SBR污水处理工艺在化工生产中的应用与发展毕业论文.doc

兰州文理学院学生毕业论文题 目： SBR污水处理工艺在化工生产中的应用与发展 作 者： 指导老师： 化 工 学院 化 学 系 应 用 化 工 专业 11 级 3 年制 3 班 2013年 9月10日 主要内容简介：（300500字）SBR污水处理工艺在化工生产中的应用与发展，并与国外技术水平进行了比较。它是由原先活性污泥充排式反应器的一种改进，目前已经实现了其自动化运行与管理，有工艺简单、污泥活性强、投资和运行费用低、使用范围广、对水量水质变化的适应性强、有机物去除率高、静止沉淀效果好等优点，SBR的主要工艺步骤有：进水、反应、沉淀、滗水、闭置等，目前，我国在中小型石油化工、造纸、印染、炼油、制药等污水处理方面大力推广，中小城镇生活污水和厂矿企业工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方，适合应用SBR法。随着污水处理水质要求的日趋严格，污水处理工艺过程更趋复杂，控制要求越来越高，管理水平将是污水处理事业进一步发展的障碍之一。未来SBR污水处理工艺将被广泛应用。指导老师姓名杨全录职称讲师论文评语本文主要综述了SBR污水处理工艺在化工生产中的应用与发展，并与国外技术水平进行了比较。说明了其工艺简单、污泥活性强、投资和运行费用低、使用范围广、对水量水质变化的适应性强、有机物去除率高、静止沉淀效果好等优点。随着污水处理水质要求的日趋严格，污水处理工艺过程更趋复杂，控制要求越来越高，未来SBR污水处理工艺将被广泛应用。该论文结构严谨，观点明确，论述全面。在写作过程中能较好地将专业知识原理与现实问题结合起来，总体上符合大专生毕业论文要求，成绩合格。成绩指导老师签名总评意见：评审人： 年 月 日 SBR污水处理工艺在化工生产中的应用与发展内容摘要：SBR.法是序批式活性污泥法的简称，是一种按连续进水、间歇排水周期循环间歇曝气式活性污泥污水处理技术。其运行控制自动化，具有脱氮除磷等作用，是一种比较先进的技术。近些年来，自控技术的迅速发展重新为其注入的行新的生机，使其发展成为简单可靠、经济有效和多功能的SBR工艺。关键词：活性污泥；污水处理；SBR法；间歇曝气一SBR污水处理技术概述（一）SBR污水处理技术SBR法是20世纪初（1915年）产生的活性污泥充排式反应器.FDR(Fill.and.Draw.Reactor）的一种改进。FDR法是间歇式污水处理方法，它的处理效果比连续系统CFS(.Continuous.Flow.System.)有明显的优势，但出于进出水操作频繁，不易控制，逐渐被连续流法所取代。随着自动控制技术的迅速发展，液位、流量、时间、程序等控制器件的完善，SBR.法的运行控制实现了自动化，而且还具有脱氮除磷的功能，因此自70年代以来又被许多国家重视。SBR法的运行包括五道工序形成一个周期。根据各工序目的的不同，可分为：进水、反应、沉淀、排水和闲置。它与连续流系统相比，最显著的特点是它将反应和沉淀分离两个工序放在同一反应器内进行，扩大了反应器的功能。它时间顺序运行的特点，使它的运行十分灵活，可以适应多种复杂操作的需要，还可一池多用。（二）SBR工艺的主要性能特点1工艺简单，投资和运行费用低原则上SBR的主体工艺设备，只有一个间歇反应器(SBR)。它与普通活泥法工艺流程相比，不需设二沉池、污泥回流设备，一般情况下不必设调节池。多数情况下可省去初沉池。为获得同样的处理效率SBR法的反应池理论上明显小于连续池的体积，且池越多，SBR的总体积越小。尤其是利用SBR法处理小城镇污水，要比用普通活性污泥法节省基建投资30%多，并且还具有布置紧凑。节约占地面积的特点，据美国.Grundy.Center污水处理厂评价，采用SBR法在二级处理中建设费用节省了19%，整个污水厂的费用节省了8%。进水反应沉淀排水空载图1 SBR基本流程2污泥活性强，污泥的质量浓度高据报道，.SBR系统中微生物的核糖核酸(RNA)含量比连续流活性污泥系统高34倍，RNA是微生物生长的基础，RNA高预示SBR系统微生物具有较强的活性。