（市政工程专业论文）SBR工艺在污水处理工程中的应用研究.pdf

中文摘要 近几年来，随着我国经济的迅猛发展，对环境所造成的污染也不断加剧。因 此，有必要采取有效的措施对废水进行处理，保护生态环境和人类健康。 本研究课题较全面的介绍了天津蓟县经济开发区污水处理厂本课题依 托工程，较深入的研究了s b r 工艺处理废水过程中有机底物的降解规律。通过 对该污水处理厂的运行效率、工艺机理、影响因素等的分析，证明该方案具有 工艺先进、技术可行、经济合理等优点，出水水质稳定且能达到城镇污水处理 厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 的二级排放标准。 以格栅、曝气沉砂池和气浮池作为整个废水处理流程的预处理单元，目的在 于去除废水中较大的砂子、悬浮物和动植物油。 s b r 作为核心处理单元，依靠系统内活性污泥的吸附和代谢作用进一步去除 废水中的有机负荷及前处理单元中残余的胶体和悬浮物质。本课题从s b r 生化 系统的启动到正常运行，对系统内微生物的种类与活性、系统的环境( p h id o 、 温度、营养物等) 等因素进行了研究。对调试和运行中出现的问题进行了重点研 究，采取了一定的措施加快了活性污泥的培养与驯化，根据实际情况合理调整 s b r 池的运行工况，经过一个多月的调试，系统转入了正常运行。 根据m o n o d 方程进行了s b r 工艺处理废水的动力学分析，建立并推导了适用 于该工艺基质降解的数学模型，验证了s b r 反应器中c o d c r 的降解过程较好地服 从一级反应动力学关系式，并得到了适于该水质的动力学参数，从而定量地描述 了有机底物降解规律及活性污泥增长规律。 该工艺实际运行和技术经济分析结果表明，其处理效果较好、运行稳定、抗 冲击负荷能力强，基建投资和运行费用相对都较低，与同类废水其它生化法处理 工艺比较，具有较大的优势。该工艺固定资产投资为7 0 0 万元，实际运行费用仅 为0 6 2 删，是一种技术可行、经济合理的废水处理方法。 关键词：s b r ，动力学，调试，运行，经济分析 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，e n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni sb e c o m i n gm o r es e r i o u sw i t ht h e e c o n o m i cd e v e l o p m e n t s oi ti sn e c e s s a r yt ot a k ee f f e c t i v em e a s u r e st ot r e a tt h e w a s t e w a t e ra n dp r o t e c tt h ee c o s y s t e me n v i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t h i nt h i sp a p e r , t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n to fj i x i a ne c o n o m i ct e c h n o l o g y d e v e l o p m e n tz o n ei nt i a n j i n t b ee n g i n e e r i n gt h i st h e s i s c o n c 钮 n si sp r e s e n t e d c o m p r e h e n s i v e l y d e g r a d a t i o nl a wo fo r g a n i cs u b s t a n c ei nt h et r e a t m e n tp r o c e s so f w a s t e w a t e rb ys e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o ri ss t u d i e dd e e p l y t h ea n a l y s i sa b o u tw a s t e 。 w a t e rt r e a t m e n tp l a n to no p e r a t i o ne f f i c i e n c y , r e a c t i o nm e c h a n i s ma n di n f l u e n c e f a c t o r si n d i c a t et h a tt h i sp r o c e s si sa d v a n c e 也e c o n o m i c a la n df e a s i b l e t h ee f f l u e n ti s s t a b l ea n dc a nm e e tt h ed i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n to fg b18 918 2 0 0 2 t h e g n l i e ，a