，SS的去除率仍然能够稳定达标。

综上所述固定堰式SBR在一定工况下可以作为传统SBR工艺的改良工艺进行应用。