SBR污水處理實驗裝置的設計制作

郭立勝　王宏

【摘 要】本文針對SBR活性污泥污水處理技術使用現狀，工作原理，開發研制了SBR污水處理實驗裝置，對裝置構成、操作流程、存在問題進行了闡述，此裝置可用于生活污水或有機工業廢水生物處理相關的科學研究。

【關鍵詞】SBR；污水處理；實驗裝置

【Abstract】Based on the principle of SBR（Sequencing Batch Reactor），an experimental facility was developed. Structure and operation of this Device were discussed，it can be applied in research on domestic wastewater or industrial wastewater treatment.

【Key words】SBR；Wastewater treatment；Experimental facility

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。早期SBR法由于進、出水切換復雜，變水位出水、供氣系統易堵塞及設備等方面的原因，限制了其應用和發展。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。尤其近年來計算機在曝氣、污泥回流的控制應用與溶解氧測定儀、氧化還原電位計、水位計等先進監控產品的出現，使得初期的SBR反應器間歇運行的復雜操作問題得以解決。無堵塞曝氣設備的開發，使得SBR工藝重新獲得了應用。

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污水時，比普通的活性污泥法節省基建費用投資約30%。而且該工藝布置緊湊，節省占地面積。此外，其理想的推流過程使生化反應推動力大，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，且耐沖擊負荷。

1 SBR實驗裝置的工作原理

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

SBR法去除有機物的機理，與傳統的活性污泥法相同，是在反應器內預先培養馴化一定量的活性微生物（活性污泥），當廢水進入反應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物進行新陳代謝，將有機污染物轉化為CO2、H2O等無機物，同時，微生物增殖，最后將微生物細胞物質（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行，并且也是間歇的。

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

2 SBR污水處理實驗裝置構成

SBR污水處理實驗裝置主要由鋼化玻璃主體、進出水系統、曝氣系統、排水系統和控制系統組成。采用12毫米厚鋼化玻璃為外圍結構，堅固耐用，長度1200mm，寬度500mm，高度900mm（有效高度790mm），設備總容積440L。其裝置實物圖和PLC實物控制圖分別見圖1、圖2所示。進出水系統由水泵、流量計、電磁閥及管路構成。排水系統電磁閥及虹吸式潷水器構成。曝氣系統則由空氣壓縮機、氣體流量計、空氣擴散器及管路構成。此三系統均由時間控制器進行自動控制。PLC控制器具有開關作用，可對進水、排水、曝氣、攪拌等分別進行控制。根據研究目的和實驗條件，可對PLC控制程序進行設置，從而確定周期內不同階段的時間。

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反應器中好氧-缺氧、好氧-缺氧交替運行，去除廢水中有機物和含氮化合物。操作工序如下：

進水工序，首先待處理廢水在控制系統調節下進入SBR反應器，使沉淀在反應池底部的活性污泥沸騰起來，與原水充分混合，當反應器被注滿或到達指定液位后停止注水，進入曝氣工序。

曝氣工序，打開空壓機進行曝氣，由空壓機提供的壓縮空氣由進氣管進入曝氣盤，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污染物進行降解和完成含氮化合物的短程硝化作用。

攪拌工序，進入缺氧反硝化階段，控制系統關閉空壓機，開啟攪拌電機，使在曝氣階段產生的亞硝酸鹽氮經反硝化菌作用轉化為氮氣，實現對總氮的去除。

沉淀工序，靜止沉淀階段開始，由控制系統控制沉淀時間。

排水工序，沉淀工序結束后，排水工序啟動。控制系統啟動排水電磁閥，開始排水。

閑置工序，排水結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，根據實際污水水質和水量調整。

整個系統由實時過程控制系統控制順次重復進水、曝氣、攪拌、沉淀、排水和閑置六個工序，使整個系統始終處于好氧、缺氧、厭氧交替的狀態，間歇進水和出水。

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器，直到達到所要求的最高水位。

2）水泵關閉，氣閥打開，空壓機的壓縮空氣進入反應器，開始曝氣，此即反應階段。

3）經過一段時間的曝氣后，控制柜控制空壓機關閉，攪拌機開始工作，開始攪拌。

4）控制柜關閉攪拌機，開始沉淀。

5）沉淀結束，開啟電磁閥，開始排水至最低水位。

6）排水完畢，待進水。

至此SBR工藝的一個運行周期結束，進入下一周期的準備狀態。

4 存在問題與建議

今后要在三方面繼續進行研究：

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

2）根據污水處理過程需要，對其結構進一步優化，對出水裝置（潷水器）進行研究。

3）購買高性能的水泵、氣泵以及現場檢測儀器，提高自控水平，同時對外觀加以改進，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工業廢水好氧/厭氧生物處理相關的科學研究，進行COD氧化、脫氮除磷實驗，也可用于SBR污水處理過程工藝參數的確定。

SBR污水處理實驗裝置的設計制作，培養了學生的動手能力，拓展了學生視野、激發了學生學科興趣和綜合科學素養和創新思維。實驗裝置既可服務于本科水處理工程課程和實踐教學，還可為學生提供一套設計性、綜合性的實驗平臺，并為師生提供污水處理相關創新性實驗和科學研究的平臺。

6 結語

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，也有很多后續工作要做。感謝我的指導老師給予的幫助，感謝我的同學們給予的幫助！

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[責任編輯：謝慶云]