e r a t i o ns e t t l e m e n tt a n ka n da i r - s t r i p i n gt a n ka r eu s e da sp r e t r e a t m e n t u n i ti na l lp r o c e s s ，a i m i n gt or e m o v es a n d ，s u s p e n d e dm a t e r i a la n da n i m a l p l a n to i l a sak e yu n i t ，s b rc a l lf u r t h e re l i m i n a t et h eo r g a n i cl o a do ft h ew a s t e w a t e ra n d a l s ot h ec o l l o i da n ds u s p e n ds u b s t a n c et h r o u g ht h ea d s o r p t i o na n dm e t a b o l i s mo ft h e a c t i v es l u d g e f r o mt h es t a r tt ot h en o r m a lo p e r a t i o no ft h es b rs y s t e m ，t h i sp a p e r r e s e a r c h e st h es p e c i e sa n da c t i v i t yo ft h em i c r o b i o si nt h es y s t e m a tm e a n t i m e ，t h e f a c t o r s ，s u c ha sp h ，d o ，t e m p e r a t u r e ，a n dn u t r i t i o ne t c ，a r er e s e a r c h e dt o o t h e p r o b l e m sa r i s i n gi nt h ep r e l i m i n a r yt e s t i n ga n dr u na r er e s e a r c h e d ，a n ds o m e m e a s u r e sa r ea l s ot a k e nt os p e e du pt h ec u l t i v a t i o no fa c t i v es l u d g ea n da d j u s tt h e o p e r a t i n gm o d ea c c o r d i n gt ot h er e a lc o n d i t i o n a f t e rt h eo p e r a t i o no fm o r et h a na m o n t h ，t h es y s t e mr u n sn o r m a l l y k i n e t i ca n a l y s i so fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e rb ys e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r i s d e v e l o p e do nt h eb a s i so fm o n o dm o d e l t h em a t h e m a t i cm o d e lo fs b r t r e a t m e n t s y s t e ms t r i c t l yo b e y s t h ef i r s t - o r d e rk i n e t i c sr e l a t i o nu n d e r 也ec o n d i t i o no f e x p e r i m e n t a lc o n c e n t r a t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h em o d e la n d k i n e t i cp a r a m e t e r sf i t t i n gf o rt h ew a t e rq u a l i t yw e r eo b t a i n e d t h e r e f o r e ，r e g u l a t i o n s o f o r g a n i cs u b s t a n c ed e g r a d a t i o na n da c t i v a t e ds l u d g eg r o w t hb e c o m e a v a i l a b l e t h ew o n d e r f u le f f e c to ft r e a t m e n t , s t a b l er u n ，s t r o n gr e s i s t a n tt oo r g a n i c1 0 a da n d t h el o wo fc a p i t a lc o n s t r u c t i o na n dt h