（环境工程专业论文）厌氧好氧sbr处理生活污水工艺及优化控制研究.pdf

北京r 商人学硕士学位论文 摘要 水资源是社会和经济可持续发展的个重要因素。城市污水处理已从原始的 自然处理、单纯的一级、二级处理发展到利用各种先进技术深度处理污水，并且 回用。城市污水处理是高能耗行业之一，污水处理的节能降耗将成为行业亟需解 决的问题。 本研究以实际应用为目标，深入进行厌氧一好氧s b r 处理生活污水小试及中 试实验研究，确定了反应器处理生活污水的基质去除动力学参数；选择性地考察 了有关操作运行条件对厌氧一好氧s b r 处理生活污水效果的影响；并对厌氧一好氧 s b r 反应器活性污泥中硝化菌和反硝化菌进行初步分离、筛选及性能测试；另外 通过求解s b r 优化控制模型，确定s b r 好氧阶段溶解氧优化控制曲线，并通过实 验对s b r 处理生活污水的优化效果进行验证。 通过进行厌氧一好氧s b r 处理生活污水小试及中试实验研究，确定厌氧一好 氧s b r 处理城市污水的运行方式为：瞬时进水，厌氧搅拌3 0 小时，好氧4 0 小 时，沉淀1 0 h 。温度从1 8 c 上升到3 0 c ，氨氮和总氮的去除速率是逐渐提高的； 在此温度范围内，温度并不是影响c o d 、总磷去除效果的主要影响因素；出水 氨氮及氨氮去除率受碳氮比的影响不大，而总氮、总磷去除则因碳氮比的不同而 不同，碳氮比为8 时，碳源即能满足反硝化和厌氧释磷的需要。厌氧一好氧s b r 小试反应器稳定运行期间，去除效率基本稳定，出水c o d 、 i n 、t p 浓度均能达 国家城镇污水一级a 排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ，c o d 、t p 去除率均可达9 0 以上，t n 去除率也可达7 0 ，系统具有良好的脱氮除磷功能。厌氧一好氧s b r 中试反应器出水及去除率基本与小试实验持平，其说明小试实验所确定处理生活 污水的实验参数是比较合适的，其可以推广到中试实验。 通过对厌氧一好氧s b r 小试反应器中活性污泥的定性检测，确定本反应器驯 化的活性污泥确有硝化及反硝化细菌存在；并通过对反应器活性污泥细菌进行培 养、筛选，获得硝化菌4 株、反硝化菌3 株。 通过进行厌氧好氧s b r 处理生活污水的基质去除动力学实验研究，测得细 胞产率系数y c o d = 0 1 1 9 ( g v s g c o d ) ，细胞衰减常数b = 0 0 2 7 d 1 ，细胞的比增长 速率( “) 与底物( c o d ) 比降解速率( u ) 的关系式为a = o 1 1 9 u c + 0 0 2 7 。 针对s b r 好氧阶段的物料平衡式及微生物反应动力学建立基本状态方程，并 厌氧一好氧s b r 处理生活污水工艺及优化控制研究 考虑溶解氧对生化反应速率的影响，对基本状态加以修正；以s b r 反应器的基本 状态方程和出水水质达标为约束条件，将污水处理的费用函数作为最优控制模型 的目标函数，建立最优控制模型。利用四阶龙格贝塔法对模型进行求解，并采 用穷举的方法确定s b r 好氧阶段溶解氧优化控制曲线。 s b r 处理生活污水优化控制的实现主要是靠将自行编写的自适应模糊控制 规则嵌入组态王软件的脚本语言中，根据所嵌入的规则调节输出频率，使溶解氧 按预期值变化，并使运行费用最少，从而实现对溶解氧的优化控制。 s b r 污水处理优化控制的应用实验结果表明，按溶解氧优化曲线曝气与按 恒定鼓风机频率曝气相比，前者可以有效的降低曝气能耗。将进水混合c o d 浓 度控制在4 0 0 - - 一5 0 0 m g l ，污泥负荷在0 6 5 k g c o d ( k g m l s s d ) 左右，以去除l k g 的c o d 计算，在保证达到相同国家标准的情况下，采用优化控制方式比传统控 制方式节约2 9 8 的电量。 关键词：厌氧一好氧：s b r ：生活污水：溶解氧：优化控制 n 北京一f 商人学硕：匕学位论文 a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c e si sa l li m p o r t a n tf a c t o ro fs o c i a la n de c o n o m i cs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t u r b a ns e w a g et r e a t m e n t sh a v eb e e nd e v e l o p e df r o mt h eo r i g i n a l l y n a t u r a lp r o c e s s i n g , p u r eo n es t e p ，t w os t e p sd e a l i n g st ot h ed e p t ho ft r e a t m e n ta n d r e u s eb yt h eu s eo fm v a n c e dt e c h n o l o g i e s u r b a ns e w a g et r e a t m e n ti so n eo ft h e h i g h e n e r g yi n d u s t r i e sa n di t