而在反应器内维持较高的污泥质量浓度对处理高浓度难降解有毒有害工业废水有利。3对水量、水质变化的适应性强，有机物去除率高SBR系统是一种封闭系统，反应器中基质和微生物浓度是随时间变化的，在废水和生物污泥接触混合及曝气反应过程中，废水中基质的去除应由反应时间来决定，因此SBR对于时间来说类似理想的推流式反应器，而在反应过程中任一时刻其基质处于完全混合状态，故也兼有完全混合式反应器的特点。完全混合式曝气池耐冲击负荷且处理有毒或高浓度有机废水的能力强，而推流式曝气池具有生化反应推动力大的优点。间歇式进水和排水有调节缓和冲击负荷的作用。4静止沉淀效果好SBR的沉淀是在理想静沉条件下进行的，没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一种理想的静态沉淀，因此固液分离效果好，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%，这为后续污泥的处置提供了良好的条件。5不易出现污泥膨胀限制曝气的SBR在反应阶段是时间上理想的推流状态，即底物的质量浓度梯度大，并且缺氧或厌氧与好氧状态交替出现，利于菌胶团细菌的增殖，抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，因此，限制曝气的SBR最不容易出现污泥膨胀。6脱氮除磷效果好表1生物脱氮过程是由好氧生物硝化和厌氧或缺氧反硝化两个生物化学过程组成。硝化过程是在有氧条件下，由亚硝化菌先将氨氮转化为亚硝酸盐氮，再由硝化菌进一步氧化为硝酸盐。亚硝化菌和硝化菌是自养菌，硝化过程需要有较高质量浓度的溶解氧和较低质量浓度的有机物。.SBR工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，即SBR工艺在时间序列上提供了缺氧(DO=0，NO0)、厌氧(DO=0，NO0)和好氧(DO0)的环境条件，使缺氧条件下实现反硝化，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，从而有效地脱氮除磷，SBR的除氮、除磷效果见表1方法BOD去除氮去除磷去除连续流活性污泥法9025-5010-30SBR一般模式905565SBR除氮、磷模式909192表1（三）SBR系统的适用范围SBR活性污水处理系统法与传统的CFS活性污泥水处理系统相比较，在应用领域方面也有其显著的不同和优势，主要表现在以下几个方面：(1)中小城镇生活污水和厂矿企业工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方，适合应用SBR法。(2)需要较高出水水质的地方。如风景游览区、湖泊和港湾等。使用SBR法，不但可以去除有机物，还使出水脱氮除磷，防止河湖富营养化。(3)水资源紧缺的地方。此系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。(4)用地紧张的地方，宜使用此法。(5)已建连续流污水处理厂的改造，适合应用此法。(6)非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染废水的治理。（四）SBR法的设计要点采用此工艺进行污水处理的单位，在进行工艺设计时，应充分考虑以下几个设计要点：(1)运行周期的确定：SBR的运行周期由充水、反应、沉淀、排水排泥和闲置五段时间组成，应根据实际情况予以考虑。(2)反应池容积的计算：要全面考虑周期数(周期/)、每一系列的反应池数、每一系列的污水进水量(设计最大日污水量，m3/d)等因素。(3)曝气系统：曝气装置的能力是指在规定的曝气时间内能供给的需氧量。曝气装置必须是不易堵塞，同时考虑反应池的搅拌性能等。(4)排水系统：上清液排出装置应能在设定的排水时间内，活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液，同时设置事故用排水和防浮渣流出装置。