ec o s to fr u ns h o wt h a tt h ep r o c e s sh a sa n a d v a n t a g eo v e ro t h e rp r o c e s sv i e w i n gf r o mt h el u l la n de c o n o m i c a la n a l y s i s t h e f i x e dp r o p e r t yc o s to ft h ep r o c e s si s7 , 0 0 0 ，0 0 0y u a na n dt h eo p e r a t i o nc o s ti s0 6 2 y u a n m 3 a l lo ft h e s es h o wt h a tt h es b rp r o c e s si s as u i t a b l ew a yt ot r e a tt h e w a s t e w a t e r , b o t hi nt h ep o i n to ff e a s i b i l i t yo ft e c h n o l o g ya n d e c o n o m i c a l k e yw o r d s ：s b i lk i n e t i c ，t h ep r e l i m i n a r yt e s t i n g ，o p e m t i o n , e c o n o m i a la n a l y s i s 独创性声明 本人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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蠢鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：哿进 签字日期：2 岬年 占月 2 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞注盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：奇处 导师签名： 签字同期：2 岬年 月 亿日签字同期： 讼于 励7 年 月侈日 天津大学硕士学位论文第一章概述 第一章概述 1 1 蓟县开发区污水处理厂的区域概况 1 1 1 地理位置 天津蓟县经济技术开发区地处蓟县城南，位于京哈、津围两条国道的交汇处， 地理位置优越，具有良好的交通条件和城市依托。距北京首都8 0 公里，距天津 市区1 1 0 公里。开发区海陆空交通发达，距中国最大的人工港天津港( 我国第 二大集装箱码头，是东北亚地区通往欧亚大陆桥距离最近的起点) 1 4 5 公里；距 天津国际机场1 2 0 公里，该机场设有中国最大的航空货运中心；京哈、津围两条 国道以及大秦、京秦、津蓟铁路贯穿东西南北，京沈、津蓟高速路紧临开发区， 形成了四通八达、交通畅达的海陆空交通网络。 1 1 2 社会经济 天津蓟县城区北部为山区和建材工业区，南侧地势低洼，地下水位较高，而 且有过洪水的威胁。因此城关北部地区的发展受到局限。城关东侧规划为科研文 教发展地，邻近厂址有水泥电杆厂、木材库、石油库、小刀剪营村、大刀剪营村 及山脚下的周庄、吴庄等居民点。全县人口6 7 万，其中5 9 万人从事农业生产。 全县耕地8 7 5 万亩，占总面积的4 0 ，粮食作物以小麦、玉米、高粱为主。蓟 县自然资源丰富，南部有储量可观的煤矿，北部区有多种矿源，同时也是天津市 建材基地，包括水泥、石灰和沙石。 天津蓟县有众多的名胜古迹：独乐寺、古长城、天成寺；有广阔的自然保护 区：中上元古界自然保护区，八仙山森林生态自然保护区，盘山自然风景名胜自 然保护区等。还有于桥水库和引滦明渠道，是天津市的水源中转站。 1 1 3 自然条件 蓟县地处燕山盆地与华北平原交接处，东连遵化、玉田，西接三河、大厂、 香河、平谷；南与宝坻相邻，北与兴隆接界。全县面积1 4 7 0 k i n 2 ，其中平原与洼地 分别占1 6 和1 3 ，其余为山地、丘陵。县境内京秦铁路横贯东西，津蓟铁路直 通天津，还有京沈、津承、邦喜公路，交通十分便利。 天津大学硕士学位论文第一章概述 蓟县位于华北地区燕山东西向构造带的东端南缘，新华夏系北第二沉降带的 东北部和马兰峪山字型构造体系的复合部位。本区构造形迹较复杂，有较多褶皱、 断裂及火成岩的侵入。蓟县处在地震相对稳定区，按国家地震局颁发的“京津唐 地区地震烈度划图”，本区属度区。 蓟县地下水资源较为丰富，可分为第四纪孔隙与基岩溶隙水，主要贮存于山 区和平原区第四系之下的震旦亚界白云岩和白云隙水。第四纪孔隙水水量较为丰 富，水质也较好。开采深度一般为5 0 - 1 0 0 米。由于多年超采，致使地下水位出 现下降趋势。基岩岩溶裂隙水主要贮存于山区和平原第四系之下的震旦亚界白云 岩和白云质灰岩中，地下水矿化度均为0 2 5 4 ) 3 5 m g l 左右，属h c 0 3 、c a 2 + 、 m 9 2 + 型水，含氟一般在1 5 3 m g l 。 蓟县位于平原及山区的过渡带，气象受季风环流的支配，特别是来自西北的 大陆性气流影响比较显著，属暖温带季风型大陆性气候，四季分明，冬夏稍长， 春秋稍短，雨少干燥。