2.7　城市污水的二級(jí)生物處理——SBR工藝

SBR（SequencingBatchActivatedSludgeReactorTechnology，SBR）即序批式活性污泥處理系統(tǒng)，或者稱為間歇式活性污泥處理系統(tǒng)。早期的污水處理池由于進(jìn)出水切換復(fù)雜和控制設(shè)備方面的原因，限制了其發(fā)展。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的加入，使SBR在城市污水、工業(yè)廢水中的應(yīng)用越來越廣泛。

2.7.1　SBR工藝的工作原理和特點(diǎn)

1.SBR工藝工作原理

序批式活性污泥法作為活性污泥法的一種，其去除有機(jī)物的機(jī)理與傳統(tǒng)活性污泥法相同。傳統(tǒng)活性污泥法的曝氣池，在流態(tài)上屬推流，在有機(jī)物降解方面也是沿著空間而逐漸降解的。而SBR工藝的曝氣池，在流態(tài)上屬完全混合，即污水和回流污泥進(jìn)入曝氣池后立即與池內(nèi)原有的混合液充分混合，使池內(nèi)各點(diǎn)水質(zhì)比較均勻。在有機(jī)物降解上，卻是時(shí)間上的推流，有機(jī)物是隨著時(shí)間的推移而被降解的。圖2.36為SBR工藝的基本運(yùn)行模式，其基本操作流程由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置等5個(gè)基本過程組成，從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里，上述過程是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行的。

（1）進(jìn)水期。在污水注入之前，反應(yīng)器處于5道工序中最后的閑置段（或待機(jī)段），處理后的污廢水已經(jīng)排放，器內(nèi)殘存著高濃度的活性污泥混合液。污水注滿后再進(jìn)行反應(yīng)，從這個(gè)意義上說，反應(yīng)器起到調(diào)節(jié)池的作用，因此，反應(yīng)器對(duì)水質(zhì)、水量的變動(dòng)有一定的適應(yīng)性。

污水注入，水位上升，可以根據(jù)其他工藝的要求，配合進(jìn)行其他的操作過程，如曝氣既取得預(yù)曝氣的效果，又使污泥再生恢復(fù)其活性；也可以根據(jù)要求，如脫氮、釋放磷進(jìn)行緩慢攪拌；還可以根據(jù)限制曝氣的要求，不進(jìn)行其他技術(shù)措施，而單純注水等。

（2）反應(yīng)期。這是本工藝最主要的一道工序。污水注入達(dá)到預(yù)定高度后，開始反應(yīng)操作，根據(jù)污水處理的目的，如BOD5去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，如前三項(xiàng)為曝氣，后一項(xiàng)緩速攪拌，并根據(jù)需要達(dá)到的程度決定反應(yīng)的延續(xù)時(shí)間。如需要使反應(yīng)器連續(xù)地進(jìn)行BOD去除—硝化—反硝化反應(yīng)，則BOD去除—硝化反應(yīng)需要較長(zhǎng)的曝氣時(shí)間，而在進(jìn)行反硝化時(shí)，應(yīng)停止曝氣，使反應(yīng)器進(jìn)入缺氧或厭氧狀態(tài)，進(jìn)行緩速攪拌，此時(shí)為了向反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充電子受體，應(yīng)投加甲醛或注入少量有機(jī)污水。

（3）沉淀期。本工序相當(dāng)于活性污泥法連續(xù)系統(tǒng)的二次沉淀池。停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，活性污泥與水分離，由于本工序是靜止沉淀，沉淀效果一般良好。

（4）排水排泥期。上個(gè)工序沉淀后產(chǎn)生的上清液，作為處理水排放。一直到最低水位，在反應(yīng)器內(nèi)殘留的一部分活性污泥，作為種泥。

（5）閑置期。也稱為待機(jī)工序，即在處理水排放后，反應(yīng)器處于停滯狀態(tài)，等待下一個(gè)操作周期開始的階段，此工序時(shí)間，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定。

2.SBR工藝主要特點(diǎn)

作為主體構(gòu)筑物的SBR反應(yīng)池，既能作儲(chǔ)水池（或水量調(diào)節(jié)池），又是生物反應(yīng)池（進(jìn)行生物去除BOD5、COD、N和P），也是二沉池（去除SS），是個(gè)具有多功能的構(gòu)筑物。SBR工藝過程能改善活性污泥的沉降性能，在靜置狀態(tài)下進(jìn)行固液分離，高效，出水澄清質(zhì)優(yōu)，易于達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水質(zhì)要求。圖2.37給出了SBR同常規(guī)活性污泥法的工藝比較。

SBR工藝與傳統(tǒng)的連續(xù)活性污泥法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）SBR法不需要設(shè)置流量調(diào)節(jié)池，不需要設(shè)置二次沉淀池及回流污泥泵房，而二次沉淀池及回流污泥泵房占地面積相當(dāng)于曝氣池的80%。SBR池在一個(gè)池子內(nèi)通過時(shí)間的調(diào)節(jié)與安排，通過以電子計(jì)算機(jī)為中心的調(diào)控，對(duì)BOD5、COD、SS和N、P等完成系列凈化過程，實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧和好氧等生化反應(yīng)過程。