sw a yo fe n e r g y - c o n s u m p t i o ns a v i n gw i l lb e c o m et h e u r g e n tp r o b l e mt ob es o l v e d t h i ss t u d yi st a r g e t e da tp r a c t i c a la p p l i c a t i o n , t a k e sd e e pr e s e a r c h e so fa n a e r o b i c - a e r o b i cs e w a g et r e a t m e n ts b rs m a l l p i l o tt e s ta n de x p e r i m e n t a ls t u d i e s ，t h u s d e t e r m i n i n gt h er e a c t o rf o rt r e a t m e n to fs e w a g er e m o v a lo ft h em a r xk i n e t i c p a r a m e t e r s ；s e l e c t i v e l yi n v e s t i g a t e d st h e e f f e c to fa n a e r o b i c a e r o b i cs b rs e w a g e t r e a t m e n t b y t h eo p e r a t i o n r u n n i n gc o n d i t i o n s ；d o e sd e n i t r i f yb a c t e r i a i n t i t i a l s e p a r a t i o n ，s c r e e na n dp e r f o r m a n c et e s t so nn i t r i f i c a t i o na n dd e n i r i f i c a t i o nb a c t e r i a e x i s ti na n a e r o b i c a e r o b i cs b rr e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e ；t h e nd e t e r m i n e st h ea e r o b i c s t a g es b ro p t i m a lc o n t r o lo fd i s s o l v e do x y g e nb ys o l v i n gs b ro p t i m a lc o n t r o l m o d e la n dv e r i f i e si tt h r o u g ht h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t so fe x p e r i m e n t so nt h es b r m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h r o u g hs b r s m a l la n dp i l o te x p e r i m e n t a ls t u d i e so fa n a e r o b i c a e r o b i cs e w a g e t r e a t m e n t i tc a nb ed e t e r m i n et h a tu r b a ns e w a g es b r o p e r a t i o nm o d eo fa n a e r o b i c a e r o b i ct r e a t m e n ti si n s t a n t a n e o u sp u ti nw a t e r , a n a e r o b i cm i x i n g3 0h o u r s ，4 0h o u r s a e r o b i c ，1 0h o u r sp r e c i p i t a t i o n a m m o n i a - n i t r o g e na n dt o t a ln i t r o g e nr e m o v a lr a t ei s g r a d u a l l yi n c r e a s i n gf r o m18t o3 0 ，i nt h i st e m p e r a t u r er a n g e , t h et e m p e r a t u r ei sn o t t h em a i nf a c t o r so fa f f e c t i n gc o da n dt o t a lp h o s p h o r u sr e m o v a le f f e c t ；t h ee f f l u e n to f t h ea m m o m i aa n da m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lw h i c hi m p a c tb yc a r b o na n dn i t r o g e