王 湛， 陳晏育， 王 碩， 劉旭冉

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

0 引言

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

隨著SBR及其改進(jìn)型工藝的開發(fā)和應(yīng)用，與之配套的污水處理設(shè)備也得到了較大的發(fā)展。作為SBR工藝的核心設(shè)備，潷水器又稱潷析器，可以分為虹吸式潷水器 、旋轉(zhuǎn)潷水器、自浮式潷水器、機械式潷水器，目前在國內(nèi)應(yīng)用廣泛的是旋轉(zhuǎn)式（屬機械式潷水器的一種）。潷水器為定期排除澄清水的設(shè)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(tǒng)SBR由于受到潷水器限制，無法將池體設(shè)計為完全封閉，導(dǎo)致SBR系統(tǒng)在冬季的運行很難達(dá)到要求。

本文摒棄傳統(tǒng)SBR的采用潷水器的傳統(tǒng)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(wěn)定了SBR池的池體水質(zhì)，同時給池體設(shè)計了頂蓋，使之成為完全封閉的污水處理系統(tǒng)。此工藝成功應(yīng)用于全國農(nóng)業(yè)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(jīng)驗。

1 試驗材料與方法

1.1 固定堰式SBR的工藝構(gòu)造

該工藝采用中心配水器進(jìn)水，固定堰出水的新無潷水器SBR工藝結(jié)構(gòu)形式，省掉了機電設(shè)備，使工藝過程簡化為進(jìn)水?dāng)D壓出水、曝氣、沉淀排泥3個時序。該工藝設(shè)有反應(yīng)池，反應(yīng)池采用豎流式沉淀池結(jié)構(gòu)。反應(yīng)池的上部設(shè)有溢流堰，在反應(yīng)池的中央垂直設(shè)置中心布水器，該配水器由中心筒和反射板構(gòu)成，配水器的上端與進(jìn)水泵連通，在處理池的底部設(shè)有與排泥泵連通的排泥管，池底設(shè)有曝氣頭，曝氣頭與風(fēng)機連通[9]。固定堰式SBR結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 固定堰式SBR池體結(jié)構(gòu)

1.2 固定堰式SBR的工藝參數(shù)

工序設(shè)定為進(jìn)水1 h，在進(jìn)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(shè)置4座，單支布水器服務(wù)面積25 m2，有效水深4.5 m，表面負(fù)荷q≤ 1 m3/m2，SBR池邊長5 m，進(jìn)水口高程比堰上流水面高程低15 cm，布水器結(jié)構(gòu)形式與豎流式二沉池進(jìn)水裝置相同，曝氣器采用雙環(huán)傘型曝氣器，氣、水比為9∶1[3,9]。

1.3 傳統(tǒng)SBR的工藝參數(shù)

工序設(shè)定為進(jìn)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(shè)置1座，進(jìn)水水量為4 m3/h，平面面積4 m2，有效水深4 m，表面負(fù)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(huán)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(nóng)業(yè)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(shè)備作為對比工藝，原水水質(zhì)為化糞池出水與優(yōu)質(zhì)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(shè)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(tǒng)SBR出水方式的2個污水處理設(shè)施，分別監(jiān)測一段時間內(nèi)2個污水處理工藝的出水水質(zhì)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(shù)如下：水量為20 m3/h，周期為4 h，1 d內(nèi)周期數(shù)為6個，反應(yīng)池設(shè)計池數(shù)4個，進(jìn)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(fù)荷 1 m3/(m2·h)，每個 SBR反應(yīng)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(jìn)水泵水量為25m3/h，揚程為10 m，功率為3 kW。鼓風(fēng)機數(shù)量為4臺，氣量為4.1 m3/min，壓力為49 kPa，功率為5.5 kW。

進(jìn)水和排水：第1個時序為向反應(yīng)池內(nèi)打進(jìn)新污水，同時排出已處理過的污水，開啟進(jìn)水泵，將待處理的新污水通過中央配水器從反應(yīng)池底部打入反應(yīng)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(dá)到最高運行液位。

曝氣：第2個時序為曝氣，在該時段內(nèi)不進(jìn)水也不排水，但開啟曝氣系統(tǒng)為反應(yīng)池曝氣，此時使污染物質(zhì)進(jìn)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(nèi)不進(jìn)水或排水，也不曝氣，反應(yīng)池處于靜沉狀態(tài)，進(jìn)行高效泥水分離；并在該時段內(nèi)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(jié)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(jiān)測結(jié)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(zhì)量濃度為350 mg/L，固定堰式SBR出水的COD平均質(zhì)量濃度為45 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水COD水質(zhì)平均質(zhì)量濃度為58.75 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統(tǒng)SBR裝置的COD出水水質(zhì)平均優(yōu)出13.75 mg/L。

由圖4監(jiān)測結(jié)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(wěn)定，且維持在較高的水平。相對于傳統(tǒng)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(zhì)相對較高，主要是由于與傳統(tǒng)SBR的運行方式相比，固定堰式SBR出水方式將進(jìn)水環(huán)節(jié)與出水環(huán)節(jié)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(fā)現(xiàn)，進(jìn)入北方冬季，環(huán)境溫度有所降低，傳統(tǒng)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?qū)OD有著穩(wěn)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(jiān)測結(jié)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(zhì)量濃度為157 mg/L，固定堰式SBR出水的BOD5平均質(zhì)量濃度為10.25 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水BOD5平均質(zhì)量濃度為15.75 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統(tǒng)SBR裝置的BOD5出水水質(zhì)平均優(yōu)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(wěn)定，且維持在較高的水平。相對于傳統(tǒng)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(zhì)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(wěn)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(jiān)測結(jié)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(zhì)量濃度為179.75 mg/L，固定堰式SBR出水的SS平均質(zhì)量濃度為8 mg/L，潷水器式SBR裝置的出水SS平均質(zhì)量濃度為13 mg/L，固定堰式SBR相比較傳統(tǒng)SBR裝置的SS出水水質(zhì)平均優(yōu)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(wěn)定，且維持在較高的水平。相對于傳統(tǒng)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(zhì)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(tǒng)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(jié)構(gòu)形式?jīng)]有機電設(shè)備，因此不用進(jìn)行池體內(nèi)的維護，便于形成封閉的生物反應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)使工藝過程簡化為出水、曝氣、沉淀排泥3個時序。降低了設(shè)備投資，設(shè)備維護量也減小，出水濁度降低，生化反應(yīng)時間延長，出水水質(zhì)尤其是SS 較好[14]。

（3）采用中心配水，進(jìn)水均勻，防止對污泥層侵?jǐn)_，有效避免出水夾帶污泥。同時豎流式沉淀池式的結(jié)構(gòu)使進(jìn)出水不短流。

（4）各工序的時間調(diào)整自如，適當(dāng)改變自控程序，可以隨時優(yōu)化出水水質(zhì)。

（5）新的結(jié)構(gòu)形式由于無機電設(shè)備，因此設(shè)備維護量小，便于建成封閉式的地埋生化反應(yīng)池，地上的建筑設(shè)施以及環(huán)境質(zhì)量不受影響，便于實現(xiàn)全地埋式的污水處理廠設(shè)計新理念。

4 結(jié) 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(yōu)于傳統(tǒng)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(wěn)定達(dá)標(biāo)。

綜上所述固定堰式SBR在一定工況下可以作為傳統(tǒng)SBR工藝的改良工藝進(jìn)行應(yīng)用。