(5)排泥设备：此法不设初沉池，易流入较多的杂物，污泥泵应采用不易堵塞的泵型。t（五）SBR的工艺步骤SBR反应池内设一隔墙，将反应池分成预反应区(DAT)和主反应区(IAT)，墙的底部有孔相通。每一个周期的进水、反应、沉淀、滗水和闲置五道工序都在同一池内周而复始地进行。(1)进水经过粗滤后的污水连续不断地进入反应池的预反应区DAT，其中大部分可溶性BOD5很快地被该区内的微生物吸附，既可防止污泥膨胀，又对进水水质起到很好的缓冲作用。污水在连续进入的同时连续曝气后，通过两区之间导流设施进入IAT。由于进水时(除滗水阶段外)不排水，因此不像连续流CFS法那样易受负荷变化的冲击。即使水质水量变化较大，也不会对SBR工艺处理的出水水质产生多大的影响。(2)反应反应工艺分两步进行。首先发生在DAT区，之后经DAT初步生物处理的污水连续进入IAT区。此反应阶段与CFS法完全混合式曝气池中的反应不同，它实际上是一个推流式反应。水中BOD5被氧化分解，同时发生硝化反应。微生物生长动力学的研究表明，在废水生物处理装置的设计中，控制微生物环境条件是十分重要的。在一定的环境条件下，控制微生物生长速率就能使有机污染物得到有效的降解。由于在间歇培养中，细菌增长量与其细胞质量成正比，因此，在反应池中，一级反应速率与反应池内基质浓度成正比。CFS连续流完全混合式反应池内的基质与其出水所含基质浓度相同，而SBR池内的基质浓度高于出水，这样它就比完全混合式有较高的去除效率和较高的降解速度。另一方面，研究表明，污泥膨胀是由活性污泥中大量丝状菌繁殖造成的，组成活性污泥的菌胶团和丝状菌，在不同污水浓度下有着不同的比生长速度。在高浓度BOD5时，菌胶团的比生长速度高于丝状菌，当混合液BOD5浓度较低时，丝状菌有高于菌胶团的比生长速度，如果养分供给充足，可以造成大量繁殖。由于SBR反应池中，污水浓度随时间变化，进水浓度很高，菌胶团很快吸附并贮存水中的大部分可溶性有机物，在时间上形成一个理想的推流式，使出水浓度很低，这时，虽然丝状菌有较高的比生长速度，但营养成分几乎已被菌胶团耗尽，已不可能有很大的增值，从而克服了CFS法活性污泥的膨胀问题。(3)沉淀沉淀工序仅发生在IAT。当IAT停止曝气以后，剩余的BOD5被活性污泥带到反应池底部，并利用溶解在水中的氧进一步进行低负荷的氧化。反应逐步由好氧转入缺氧，进而成厌氧状态，脱氮开始。在此阶段污泥沉淀，水质变清。沉淀过程由于只有进水而无出水，属半静态沉淀，不像CFS法的连续流式动态沉淀，因而有较高的沉淀效率。(4)滗水排水工序只发生在IAT。池水位达到最高，并经过沉淀后，污泥沉于底部，上部水质变清，系统处于厌氧状态，活性污泥在此进行内源呼吸，反硝化细菌利用内源碳进行反硝化脱氮。反应池底部的活性污泥大部分作为下个处理周期的回流污泥使用(实际上不需泵输回流)，过剩的污泥定期引出排放。每一周期滗水结束后，反应池中还剩下一部分水，可起缓冲和稀释作用。虽然在系统进入沉淀、滗水阶段时，待处理的废水仍连续不断进入，只要设计反应池时对池内挡板位置及开孔率作出精心安排，待处理水经布水器进入预反应池后，以极小的流速运动，其一般推进速度为0.030.05m/min，即使有一小部分水在滗水阶段进入主反应池，也会受到污水沉降层的阻挡，因而将原反应池内过渡区的水推入排水区，不会造成短路。(5)闲置在IAT沉淀后到下个周期开始期间，可视污水的性质设置闲置期，在该时段内可根据需要进行搅拌或曝气。在厌氧条件下搅拌比好氧条件下的曝气要省能量，同时对保持污泥的活性也是有利的。在以脱磷为目的的装置中，剩余污泥的排放一般是在闲置工序之初和沉淀工序的最后进行。二.SBR法的发展变化（一）国外简况1914年，英国Alden与Lockett等人发明了活性污泥法间歇运行污水处理技术。但由于曝气和自控设备的问题，运行管理极不方便，后来改为连续流活性污泥法工艺。