n r e m o v a lr a t ei ss m a l l ，b u tn i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u sr a t i oo fc a r b o na n dn i t r o g e n r e m o v a li sd i f f e r e n t ，w h e nt h er a t i oo fc a r b o na n dn i t r o g e ni s8 ，c a r b o ni sa b l et om e e t t h ea n a e r o b i cd e n i t r i f y i n ga n dp h o s p h o r u sr e l e a s en e e d s d u r i n gt h ea n a e r o b i c - a e r o b i c 1 1 1 厌氧好氧s b r 处理生活污水：f 艺及优化控制研究 s b rs m a l lt e s t ，t h ee f f e c to f r e m o v a li ss t a b l e ，i n f l o wc o d ，t n ，t pc o n c e n t r a t i o nc a n g e tt h r o u g ht h ea s t a t e l e v e lu r b a ns e w a g ed i s c h a r g es t a n d a r d s ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ，t h e e f f i c i e n c yo f r e m o v a lo f c o d ，t pi sm o r et h a n9 0 ，t h ee f f i c i e n c yo f r e m o v a lo f t ni sm o r et h a n7 0 ，t h i ss y s t e mc a l lg e tt h eh i g he f f i c i e n c yo ft h en i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l n ei n f l o wa n dr e m o v a lo f a n a e r o b i c a e r o b i cs b rp i l o tr e a c t o r i sc l o s et ot h es m a l lr e a c t o r , t h es m a l le x p e r i m e n t a lt e s te s t a b l i s h e dt h a tt h ed o m e s t i c s e w a g et r e a t m e n te x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r si sa p p r o p r i a t e ，i tc a nb ee x t e n d e dt op i l o t r e a c t o r 。 t h r o u g ht h eq u a l i t a t i v ed e t e c t i o no fa c t i v a t e ds l u d g eo fs m a l la n a e r o b i c a e r o b i c s b rt e s tr e a c t o r , w ec a nd e t e r m i n et h a tt h ee x i s t i n go fn i t r i f i c a t i o na n dd e n i r i f i c a t i o n b a c t e r i ai nt h er e a c t o ra c c l i m a t e da c t i v a t e ds l u d g e w eg e t4n i t r i f y i n gb a c t e r i aa n d3 d e n i t r i f y i n gb a c t e r i at h r o n g ha c t i v a t e da n ds e l e c t e d t h er e a c t o ra c t i v a t e ds l u d g e b a c t e r i a t h r o u g hm a t r i xr e m o v a lk i n e t i ce x p e r i m e n t a ls t u d yo na n a e r o b i c a e r o b i cs b r t r e a t m e n t ，t h er e s u l t sa r ec e l ly i e l dc o e f f i c i e n ty = o 119 ( gv s gc o d ) ，c e l la t t e n u a t i o n c o n s t a n tb = 0 。