（2）對(duì)于連續(xù)流的活性污泥法，在小流量規(guī)模時(shí)需設(shè)置流量調(diào)節(jié)池及二次沉淀池及各種專門功能的構(gòu)筑物，工藝流程長(zhǎng)，構(gòu)造復(fù)雜，操作繁瑣，各池的反應(yīng)過程與功能單一，需要回流抽汲設(shè)備，因此，設(shè)備多而復(fù)雜，維護(hù)管理費(fèi)用高。

（3）SBR法凈化出水的水質(zhì)往往比常規(guī)活性污泥法的要好，水質(zhì)也較穩(wěn)定。

（4）SBR法結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

（5）SBR法耐受負(fù)荷變動(dòng)的能力強(qiáng)，對(duì)凈化效果的影響也較小。

（6）SBR法基建投資少，比常規(guī)活性污泥法省24%的投資費(fèi)用。

（7）SBR法容易控制污泥膨脹。

（8）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC控制，操作管理方便。

2.7.2　SBR工藝的主要設(shè)備

1.潷水器

SBR工藝的最根本特點(diǎn)是，單個(gè)反應(yīng)器的排水形式均采用靜止沉淀、集中排水的方式運(yùn)行，排水時(shí)池中的水位是變化的，為了保證排水時(shí)不會(huì)擾動(dòng)池中各水層，使排出的上清液始終位于最上層，所以使用一種能隨水位變化而可調(diào)節(jié)的出水堰，為了防止浮渣進(jìn)入，還要將排水口淹沒在水面下一定深度，稱這種裝置為潷水器。

潷水器的形式有很多。從傳動(dòng)形式上可分為機(jī)械式、自動(dòng)式及兩種方式的組合；從運(yùn)行方式上分虹吸式、浮筒式、套筒式和旋轉(zhuǎn)式；從堰口形式上分直堰式和弧堰式等。除虹吸式潷水器只有自動(dòng)式一種傳動(dòng)方式外，其余三種運(yùn)行方式的潷水器都有機(jī)械、自動(dòng)和組合的傳動(dòng)方式。潷水器的結(jié)構(gòu)如圖2.38所示。

潷水器的組成一般分為收水裝置、連接裝置及傳動(dòng)裝置。收水裝置設(shè)有擋板、進(jìn)水口及浮子等，其主要作用是將處理好的上清液收集到潷水器中，再通過導(dǎo)管排放，由于潷水時(shí)瞬時(shí)流量較大，而潷水時(shí)既要使水順利通過，又要使反應(yīng)器中的沉淀不受擾動(dòng)，更不能使污水隨水流出。潷水器的連接裝置是潷水器的又一關(guān)鍵部位，潷水器在排水中需要不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，其連接裝置既要保證運(yùn)轉(zhuǎn)自由，同時(shí)又要保證密封性。潷水器的傳動(dòng)裝置是保證潷水器正常動(dòng)作的關(guān)鍵，不論是采用液壓式還是機(jī)械式的傳動(dòng)，均需要同自控和污水處理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過自動(dòng)的程序控制潷水動(dòng)作。

2.水下推進(jìn)器

水下推進(jìn)器的作用主要是攪拌和推流，與鼓風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用于SBR，一方面使混合液攪拌均勻；另一方面，在曝氣供氧停止、系統(tǒng)轉(zhuǎn)至兼氧狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，能使池中活性污泥處于懸浮狀態(tài)。這種應(yīng)用主要是由于射流曝氣器一般適用于較小水量的曝氣，而在較大水量的應(yīng)用上有局限性。

3.自動(dòng)化控制系統(tǒng)

SBR采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)來達(dá)到復(fù)雜的控制要求，把用人工操作難以實(shí)現(xiàn)的控制通過計(jì)算機(jī)、軟件、儀器設(shè)備的有機(jī)結(jié)合自動(dòng)完成，并創(chuàng)造滿足微生物生存的最佳環(huán)境。SBR的自動(dòng)控制主要是以時(shí)間為基本參數(shù)使SBR正常運(yùn)轉(zhuǎn)，控制過程中所需要的指令信息及反饋信息均利用各種水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)儀器儀表獲得。

SBR自動(dòng)控制的硬件設(shè)施包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和儀器儀表系統(tǒng)。儀器儀表系統(tǒng)包括一次儀表的各種形式，如污泥濃度計(jì)、溶解氧儀、pH計(jì)、ORP計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)以及需要控制的各種電動(dòng)氣動(dòng)閥門、水泵、風(fēng)機(jī)、潷水器等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也就是狹義上的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是自控系統(tǒng)的核心部分。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要有PLC和DCS兩種，最常用的是PLC控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)主要由中控室主站和現(xiàn)場(chǎng)子站構(gòu)成，利用網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)集中管理和分散控制。自動(dòng)控制系統(tǒng)包括控制設(shè)備和控制對(duì)象兩部分，控制設(shè)備由主機(jī)、打印機(jī)、可編程程序控制器等組成，控制對(duì)象包括主反應(yīng)池、風(fēng)機(jī)及變配電間、污泥濃縮池、污泥池、沉砂池、提升泵站、脫水機(jī)房等、PLC的核心控制處理器對(duì)系統(tǒng)的多個(gè)開關(guān)量和模擬量進(jìn)行控制。