年平均气温1 1 4 3 ，年平均相对湿度5 9 7 5 ，年平均气 压1 0 1 5 5 6 m p a ，年平均降水6 6 4 2 m m ，无霜期1 9 5 天。年平均蒸发量1 8 9 5 4 m m ， 最大冻土浓度8 1 c m ，年平均风速2 3 m s ，全年盛行风向e 、e n e ，夏季e 、e n e ； 冬季w n 、n 。 根据天津市总体规划，天津蓟县经济技术开发区属海河水系，蓟运河是该 地区的主要河流和雨水的出路。 规划天津蓟县经济技术开发区区内现状有二级河道蓟运河及一级河道引滦 暗渠等水体，上述河道及水体的基本情况如下： 1 ) 蓟运河 蓟运河是海河北系重要的行洪排涝河道，全长一百多公里，流经蓟县、宝坻、 宁河、汉沽。 2 ) 引滦入津暗渠 引滦入津暗渠为天津市输送饮用水源，由北向南贯穿经济技术开发区，属重 点保护的级河道。 1 2 蓟县开发区污水处理厂建设的必要性 随着天津蓟县经济技术开发区工业的迅速发展，污水排放量必然不断增加， 势必严重影响周边环境和相关河流水质规划目标的实现，严重影响天津近岸海域 有机物总量控制方案的实施，严重影响天津海洋资源质量并增加企业产品成本、 降低企业利润，严重影响开发区、蓟县乃至天津市的投资环境，不利于天津市的 综合开发，后果将是严重的，也不符合国家的环保政策。因此，该污水处理厂的 天津大学硕士学位论文第一章概述 建设是天津蓟县经济技术开发区基础建设和环境保护的需要。 渤海湾涉及三省两市( 河北省、辽宁省、山东省、天津市、北京市) ，其每 年收纳大量的城市及工业污水，且由于渤海是半封闭型水域，内外交换能力差， 目前受纳污染物量已超过其所能承受的负荷。同时，天津市近岸海域为富营养化 和赤潮多发区，其污染已对海洋生态系统造成不同程度的影响，水产资源急速衰 退，已影响了经济鱼类回游、产卵、幼体生长、渔汛、沿海滩涂海水养殖和沿海 盐业生产质量以及相关的海洋化工、精细化工等诸多行业的发展。因此该污水处 理厂的兴建可以为保护于桥水系和渤海湾水质，促进天津市区的规模发展直到重 要作用。 天津地区水资源匮乏，农业引用污水灌溉已有近4 0 年历史，灌溉面积达2 0 0 多万亩。由于大量污水未经处理，污水灌溉造成地表水、地下水、土壤、农作物 和农业生态环境的破坏，污灌区对人体健康构成潜在威胁。根据对天津市郊区农 田重金属监测分析，土壤中有六项重金属指标超过国家土壤环境质量标准， 其中以镉、汞超标最为严重。该项污水处理厂建成后，每天可处理四千吨污水， 可为周边农业地区提供优质的农灌水，避免因污灌引起的环境问题，消除地下水 污染的潜在威胁。 1 3 蓟县开发区污水处理厂工程简介 1 3 1 设计规模及位置 天津蓟县经济技术开发区污水处理工程的服务范嗣是蓟县经济技术开发区 一期和二期建设的企业、事业单位，其建设规模为4 0 0 0 m 3 d ，高峰流量为2 5 0 m 3 h 。 天津蓟县经济技术开发区污水处理工程建设地点位于天津蓟县经济技术开 发区二期用地西南角。厂区西侧长界4 0 米处为引滦暗渠，周围村庄主要有西侧 约5 0 0 米的凉水泉村、南侧约5 0 0 米的礼明庄。 1 3 2 设计进出水水质 根据开发区提供的污水水质资料，参考国内已建同类型的开发区的污水水质 - 情况，结合蓟县经济开发区的特点，确定污水处理厂的进出水水质如表1 1 。 表1 1 进、出水水质指标 项目 进水( m g l )出水( m g l ) c o d c r 5 5 0 s 1 0 0 天津大学硕士学位论文 第一章概述 项目 进水( m g l )出水( m g l ) b o d 5 2 0 0 3 0 s s 2 2 0 3 0 t p4 3 n h 3 一n2 5 1 5 石油类 4 0 1 0 ( 动植物油4 01 5 色度2 0 0 8 0 ( 倍) p h 6 - - 96 - 9 粪大肠菌群 _ 图2 3s b r 活性污泥法混合液中污染物浓度的变化规律 ( 2 ) 反应期 天津大学硕： ：学位论文第二章s b r 法生物处理技术 反应的目的是在反应器内最大水量的情况下完成进水期已开始的反应。很明 显，从反应效率角度分析，推流式反应器装置比完全混合式好。s b r 反应器是 一种理想的时问序列推流式反应器装置。这可从两方面加以说明：一是对于单个 运行过程而言，反应器在停止进水后，进行曝气使微生物对有机基质进行生物降 解。虽然就反应器本身而言是属于完全混合型的，但由于在反应过程中反应器不 进水，因而在反应器内存在一个污染物的浓度梯度，即f m ；二是对于整个处理 工艺来说则是严格按推流式运行。上一个运行周期内进入反应器的污水与下一个 运行周期内进入反应器的污水是互不相混的，即是按序批的方式进行反应的。因 而s b r 处理工艺是一种运行周期内完全混合、运行周期间序批推流的理想处理 技术。这种特性使得其对污染物质有优良的处理效果且具有良好的抗冲击负荷和 防止活性污泥膨胀的性能。 ( 3 ) 沉淀期 和传统活性污泥法处理工艺一样，沉淀过程的功能是澄清出水、浓缩污泥。 在s b r 法中澄清出水是更为主要的。