0 2 7 d 1 ，t h er e l a t i o no fr a t i og r o w t hr a t e 渺a n ds u b s t r a t e ( c o d ) u t i l i z a t i o nr a t i oi s = 0 1 1 9 c ，c 0 d + o 0 2 7 t h eb a s i c e q u a t i o no fs t a t e i se s t a b l i s h e db ym a t e r i a lb a l a n c ea n dt h e e s t a b l i s h m e n to fm i c r o b i o l o g i c a lr e a c t i o nk i n e t i c s i na e r o b i cs t a g eo fs b r ，i ti s a m e n d e df o rc o n s i d e r i n gd i s s o l v e do x y g e no nt h ei m p a c to fb i o c h e m i c a lr e a c t i o n r a t e ；o p t i m a lc o n t r o lm o d e li se s t a b l i s h e df o rt h eb a s i ce q u a t i o no fs t a t eo fs b ra n d e f f l u e n tq u a l i t ys t a n d a r d sa sc o n s t r a i n t s ，a n ds e w a g ed i s p o s a lc o s tf u n c t i o na st h e o b j e c t i v ef u n c t i o n t h eo p t i m a lc o n t r o lm o d e li ss o l v e db yf o r t ho r d e rr u n g e - k u t t a m e t h o d ，a n dt h eo p t i m a ld oc o n t r o lg t l r v ei ss e a r c h e db yt h em e t h o do fe x h a u s t i v e s e a r c h t h ei m p l e m e n t a t i o no f o p t i m i z a t i o no fc o n t r o l i n gs b r f o rt r e a t m e n to fd o m e s t i c s e w a g ei sm a i n l yr e l i e d0 1 1t h ep r e p a r a t i o no ft h ea d a p t i v ef u z z yc o n t r o lr u l e s e m b e d d e ds o f t w a r ek i n g v i e ws c r i p t i n gl a n g u a g e ，t h e na c c o r d i n gt ot h er u l e so f e m b e d d e dt or e g u l a t et h eo u t p u tf r e q u e n c y , t oc h a n g et h ev a l u eo fd i s s o l v e do x y g e n i v 北京：- ：商人学硕七学位论文 a n dg e tt h el e a s t - c o s to p e r a t i o n ，t oa c h i e v et h eo p t i m a lc o n t r o lo fd i s s o l v e do x y g e n t h er e s u l t so fa p p l i c a t i o ne x p e r i m e n t a lo fo p t i m i z a t i o nc o n t r o lo fs b rs e w a g e t r e a t m e n ts h o wt h a t ，c o m p a r i n gw i t hu s i n gc o n s t a n ta e r a t i o nb l o w e rf i e q u e n c y ，u s i n g d i s s o l v e d o x y g e na e r a t i o n c u r v eo p t i m i z a t i o nc a l le f f e c t i v e l yr e d u c ee n e r g y c o n s u m p t i o n w h e nt h ei n f l u e n tc o n s i s t e n c ei s4 0 0 5 0 0 m g l ，s l u d g el o a d i n gi s 0 6 5 k g c o d ( k g m l s s d ) ，i n t h es a m en a t i o n a ls t a n d a r d s t o g u a r a n t e e t h e c i r c u m s t a n c e s t or e m o v el k gc o db yt h eo p t i m i z eo p e r a t i o nc a l ls a v e 2 9 8 e l e c t r i c i t y , c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o nm e t h o dm o d e l 。 