在20世纪80年代前后期，由于自动化、计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用(电动阀、气动阀、溶解氧传感器、水位传感器等)，使得间歇活性污泥法污水处理技术获得重大进展，实现了运行管理的自动化。澳大利亚以SBR工艺所著称。近十几年来，建成SBR工艺污水处理厂600余座，其中在中型和大型污水处理厂的应用也日益增多，并且开始兴建日处理量21万吨大型SBR工艺污水处理厂。由于处理工艺流程简单，处理效果好的独特优点，逐渐引起世界污水处理界的广泛关注。（二）国内简况(1)SBR法研究的起步我国自九十年代中期开始，国家建设部部属市政设计研究院和上海、北京、天津等市政设计研究院，开始了SBR工艺技术的研究和应用，但大部分处于试验研究和小型污水处理厂的应用阶段。该工艺方案是由天津市政工程设计研究院和开发区、以及国内有关污水处理专家共同完成的，经过对国内外污水厂的考察并充分论证，认为SBR法DAT-IAT工艺能够克服天津开发区工业废水比重大、水质水量变化幅度大的水质特征，其处理后的水质能够满足国家的排放标准。天津经济技术开发区污水处理厂采用国际上比较先进的SBR工艺中的DAT-IAT法，日处理污水10万吨，整个污水处理实行集中控制，分散管理，随着计算机和网络的飞速发展，自动控制技术也正在迅猛发展。目前污水厂的管理大都停留在经验决策阶段，因此污水处理质量极大程度上受管理人员素质的制约。近年来从国外引进设备的污水厂基本上都采用计算机管理，一般都取得了较好的效果。下面就污水处理厂SBR法工艺自动化作些探讨。(2).SBR法的自动化控制目前污水厂的管理大都停留在经验决策阶段，因此污水处理质量极大程度上受管理人员素质的制约。近年来从国外引进设备的污水厂基本上都采用计算机管理，一般都取得了较好的效果。下面就污水处理厂SBR法工艺自动化作些探讨。1微机自动化管理系统的设计目前国际上普遍采用的自动化管理系统一般都采用这一模式：人计算机PLC现场设备PLC是这一模式中的关键设备，PLC中事先已输入工艺运行的程序，PLC可以根据工艺参数按运行模式自动监控、运行设备。计算机在这一模式中起三个作用：实时显示运行工况。实时向PLC传送调整设备运行状态的指令。建立数据库，储存记录运行中各参数、指标等资料。鼓风机集 水 井格 栅1#反应池 出水泵 污水2#反应池3#反应池污泥池污泥脱水机房三SBR法工艺流程SBR工艺是一种间歇(批式)处理污水的工艺技术，它采用单个反应池通过时间序列来完成进水、反应、沉淀、排水、闲置等功能。在SBR池进水阶段，利用污水进水中所含有机碳源，将上一批反应排水后残留在池内污.水中的硝酸盐氮予以还原，经过一段时间后，开始曝气，在含碳有机物被氧化的同时，先后进行氧化和硝化反应，曝气结束后进行沉淀，然后将上部澄清液排出，并保留部分处理后污水供下一.周期反硝化反应。对于SBR污水处理工艺，管理控制可分为两个层次，它与连续流不同，处理操作需要开、关反应池进水阀门，在预定的进水时间内，根据反应池的充满程序，确定启、停鼓风机、滗水器等一系列操作，这些均需PLC来控制。另外，由于季节变化污水量少、水质浓度的变化，处理效.果需要通过调整周期内时间配置来调节。如出水氨氮过高，则需延长曝气时间，出水NOX-N过高则需增加反硝化时间等，一般可以在PLC内预先设置几套周期配置模式，以便根据实际水量.、水质、水温等因素，在一段时间内选用一种周期模式，或昼夜用不同的周期模式。此外，PLC内还具有意外情况下的处理对策，如突然停电一段时间后，应以何种措施过渡恢复等，这些均是SBR法有别于连续流工艺控制管理的方面。四PLC硬件的配置污水处理厂进行自动化控制、管理的主要手段是可编程序控制器(PLC)和计算机。自动化管理系统一般都采用分散控制集中管理的模式，即按工艺要求将全厂的控制系统分成若干个单元，每个单元由一台PLC控制，PLC与PLC之间可由专用通讯电缆连接，构成主、从PLC模式。主PLC与计算机之间有通讯线相连。五SBR法工艺自动化控制管理系统（一）设计规模及处理目标进水水质：BOD5=1503O0mg/l，CODcr=250500mmg/l，NH3-N=2540mg/l。