s b r 反应器本身就是一个沉淀池，它避免 了连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流入沉淀池沉淀的过程，从而有 可能出现使部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象。此外，该工艺中污泥 的沉降过程是在相对静止的状态下进行的，因而受外界的干扰甚小，具有沉降时 间短、沉淀效率高的优点。 ( 4 ) 排水期 s b r 反应器中的混合液在经过一定时间的沉淀后，将反应器中的上清液排 出反应器，然后将相当于反应过程中生长而产生的污泥量排出反应器，以保持反 应器内一定数量的污泥。一般而言，s b r 法反应器中的活性污泥数量一般为反 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。s b r 排水采用滗水器排水。 ( 5 ) 闲置期 滗水之后到下个周期开始的期间称为闲置工序。闲置期的功能是在静置、无 进水的条件下，使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性，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。通过闲置期后的活性污 泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，因 而一旦进入下个运行周期的进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力 而有效地发挥其初始去除作用。闲置期的设置是保证s b r 工艺处理出水水质的 重要内容。闲置期所需的时间也取决于所处理的污水种类、处理负荷和所要求达 到的处理效果。 天津大学硕二卜学位论文第二章s b r 法生物处理技术 2 2 2s b r 工艺的特点 与连续活性污泥法相比，s b r 法具有如下特点： ( 1 ) 工艺流程简单，造价低，运行费用省 s b r _ q l 艺的主体工艺设备只有一个s b r 反应器，它与普通活性污泥法工艺流 程相0 比，把沉淀与反应集中在同一个反应池进行，从空间流程上来看减少了一 个环节，工艺更加简单；厂区平面布置可以更加紧凑，占地面积也比较少；并且， s b r _ i 艺的反应与沉淀在同一池中进行，无需进行污泥回流，节省了投资与运行 费用。美国e p a 在对s b r 技术评估的基础上，比较分析了不同规模s b r 反应器的 基建投资和运行费用。比较结果表明在一定的流量范围内，当处理厂的规模增加 时i 单位造价降低。下面分别比较流量为1 8 9 3 m 3 d 和1 8 9 2 5 m 3 d 时，s b r 、氧化 沟和传统活性污泥工艺的基建投资和运行费用【】【1 。7 1 ，详见表2 - 1 、表2 2 。 表2 - 11 8 9 3 m 3 d 的污水处理厂费用比较单位：万美元 工艺传统活性污泥工艺氧化沟s b r 污水泵 2 4 82 4 82 4 8 预处理3 63 63 6 初沉池1 2 8 好氧沉淀 4 4 84 1 62 3 7 加氯消毒888 重力浓缩6 46 46 4 好氧消化 2 0 81 5 22 0 8 真空过滤 2 7 22 7 22 7 2 污泥塘1 2 1 21 2 化学加药系统 4 44 44 4 小计1 5 41 3 2 41 2 0 1 其它费用3 8 53 3 13 0 总计 1 9 2 5 1 6 5 5 1 5 0 1 工程结构监理和 5 7 84 9 74 5 不可预见费用 总固定资产投资2 5 0 32 1 5 21 9 5 1 年运行维护费用1 6 6 1 5 1 5 现值费用4 2 l 。23 6 9 63 4 9 5 为前8 项直接费用之和的2 5 ，包括管道、电气、仪表和场地准备； 天津大学硕士学位论文第二章s b r 法生物处理技术 为总计的3 0 ： 现值计算为7 3 7 5 的利息和2 0 年的折旧，并加上运行和维护费用的现值到 总固定资产投资上。 表2 21 8 9 2 5 m 3 d 的污水处理厂费用比较单位：万美元 工艺 传统活性污泥工艺 氧化沟s b r 污水泵6 06 06 0 预处理1 4 81 4 81 4 8 初沉池 3 5 2 好氧沉淀1 7 21 9 5 21 2 5 6 加氯消毒1 61 61 6 重力浓缩8 88 88 8 好氧消化6 2 42 5 6 、6 2 4 真空过滤4 9 62 84 9 6 污泥塘8 87 28 8 化学加药系统 5 64 45 6 小计4 3 3 23 6 03 5 1 6 其它费用1 0 8 398 7 9 总计5 4 1 54 5 04 3 9 5 工程结构监理和 1 6 2 51 3 51 3 1 9 不可预见费用 总固定资产投资7 0 45 8 55 7 1 4 年运行维护费用4 94 5 54 5 5 现值费用 1 2 0 8 31 0 5 3 31 0 3 9 7 为前8 项直接费用之和的2 5 ，包括管道、电气、仪表和场地准备； 为总计的3 0 ： 现值计算为7 3 7 5 的利息和2 0 年的折旧，并加上运行和维护费用的现值到 总固定资产投资上。 从列表中可以看出，两种规模的s b r 污水处理厂基建投资分别为传统活性污 泥法基建投资的8 3 和8 6 。