k e y w o r d s ：a n a e r o b i c - a e r o b i c ；s b r ；s e w a g e ；d i s s o l v e do x y g e n ； o p t i m a lc o n t r o l v 北京工商大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作所 取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担。 学位论文作者签名：垒啦日期：c j 雾年岁月2 。日 北京工商大学学位论文授权使用声明 本人完全了解北京工商大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京工商大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 学位论文电子版同意提交后，可于口当年年口二年后在学校图 书馆网站上发布，供校内师生浏览。 学位论文作者签名：雠导师签名： 日期：护雾年岁月加日 总亲王裔火学硕士攀位论文 第一章绪论 水是人类赖以生存和社会发展的宝贵自然资源，在自然界中以不同的形态存 在并循环不息，箕水质也受多种因素的影响丽变化。随着我国社会经济的快速发 展，工业化和城市化程度的不龋提离，我国水瓷源短缺与水污染问题韪益突出， 严重影响了入民的生活质量和身体健康，制约着我国社会、经济和环境的可持续 协调发展。水环境污染的主要特征是水体的有机污染翔富营养化，特别是水体的 寓养纯润题在世界各地开趋严重，已对永生生物和人体健康造成了严重危害。引 起水体富赞养化的主要营养成分有有机碳、氮、磷、钾、铁等。丽污水中有机碳 经一般的生物处理后可基本去除，氮、磷之外的其它成分在富营养化发生过程中 的需求量极低，不会成为甯营养化的限制慰子。因此，弓l 起水体富营养他的主要 因子是氮和磷，其主要来源于城市污水或生活污水【】。然而长期以来，城市污水 处理均以去除有机物和悬浮物为尽的，没有考虑对氮、磷等无枧萤养物质的去除， 而使大量氮、磷排入水体造成污染。面对r 趋严格的废水排放标准，开发和应用 离效节能的废水生物处理工芑已成为当今水污染控制领域的研究热点。 1 1 污水生物处理的发展状况 1 重1 污水生物处理的由来 在鑫然雾中，存在大量依靠有祝物生活的各种各样的微生物。它稍不佼能氧 化分解般的有机物并将其转化为稳定的无机物，而熙还能氧化分解有簿有机物 隽无毒骞桃物。 人类利用微生物的这种功能，把它应用于污水处理，从而创造了污水生物处 理法。具钵造讲，污求生物处瑾法就是人鸯地截造有利于微生物愆生长、繁殖的 环境，使得微生物大量增殖，从而氧化分解废水中的有机污染物，使污水得以净 化麓一种污东处理方法。实际上，在废水酶茏害优过程孛，不但秘雳微生糖处理 一般的有机物；还能处理有机毒物，如酚类、腈类等；并且还用于处理由微生物 营养元素构成豹无枕毒物，魏氯位耪、硫他物等。这些物质本身对微生物有毒害 作用，但是，组成这些物质的元素，却是微生物所需的营养，因此，它们对微生 物具有蒋重性。通过对有机物浓度熬控裁，毒耪也霹以成为养料魄。 污水生物处理法又分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法掰太类。好氧生物 厌氧一好氯s b r 处理生活污求：l ：艺及优化控翻研究 处理需要有氧的供应，露厌氧生物处理则要求在无氧环境中进行。好氧生物处理 法又根据微生物集聚状况进一步分为活性污泥法和生物膜法。微生物集聚成絮凝 体形成活性污泥在反应器内成悬浮状态的生物处理法称为活性污泥法；微生物附 着在某种载体上呈固着生长状态的生物处理法称为生物膜法【引。无论采用哪种方 法，主要是去除污水中溶勰的胶体和有机物，可降解的溶解性有机物数量所占比 例越高，则废水可生化性能就越好，越宜于采用生物处理法进行处理。 l 。1 2 城市污水生物处理的发展 城市污水由排入城市下水道的生活污水和工业废水组成。按城市污水处理的 水质净化对象演变，城市污水生物处理技术经历了三个发展阶段【6 】： 在初期，人们认识到有机污染物对生态坏境的危害，从冠把有机污染物即碳 源生化需氧量( b o d 5 ) 和悬浮固体( s s ) 作为污水处理的主要目标。 到2 0 世纪年代和7 0 年代初，随着常规二级生物处理技术在工业化国家的 普及，人们发现仅仅去除b o d 5 和s s 还很不够。氨氮( n h 4 + - n ) 的存在依然导致水 体变黑变臭或溶解氧浓度过低，这使得常规二级生物处理技术从单纯的有机物去 除发展到有机物和氨氮的联合去除的污水硝化处理阶段。 到7 0 年代和8 0 年代，由于水体富营养化舅益严重，污水氮磷去除的实际需 要使污水二级生物处理技术进入了具有除磷脱氮功能的深度二级生物处理阶段 ( 并把采用物理、优学方法对传统二级生物处理出水进行除磷脱氮处理、去除有 毒有害有机化合物及某些无机物质的处理过程通常被称为污水三级处理或深度处 理) 。 