出水水质：BOD520mg/l，CODcr7Omg/l，NH3-N15mg/l。日处理量5000m3/d。（二）设计原则1适用于规模较小的城市污水处理，昼夜水量变化大；2流程简洁，日后水量增长时可改为连续流常规活性污泥法工艺；3具有较好的脱氮除鳞功能(本例子未考虑脱磷)；4控制、管理实现自动化，降低能耗，减少运行费用和劳动强度。（三）设备及仪表配制设置二个控制单元：进水泵房单元(PLC1)；鼓风机房单元(PLC2)。集控室与进水泵房单元合在一起。鼓风机房单元电机运行状态可以通过PLC1在模拟屏上显示出来。PLC采用OMRON产品：PCC20OHS。PLC1：D1=128DO=128A1=16AO=0PLC2：D1=128DO=48A1=16AO=0控制室配计算机一台、打印机一台。模拟屏PICPLC可编程序逻辑制器PC个人计算机PC彩色显示器键盘打印机 图3 PCL硬件配置示意图（四）工艺操作系统污水厂的进水泵房部分一般包括入流总闸门及放泄道、格栅、集水池和提升泵。进水总闸门是为了部分进行维修需要而设置，一般情况下不操作，所以一般采用电动阀门就地操作，其工况集中显示。1首先第一组进水，开启第一组进水电动阀门，同时给出信号，进水泵准予启动；2第一组反应池液位上升至某一设定值时，启动水下搅拌器；3第一组反应池内液位达到设定最高值时，关闭进水电动阀门；4鼓风机开启受二个因素制约，一是时间，二是液位。二个条件必须同时满足。开启鼓风机的同时，关闭搅拌机；5鼓风机启动台数需根据反应池溶解氧数值来确定。6第一组反应池进水结束后，如第二组反应池已做好进水准备，则打开第二组电动进水阀。如第二组不能进水，则给出信号，停进水泵，等到第二组反应池允许进水时打开电动进水阀，同时启动进水泵；7在曝气结束前，根据时间设定，打开排泥阀，排反应池混合液，排泥量可通过时间或反应池液位由工艺设计根据泥龄来确定，并可调整；8停机后开始计时，即反应池进入沉淀阶段。一般沉淀45分钟后即可滗水；9沉淀阶段结束时，给出信号，开启滗水器。滗水器开启时间主要受液位控制，滗水总量到达后，给出信号关闭滗水器，此时进入闲置期待命，再转入进水期；10第二、第三个反应池操作也相同；11当发生停电或其他意外事故使反应池中断工作，再恢复时，由于外管道内积存污水较多，需及时抽送，可选改为人工操作，待正常后再切入自动运行。或由PLC按照事先设定的应急程序操作，再过渡到正常运行；（五）计量监测系统：1集水池内设上、中、下液位开关及液位计，并设上、下限报警；2SBR反应池内设上、下液位开关；3进出水流量，显示瞬时值及积算值，在计算机内存放，提供日处理量供打印报表；4在井监测进水PH及进水温度，其日最高值和平均值供报表打印；5鼓风机空气量需计量积算，提供日报表打印；6SBR池溶解氧供日报表打印；六PLC过程控制本系统采用两种模式来实行控制。（一）手动，现场“手动/自动”选择开关切换到手动，可由现场开关直接控制设备，这是最高优先级的控制，在这一模式下，PLC仅对运行状态作监视。（二）自动，现场“手动/自动”选择开关切换到自动，在这一模式下PLC能根据测量参数自动控制设备的运行。 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00一号池二号池二号池一号池二号池二号池进水进水进水进水进水沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀沉淀曝气曝气曝气曝气曝气图4.SBR反应池运行同期程序举例1上位机控制方式：在计算机上，可以将控制方式切换到上位机控制，这时PLC接收上位机发出的指令，也即我们可以通过计算机直接遥控现场设备。2PLC控制方式，PLC按上位机设定的运行模式自动控制设备运行，出现故障会及时报警。(1)格栅单元进水闸门现场控制，PLC监视。格栅装置：现场设置格栅、皮带转送机、压榨机联动控制系统，可由现场控制，也可由PLC控制。(2)