氧化沟投资与s b r _ t 艺是相当的，仅略高于s b r i 艺，而氧化沟和s b r 的运行费用是一样的。当处理厂的规模较小时，与传统活性 污泥工艺相比，s b r 的运行费用也较省。如处理水量为1 8 9 3 m 3 d 时，其年度运行 费约为传统活性污泥法污水厂的9 0 ，但当处理厂规模增大至1 8 9 2 5 m 3 d 时，其 天津大学硕士学位论文 第二章s b r 法生物处理技术 运行费用约为传统曝气法的9 3 ，可见s b r 工艺在小规模的处理厂有非常明显的 优越性。 ( 2 ) 时间上具有理想的推流式反应器的特性 这是s b r 工艺的主要优点之一。s b r 反应器的运行是一个典型的非稳态过 程，在整个反应过程中，其底物( b o d ) 和微生物( m l s s ) 浓度的变化是不连续的。 但是在连续曝气的反应阶段，其底物( b o d ) 和微生物( m l s s ) 浓度的变化是连续 的。在此期间，虽然反应器内的混合液呈完全混合状态，但是底物与微生物浓度 的变化在时问上是一个推流过程，并且呈现出理想的推流状态。 ( 3 ) 良好的污泥沉降性能 污泥膨胀问题是传统活性污泥法运行过程中经常发生且难以杜绝的问题。污 泥膨胀绝大多数是由于丝状菌的过度生长所造成的。s b r 法能有效地控制丝状菌 的过量繁殖。在s b r 法的整个反应阶段，不仅底物浓度高，而且浓度梯度也大， 只有在反应阶段末、进入沉淀阶段前夕，其底物浓度才与完全混和曝气池相同。 从供氧状态来看，在进水与反应阶段，缺氧( 或厌氧) 与好氧状态交替出现，能抑 制专性好氧菌的过量繁殖。正因为如此，s b r 法中限制性曝气比非限制性曝气更 不易发生污泥膨胀【1 8 】。 s b r 在流态上为理想推流式，使得整个反应期内有机物浓度在一定的范围 从高到低变化，具有一定的浓度梯度，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，只有在反应的末期一段时问内絮状菌的生长没有丝状菌的 生长快，但丝状菌短时间的优势生长并不会在s b r 内引起污泥膨胀，因此，s b r 系统与连续式系统相比具有防止污泥膨胀的功能。 ( 4 ) 对进水水质水量的波动具有较好的适应性 在一般的废水生物处理构筑物中，由于微生物对其生存环境条件要求比较严 格，当进入处理系统的废水水质水量发生较大的波动时，处理效果将受到明显的 影响。所以，在一般的工业废水生物处理工艺中，都要设置调节池以均化进水水 质水量【1 9 】。s b r 反应器能承受较大的水质水量的波动，具有处理效果稳定的特点。 研究也己表明，s b r 法在每个运行周期之间以及同周期进水阶段内出现急剧的水 质水量变化甚至处理负荷猛增到正常负荷的两倍以上的情况下，仍可获得良好的 处理效果。刘永淞等人对s b r _ t 艺稳定性的分析研究结果充分表明了这一点，他 从三个方面分析了s b i 江艺的抗冲击负荷能力： 进水期具有储存污水和混合的作用。在充水期内，污水进入s b r 反应器 后与存留的污泥混合。当采用非限量曝气方式时，即在充水期内就已经开始生物 氧化降解作用。当采用限量曝气方式时，即使在充水期不产生含碳有机物的生物 氧化作用，在整个充水期内所进入反应器的污水同样都集中在一个池内而得到充 天津大学硕士学位论文 第二章s b r 法生物处理技术 分的混合。实际上，充水容积成了调节池容积，充水时间越长，污水的调节时间 就越长。因此，即使是在充水时间里污水浓度发生急剧波动，最终池内容纳的污 水将处于充水时问内的平均浓度水平上，对于短时间( 比充水时间短) 的浓度冲击 负荷，其峰值得到了削减。另外，如果污水短期内突然增大，仅仅缩短了充水时 间而对反应过程并无多大的影响。 对高峰污染物浓度持续时问的分割作用。由于s b r 工艺与一般的连续式 活性污泥法不同。一般的连续式活性污泥法在污水高峰浓度的情况下全部污水进 入曝气池，高峰浓度的持续时问就是曝气池受冲击负荷的时间。s b r 是半连续 式进水的，在实现多池并联工作的情况下，每个池都按预定的顺序依次进水，第 一池充满水后，污水将转入第二池、第三池等。对每一个池子而言，只进入连续 进水的一段，整个并联池系统将连续污水分割为若干段。如果污水出现高峰负荷 形成冲击作用，其最大持续时间将不超过充水时问。持续时间长于充水时间的部 分高负荷污水将转入另一池子，从而人为地减少了对第一池的冲击负荷。充水时 间越短，反应池受高峰负荷冲击的持续时问越短。 运行周期间污泥活性的补偿作用。活性污泥之所以能去除污水中的有机 污染物，其直接作用在于生物污泥对于有机物的吸附和吸收作用以及随之而发生 的生物降解作用。有机物被微生物氧化降解的程度取决于污染物被处理的程度。 提高生物氧化程度，污泥活性越高，其吸附和吸收能力也越强，反之则越弱。在 s b r 工艺系统中，同一曝气池同一运行周期内由于经过了一定时间的闲置过程， 使污泥的活性得到了充分的恢复，而使其在下一个运行周期内具有较强的上述吸 附和吸收能力。此外，同一曝气池在不同运行周期问，若上一周期的污染物负荷 较高，而下一个周期的污染物负荷较低，则污泥的活性也可得到良好的恢复而保 持其稳定的处理效果。 ( 5 ) 脱氮除磷效果显著 s b r 法在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极为有利的条件，它 不仅容易实现好氧、缺氧( d o 约等于0 ，n o 。x 不等于0 ) 与厌氧( d o 约等于0 ，n o x 一 约等于o ) 状态交替的环境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时问 与泥龄，来强化硝化反应与聚磷菌过量摄取磷的过程，也可以在缺氧条件下方便 地投加原污水( 或甲醇等) 或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体使 反硝化过程更快的完成，还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促使 聚磷菌充分释放磷1 2 0 1 。 ( 6 ) 自动控制系统 s b r 采用自动控制系统来达到复杂的控制要求，把用人工操作难以实现的控 制通过计算机、软件、仪器设备的有机结合自动完成，并创造满足微生物生存的 天津大学硕：l ：学位论文 第二章s b r 法生物处理技术 最佳环境【2 1 】。s b r 的自动控制主要是以时问为基本参数使s b r 正常运转，控制过 程中所需要的指令信息及反馈信息均利用各种水质、水量监测仪器仪表获得。 s b r 自动控制的硬件设施包括计算机控制系统和仪器仪表系统【2 2 】。仪器仪表系 统包括一次仪表的各种形式，如污泥浓度计、溶解氧仪、p h 计、o r p 计、液位 计、流量计以及需要控制的各种电动气动阀门、水泵、鼓风机、滗水器等。计算 机控制系统也就是狭义上的自动控制系统，是自控系统的核心部分。 s b r 工艺的计算机控制系统主要有p l c 和d c s 两种，最常见的是p l c 控 制系统，p l c 系统主要有中控室主站和现场子站构成，利用网络相连，实现集中 管理和分散控制。自动控制系统包括控制设备和控制对象两部分，控制设备由主 机、打印机、可编程序控制器等组成，控制对象包括主反应池、风机及变配电间、 污泥浓缩池、污泥池、沉砂池、提升泵站、脱水机房等。p l c 的核心控制处理器 对系统的多个开关量和模拟量进行控制。 2 3s b r 工艺的自动控制 ， 2 3 1s b r 池的运行 s b r 工艺的运行工作周期设为6 小时，则进水1 5 小时( 进水o 7 5 小时后 开始曝气) ，曝气3 7 5 小时，沉淀和排水共1 5 小时，如果实际滗水时间不足0 5 h ， 则剩余时问作为闲置时间。 由于s b r 工艺的处理流程按时间顺序依次进行，循环往复，所以通常采用 严格的时序控制s b r 池运行的总体控制方法。 ( 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值时，关闭进水电动阀f - i ； ( 4 ) 鼓风机开启受两个因素制约，一是时问，时间控制主要是反硝化搅拌反 应需一定时问；二是液位，当反应池内的液位达到一定高度后再开鼓风机。两个 条件必须同时满足。 ( 5 ) 鼓风机启动台数需根据反应池溶解氧数值来确定。采用先同时开启三台 风机，当溶解氧到达某一设定值后，可改为两台，继续曝气，直到设定曝气时问 结束再停机。 天津大学硕士学位论文第二章s b r 法生物处理技术 ( 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 可通过时间或泥龄来确定并可调整； ( 8 ) 曝气结束进入沉淀阶段，一般沉淀4 5 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( 即排水量要求) ，滗水总量( 以液位反应) 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； ( 1 0 ) 第二、第三、第四个反应池操作也相同； ( 1 1 ) 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p l c 按照事先设定的应急程序操作，再过渡到正常运行。 2 3 2 计量监测系统 ( 1 ) 进水泵房内设上、中、下液位开关及液位计，并设上、下限报警； ( 2 ) s b r 反应池内设上、下液位开关及液位计，并设上、下限报警； ( 3 ) 进出水流量通过电磁流量计显示瞬时值及累积值，并在计算机内存放， 提供日处理量供打印报表； ( 4 ) 监测s b r 池溶解氧，供日报表打印； 2 3 3p l c 过程控制 本系统采用两种模式来实行控制。所有电动设备控制考虑集中控制和就地控 制两种模式，在集中控制柜上显示所有电动设备的工作状态。 ( 1 ) 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，p l c 仅对运行状态作监视。 ( 2 ) 自动，现场“手动自动”选择开关切换到自动，在这一模式下p l c 能根据 测量参数自动控制设备的运行。自动模式又可分为2 种控制方式，在p l c 的运 行程序中设置了上位机控制方式与p l c 控制方式。 ( 3 ) 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 天津大学硕：j ：学位论文第二章s b r 法生物处理技术 时p l c 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。 ( 4 ) p l c 控制方式，p l c 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。 格栅单元 可由现场控制，也可由p l c 控制，其运行方式可在控制箱内设置。根据定 时或格栅前后的液位差自动运行，整个格栅除污系统采用现场联动操作，其运行 状况在集中控制室显示。 进水泵房单元 p l c 根据液位仪测量值及上、中、下液位开关自动控制泵。关闭泵后须等待 1 0 分钟才能启动，以保证泵不频繁启动( 紧急启动不受此限制) 。在启动、停止过 程中，p l c 自动检查泵的运行状况，判别是否出现故障并报警。计算机自动记录 各泵的运行时间，并使之尽量相等。进水流量、p h 值、温度测量信号经p l c 的 a t o 转换后送计算机显示、存储。 曝气沉砂池 曝气沉砂池内有吸砂机需要控制。 由现场控制，其运行方式在控制箱内设置。根据污水中含砂量的多少，调整 吸砂机的运行时间及运行状况，整个除砂系统采用现场联动操作。 气浮池 气浮池内有微气泡发生器需要控制。 由现场控制，其运行方式在控制箱内设置。根据污水中含油量的多少，调整 微气泡的运行时间及气泡的大小，整个系统采用现场联动操作。 s b r 池单元 s b r 反应单元包括进水电动阀门、超声波液位计、潜水搅拌器、污泥回流 泵、鼓风机和滗水器等设备需要控制。 1 ) 进水电动阀门 上、下液位开关信号送至p l c ，p l c 根据设定的时间参数、上下液位开关 信号启闭进水电动阀门。当生化池的液位计显示为超高液位时，开始报警，关闭 进水电动阀门。计算机自动记录进水、出水时间。 2 ) 超声波液位计 1 9 天津大学硕士学位论文第二章s b r 法生物处理技术 液位控制为：超高水位( 报警) 为5 2 0 m ，低水位为4 0 0 m ，超低水位( 报 警) 为3 8 0 m 。当达到超高水位时，关闭进水电动阀门，当达到超低水位时，关 闭滗水器。 3 ) 潜水搅拌器 p l c 根据设定的时间参数自动开启潜水搅拌器，进入沉淀阶段时停止搅拌。 根据污泥的性能，现场手动调整搅拌强度。计算机自动记录搅拌时间。 4 ) 污泥回流泵 p l c 根据设定的时间参数自动开启污泥回流泵，进入沉淀阶段时停止回流。 根据污泥的性能及脱氮除磷的要求，现场手动调整污泥的回流比。计算机自动记 录污泥回流时间。 5 ) 鼓风机 p l c 根据设定的时间参数自动开启鼓风机进行曝气，反应时间结束后自动关 闭鼓风机。根据s b r 反应池内溶解氧的高低控制开启鼓风机的开启的台数及开 启度。计算机自动记录曝气时间。 6 ) 滗水器 进入滗水时问后，p l c 根据设定的时间参数自动开启滗水器，滗水时间结束 后自动关闭滗水器。根据处理水量的要求，现场手动调整滗水器的滗水深度，从 而控制了滗水器的滗水速度。计算机自动记录滗水时问。 2 4s b r 系统生物净化机理及影响因素 工业废水在s b r 系统内的生物净化过程可归结为：缺氧( 进水阶段) 好 氧( 曝气阶段) 缺氧( 沉淀、排水阶段) 有序结合、周而复始。上一个周期 留下的高活性微生物在进水搅动下与新入池的污染物发生生物接触及生物吸收、 吸附反应。在反应阶段，有机污染物被反应池中的活性污泥分解氧化成无机物、 c 0 2 和h 2 0 。在进入沉淀、排水阶段时，混合液中的氧和有机物已逐渐耗尽，活 性污泥中的微生物进入内源呼吸状态，活性污泥的数量和活性又恢复到起始状态 【2 3 】。在这样周而复始的过程中，废水中的有机污染物作为营养物被除数活性污泥 摄取、代谢与利用，使微生物得到了合成新的细胞物质的能量，活性污泥得到了 增殖，而最终废水得到了净化。 天津大学硕士学位论文第二章s b r 法生物处理技术 2 4 1 微生物的代谢 s b r 系统中的微生物摄取废水中有机污染物作为营养加以代谢。被吸附在活 性污泥表面的有机污染物，在微生物透膜酶催化作用下，进入微生物细胞内，大 分子有机物则要在细胞外酶的作用下，先水解酸化成小分子有机物【2 4 1 。微生物在 各种胞内酶催化作用下对被摄入的有机污染物进行代谢分解反应与代谢合成反 j 直： ( 1 ) 分解代谢 q h y o z + ( x + 0 2 5 y 0 5 z ) 0 2 醒x c 0 2 + 0 5 y h 2 0 + ah ( 2 ) 合成代谢 n c ；h v o z + n n h 3 + n ( x + o 2 5 y 0 5 z 5 ) 0 2 堑+ ( c s h 7 n 0 2 ) 。- i n ( x 一5 ) c 0 2 + 0 5 n ( y - 4 ) h 2 0 ah ( c x i - i y o ：为有机污染物分子形式；c s h 7 n 0 2 为微生物细胞组织分子形式) 代谢分解与代谢合成使得废水中的有机污染物被氧化分解，为微生物提供了 合成新细胞的能量；微生物利用分解生成的能量合成了新的细胞组织，其最终的 结果是废水中的有机污染物得到降解去除。 2 4 2 生物脱氮规律 s b r 法的生物脱氮是通过两个微生物学过程进行