总的来说，当今城市污水处理厂的主要处理对象应包括有机物( c o d 、b o d 5 ) 、 悬浮物( s s ) 和氮、磷等营养物质等 7 1 。 1 1 3 城市污水生物处理工艺 1 1 3 1a z o 工艺 该工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化王艺和生物除磷工艺的综合，在国内 外已有广泛应用。原污水与从二沉池排出的禽磷回流污泥进入厌氧反应器，该反 应器主要功能是释放磷，网时部分有机物进行氨化；污水经过厌氧反应器进入缺 氧反应器，该反应器的首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来 2 北京工商火学硕士学位论文 的；混合液从缺氧反应器进入好氧反应器，该反应器是多功能的，去除b o d s 、硝 化和吸磷；二沉涟的功能是渥东分离，污泥的一部分回流厌氧反应器，上清液嚣 为处理水排放。 a 2 o 王艺运行控制较篙单，一般在高受蓊状态下运行才能获得懿好的脱氮除 磷效果，即泥龄短、水力停瞬时间短，厌氧、缺氧、好氧的水力停留时间一般为 0 5 l h 、0 5 , - 一l h 、3 - - 一6 h ，僵a 2 o 工艺中梭筑耪】j | 饕回流污泥系统较多，且除磷 效果受到溅龄、回流污泥中挟带的溶解氧和硝念氮的限制，一般不太理想【8 1 。 薹1 3 。2 氧纯沟工艺 氧化沟是一种璺封闭环状沟渠形的污水处理构筑物，污水与活性污泥的混合 液在曝气沟中经长时闻的循环流动丽得至l 净纯。从运行方式考虑，氧化沟工艺可 分为两方谳：一是按时i 、h j 顺序安排为主对污水进行处理，二是按空间顺序安排为 主对污永进行处理。氧讫沟工艺相当于a o 工艺，其其有除磷功能实质是污水依 次历经缺飘、好氧域缺氧、厌氧、好氧环境。除磷脱氮功能氧化沟是常舰氧化沟 与其他除磷脱氮工艺的结合，典型的结合方式为单独的厌氧泡加氧化沟，硝倔和 反硝化功能在氧化沟内完成【9 1 。氧化沟工艺系统由于流程简单，处理效果稳定， 基建费用低，在欧洲唇家应用较多。 1 1 3 3 a b 工艺 a b 工艺( a d s o r p t i o nb i o d e g r a d a t i o n ) 是吸附一生物降解工艺的麓称，是在常 规活性污泥法和两段活性污泥法基础上发展起来的一种新型污水处理工艺。该技 术是原联邦德国豫琛大学b b o h n k e 教授予2 0 世纪7 0 年代中期发明的，由于英具 有比常规活性污泥法处理负旖高、节能、对水质变化适应能力强、处理效果好等 优点，因此在2 0 世纪8 0 年代初开始应用予工程实践；潮。 a b 工蕊的工作原理主要是充分利用微生物种群的特性，为其创造适宜的环境， 使不同微生物群得到良好的繁殖、生长，通过生物纯学作用净化污水。该工艺不 霈设初沉洮，基建投资少，能源消耗省，具有一定的除磷脱氮效果，a b 工艺不仅 适用予生活污永的处理，菊且对某些工业污水的处理也有较好熊效果。 另外污水生物处理工艺还有很多，如a o 工艺；s b r - i - 艺；生物接触氧优工 艺；氧化塘工艺；人工漫地王艺；生物滤池；生物转盘等。这些_ i 艺各京各的特 点，应根据污水水威特点灵添应用。 3 厌氧一好氧s b r 处理生活污水! l ：艺及优化控制研究 1 2 $ b r 工艺 1 2 1s b r 工艺的发展过程 s b r 是序批式间歇活性污泥法( 又称序批式反应器，s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 的简称。它是近年来在国内外被引起广泛重视和研究同趋增多的一种污水生物处 理新技术，目前已有相当的生产性装置在运行之中【1 1 】。 s b r 工艺并不是一种“新”的污水处理技术。早在1 9 1 4 年a r d e m 和l o c k e t t 发明活性污泥法之时，首先采用的就是这种处理系统，但由于当时的自动监控技 术水平较低，间歇处理的控制阀门十分繁琐，操作复杂且工作量大，特别是后来 由于城市和工业废水处理的规模趋于大型化，使得问歇式活性污泥法逐渐被连续 式活性污泥法所代替。因此，s b r 法处理工艺在当时未能得到推广应用i l 引。 随着自动化控制技术的飞速发展，特别是监控技术的自动化程度以及污水处 理厂自动化管理要求的同益提高，出现了电动阀、气动阀、定时器及微处理机等 先进的监控技术产品，为问歇式活性污泥法的再度深入的研究和应用，提供了极 为有利的先决条件。 7 0 年代初，美国n a t r ed a m e 大学的教授r i r v i n e 采用实验室规模装置对s b r 工艺进行了系统的研究，并于1 9 8 0 年在美国国家环保局( u s e p a ) 的资助下，在印 第安纳州的c u l v e r 城改建并投产了世界上第一个s b r 法污水处理厂。此后，日本、 德国、澳大利亚和法国等都对s b r 处理工艺进行了应用研究。法国的d e g r e m e n t 水处理公司将s b r 反应器作为定型产品供小型污水处理站使用。 上世纪8 0 年代，我国研究者才开始对s b r 工艺进行研究。1 9 8 5 年，上海市 政设计院为上海吴淞肉联厂设计投产了我国第一座s b r 污水处理站，设计处理水 量为2 4 0 0 t d 。经几年的实际运行实践，表明系统具有良好的处理效果。湖南省湘潭 大学于1 9 8 9 年完成了应用s b r 工艺处理啤酒废水的中试研究工作，并且对s b r 工艺的运行稳定性及工艺特性进行了系统的研究。上海同济大学等单位也相继对 s b r 的硝化脱氮的效能进行了一定的研究【l 引。 1 2 2s b r 工艺的基本流程 s b r 是现行的活性污泥法的变型，它的反应机制以及污染物去除机制与传统 活性污泥法基本相同，仅操作工况不同。s b r 操作过程由进水、反应、沉淀、出 4 北京一l ：商人学硕士学位论文 水和闲置五个基本阶段组成，从污水流入开始到闲置时间结束为一个周期。在一个 周期内，所有过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行。这种操作 周期周而复始反复进行，以达到不断进行污水处理的目的，因此不需要传统活性 污泥法孛必需设饕的二沉滤、污泥回流系统等。传统活性污泥法是在空间上设罨 不同设施以达到一定处理目的，而s b r 是在单一的反应器内，在不同时间进行各种 不同处理雷的的操作过程0 4 - 1 s 】。 ( 1 ) 进水阶段 进水期是反应渣接纳污求的过程，由于遴水开始之前是上一个周期的闲置期， 所以此时的反应器中剩有高浓度的活性污泥，这也就相当于传统活性污泥法中污 泥回流的作用。进永所需的时间随处理规模、反应器容积及被处理污水的水质褥 定，一般为1 4 小时。在s b r 工艺中，由于进水时问比较短，单位时间内向反 应爨投入的污染物数量比连续式活性污泥法大，投入速度大于活性污泥的吸附、 吸收和生物氧化降解速度，造成了污染物在混合液中的积累。如果所处理的污水 中含有有毒物质，为了克服有毒污染物积累对处理过程的影响，应注意控制进水 时间较长些，以防止对活性污泥微生物的抑制作用。根据开始曝气的时间与进水 过程时跨的不同，s b r 系统可分为叠莽限嚣l 曝气翻一边充水一边曝气) 、限制曝气( 充 水完毕后再开始曝气) 和半限制曝气( 充水阶段后期开始曝气) 三种。 ( 2 ) 反应阶段 反应阶段是s b r 工艺中最主要的一个阶段，反应阶段是在进水期结束后，在 s b r 中进行曝气域搅拌以达到一定处理西的去除b o d 、硝化、脱氮、除磷的过程。 在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度与低浓度基质的环境中，反应 器也相应地形戒厌氧缺氧好氧的交替过程，从而使s b r 不仅具有良好的有机物去 除效果，而且具有良好的脱氮除磷效果。 ( 3 ) 沉淀阶段 在沉淀阶段，s b r 反应器相当于传统活性污泥法的二沉池，在停止曝气和搅 拌后，活性污泥絮体进行重力沉降和上清滚分离。s b r 本身榷为沉淀池，避免了 在连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过篱道流入沉淀池沉淀的过程，从而也 避免了部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象。此癸，传统活性污泥法的 二沉池是各种流向的沉降分离，而s b r 工艺中污泥的沉降过程是在静止的状态下 5 厌氧一好氧s b r 处理生活污水工艺及优化控制研究 进行的，和理想沉淀池的假设条件十分相似，因而受外界的干扰甚小，具有沉降 时闯短、沉淀效率高的优点。焉且s b r 法处理工艺特有静性质使丝状菌的生长得 到抑制，有效地防止污泥的膨胀问题，有利于污泥的沉降和泥水分离。 ( 4 ) 莽 永阶段 在此阶段，经处理达到一定要求的水排出处理系统，同时反应池底部沉降的 活性污泥大部分在下个处理周期健爝，剩余污泥被引嫩撵放。一般丽言，s b r 法 反应器中的活性污泥数量占反应器容积的3 0 左右。另外反应池中还剩下一部分处 理水，可起循环水和稀释水的作用。 ( 5 ) 闲置阶段 闲置期的作用是通过搅拌、曝气或静置使微生物恢复活性，并起到一定的反 硝化作用而进行脱氮，为下一个运行周期创造良好的初始条件。闲置期可以根据 需要进行取舍或调整。 l 。2 。3s j 8 i r 工艺的特点 1 ) 工艺简单 s b r 法工艺麓单，便于自动控制，其本俸工艺设备只需要一个闽歇反应器遥 常称之为s b r 池。它与普通活性污泥法工艺流程相比，不需要二次沉淀池、回流 污泥系统。此外，采用s b r 工艺鹩污水处理系统还有鑫置紧凑、节省占地面积、 投资省的优点。统计结果表明，采用s b r 法处理小城镇污水，要比用普通活性污 泥法节省基建投资3 0 以上。 s b r 不需要回流污泥系统当采用限制曝气方式运行时，在曝气反应之初，池 内溶解氧浓度梯度大，氧利用率高，所以s b r 工艺的运行费用相对较低。 2 ) 有机物去除率高 s b r 法对b o d 、c o d 的去除率高。s b r 中基质去除速率与基质浓度闻遵循 下述动力学关系式： 矿：堡 k s + s 式中：v 基质去除速率，m e , ( l h ) ； v 咖一最大基质去除速率，m g ( l h ) ； k 湛质浓度饱和常数，r a g l ； 6 鸵隶王商犬学颈士学位论文 s 基质浓度，m l 。 在进水和反应初期，反应池中基质浓度很高，s k s ，v 群v 懈，即基质的去除 与基质浓度呈零级动力学关系，基质去除率达到最大，基质被迅速去除。 3 ) 操作灵活 在s b r 运行过程中，可以根据废水水量水质的变化、戡水水质的要求来调整 一个运行周期中各个阶段的运行时间、反应器走混合液容积和运行状态，具有极 强的灵活性。因此运行可靠，效果稳定。 4 ) 脱氮除磷效果好 废水的生物脱氮除磷需要在废水的厌氧、缺氧和好氧的交替运行中来实现。 s b ri 艺的时间序列性和运行条件上的较大灵活性，为其脱氮除磷提供了得天独厚 的条件。具体操作过程、运行状态及功能如下：进水阶段，搅拌厌氧状态释放磷； 反应阶段，曝气好氧状态降解有机物，硝化与摄取磷；缺氧阶段，搅拌与投加少 量有机碳源缺氧状念反硝化脱磷；再曝气好氧状态去除剩余灼有机物；撰水阶段， 出水排泥；闲置阶段后进水，再进入另一个运行周期。即s b r 王艺在时闽序列上 提供了厌氧和好氧、缺氧的环境条件，厌氧条件下实现磷的释放和好氧条件下的 硝化及磷的过度摄取，在缺氧条件下实现反硝化，从焉有效地脱氮除磷。由于s b r 工艺能在一个反应器中实现有机物穰氮磷的去除，从焉使其在遐年来倍受重视并 褥到了广泛应用。 ( 5 ) 防止污泥膨胀 1 ) 选择性准则：不露种属豹微生物的m o n o d 方程中参数k s 和蝴是相同的， 并且对于不同基质，其生长速率也是不同的。 按照c h u d o b a 所提出的理论，具有低的k s 和一值的微生物，在混合培养的 曝气池中，当基质浓度很低时，具有高的生长速率，并占有优势。丽在离基质浓 度下，则恰好相反。c h u d o b a 认为大多数丝状菌的和声粼僮比较低，丽菌胶团 细菌的k s 和雌沈较高，这也解释了完全混合曝气池容易发生污泥膨胀的原因。 s b r 在反应阶段有机物浓度在一定的范围从高到低变化，具有较大的浓度梯度， 使得大部分情况下絮状菌的生长速率都大于丝状菌的生长速率，只有在反应末期 的段时间内絮状菌的生长没有丝状菌的生长快，但丝状菌短时间内的优势生长 7 厌氧一好氧s b r 处理生活污水工艺及优化控制研究 并不会引起污泥膨胀。因此，s b r 系统具有防止污泥膨胀的功能。 2 ) 缺氧好氧状态并存。绝大多数丝状菌，如球衣菌属等都是专性好氧菌，而 活性污泥中的细菌有半数以上是兼性菌。与普通活性污泥法不同的是，s b r 法中进 水与反应阶段的缺氧或厌氧与好氧状态的交替，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁 殖，而对多数微生物不会产生不利影响。正因为如此，s b r 法中限制曝气比非限制 曝气更不易膨胀。 ( 6 ) 耐冲击负荷、处理能力强 s b r 法虽然在时间上来说是一个理想的推流过程，但是，反应器本身的混合 状态仍属典型的完全混合式，因此，s b r 具有耐冲击负荷的优点。而且，由于s b r 法在沉淀阶段属于静止沉淀，从而使反应器中维持较高的m l s s 浓度，降低了系统 的f m 值，所以，s b r 具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力。 ( 7 ) 固液分离效果好 s b r 在沉淀时没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一种理 想的静念沉淀，固液分离效果好，容易获得澄清的出水。剩余污泥含水率低，浓 缩污泥含固率可达到2 5 3 o ，这为后续污泥的处置提供了良好的条件【16 1 。 1 2 4s b r 工艺的发展及应用 随着s b r 工艺在工程设计中的应用，国内外学者在对该工艺处理污水的工艺 特性、设计方法、工艺参数、反应器构造、微生物学及除磷脱氮等诸方面的广泛 研究中取得了很多成果，其技术也得到了长足的发展。现简单介绍几种： ( 1 ) i c e a s 工艺 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 工艺是间歇循环延时曝 气活性污泥工艺的简称。该工艺是澳大利亚新南威尔士大学与美国a b j 公司的 m e r v y nc c o r o m z y 合作开发的，目前在日本、加拿大、美国和澳大利亚等地已得 到推广应用，已建成并投产3 0 0 多座采用此工艺的污水处理厂【1 7 1 。该工艺是在传 统的s b r 反应池中增设一道隔墙，将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的 主反应区，污水连续进入预反应区，然后通过隔墙下端的小孔以层流的形式进入 主反应区并沿主反应区底部扩散，对主反应区的混合液基本不造成影响。在主反 应区仍然按照传统s b r 法( 除进水为连续流外) 的“曝气、沉淀、滗水、排泥” 程序序列间歇式周期运行。各过程的历时和相应设备的运行均可按事先编好的程 北京t 商人学硕士学位论文 序由机算计自动完成。 i c e a s 工艺的主要特点是：在反应器的进水端增加一个预反应区，连续进水， 间歇排水，减少了系统操作的复杂性，可以应用于较大型的污水处理厂。但由于 i c e a s 工艺的曝气时间和非曝气时间比一般仅为l ：l ，设备的利用率和容积的利用 率( 一般不超过6 0 ) 都不副1 钔。 ( 2 ) d a t - i a t 工