北大环境工程实验1-SBR-发给学生

实验15-2 序批示活性污泥法处理生活污水
实验基本信息
时间：2021年3月23日-3月30日
地点：环境大楼124/125
实验仪器：1m3中试SBR装置等
一、实验目的
1、学习和掌握SBR装置的运行原理与过程
2、学习和掌握SBR装置处理污水的运行参数和影响因素
3、掌握SV、SVI、MLSS，COD，NH4-N和NO3-N等指标的测定方法
二、实验内容
1．观察与实操SBR装置的运行过程（流入工序、反应工序、沉淀工序、排放工序、待机工序）。

2．测定SBR装置的污泥沉降比（SV）、污泥容积指数（SVI）、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）。

3. 绘制污泥增长曲线，并学会使用米门方程对COD降解进行定量拟合与分析，使用Mi-Men常数对SBR-1池和SBR-2池的有机物去除效果进行比较。

4. 污泥性能指标
污泥沉降比（SV）：取100ml曝气混合液于100ml量筒中，静置30min后污泥容积即为污泥沉降比。

混合液悬浮固体浓度（MLSS）：取定量滤纸于103-105℃烘干0.5h，冷却至室温后称其质量W1。

然后将沉降污泥用该滤纸抽滤后，在103-105℃烘干2-3h，冷却至室温称重，记为W2。

按照如下公式计算：
MLSS=W2−W1 0.1L
污泥指数（SVI）按照如下公式计算；
SVI=
100ml W2−W1
其中，MLSS反映了污泥的浓度，SV和SVI反映了污泥的松散程度和絮凝沉降性能。

三、实验原理
（1）SBR简介
序批式活性污泥处理法(Sequencing Batch Reactor,SBR)，也称为间歇式活性污泥处理系统。

1914年，Fowler及他的学生首先采用SBR法处理城市污水，并随后在1920年于英格兰建立4座SBR污水厂。

我国第一座SBR污水厂于1985年创建于上海吴淞肉联厂。

SBR将有机物污染物降解与泥水混合物沉淀集为一体，组成简单，无需污泥回流，不设二沉池，在单一曝气池内通过控制曝气就能达到同时降解有机物和脱氮除磷的效果，因此SBR工艺在全世界范围内得到广泛应用。

1）进水阶段
进水阶段的主要作用是将原污水送入SBR反应器，同时使污水与SBR 反应器中存留的活性污泥充分混合，从而使微生物与污水中的营养物质充分接触。

2）反应阶段
反应阶段是通过微生物与污水中营养物质相互作用，降解污水中有害物质的过程，也是SBR反应器最关键的工作阶段。

在反应阶段，根据原水水质的不同可以设置成厌氧反应过程或好氧反应过程，也可以设计成厌氧与好氧相结合的过程。

对于单纯的脱碳处理工艺，仅以降低污水中有机物为目的，一般只设曝气好氧过程，进水阶段结束后，可直接进行曝气。

对于具有脱氮除磷要求的有机废水，必须设计成厌氧与好氧相结合的操作过程。

进水工序完成后，首先进行厌氧过程，再进行曝气，然后可周而复始地交替进行厌氧和好氧过程，从而达到脱氮、除磷的目的。

在厌氧过程中，污水中的反硝化菌利用水中的有机物作碳源，可以把硝氮、亚硝氮还原成N2从水中除去。

在好氧阶段，硝化菌还可以利用氧将污水中的氨氮转化成硝酸盐氮或者亚硝酸盐氮，从而达到除氮的目的。

SBR工艺对于磷的去除主要是通过聚磷菌厌氧释磷好氧超吸磷的原理实现，过量的磷素以聚磷酸盐的形式贮存在聚磷菌等微生物细胞内，并在沉淀阶段以剩余污泥的形式去除。

SBR工艺操作条件得当，可以获得十分满意的处理效果，就一般情况而言，COD、BOD5、TN、TP 的去除效率可分别达到90%、95%、80%、60%以上。

对于SBR的厌氧过程，通常需设置搅拌器，达到微生物与有机物充分混合的目的。

对好氧过程，一般采用水下曝气机或鼓风曝气在供氧的同时就能达到混合的目的。

3）沉淀阶段
沉淀阶段的作用使SBR反应器中形成的活性污泥与水分离。

该阶段要求上清液中尽可能少的悬浮物或夹带污泥，避免污泥对出水水质产生影响，通常这一过程依靠自然重力沉降达到泥水分离的目的。

4）排水阶段
排水阶段的作用是将沉淀后的上清液排出反应器之外，这保证了上清液排出，同时又不夹带活性污泥，滗水器的选择十分重要。

好的滗水器必须具有既能迅速排水，又不夹带沉淀污泥。

SBR反应器内长时间运行后会过量地积累剩余污泥。

因此，必须定期地将剩余污泥排出。

通常在排水过程结束后排出剩余污泥，也有在排水过程中排泥的做法。

5）闲置阶段
闲置阶段的主要作用是通过工程手段使污泥恢复活性，增强污泥的吸附再生能力，然后再与污水接触，从而增强反应阶段生物处理效果。

（2）SBR处理污水影响因素
（1）污泥负荷率
SBR污泥负荷一般为0.3～0.5kg BOD5/(kg MLSS·d)
（2）水温
SBR工艺在15-35℃均能正常运行，其最适温度为25℃~30℃。

（3）pH值
SBR工艺pH值一般在7.5~8.5之间。

（4）溶解氧
SBR曝气池DO范围较宽，一般在4~8.5 mg/L。

（5）养料
污水处理过程中的养分需要考虑两方面，一是有机物的浓度，浓度过高，微生物难以适应，浓度过低，微生物缺乏养分，会降低处理效果，一般浓度范围不宜超过BOD5为500~1000mg/L，不低于50~100mg/L；二是包括氮磷的其他养分，一般水中BOD5:N:P的最适质量比例为100:5:1，最低质量比为100:2:0.5。

（6）有毒物质
对微生物有毒害的物质达到一定浓度时会影响污水的处理效果，会破坏微生物的结构与功能，一般微生物对有毒物质都有一定的耐受浓度，驯化后的微生物
对有毒物质的耐受程度会提高，所谓驯化，是指利用待处理的污水对微生物进行自然筛选并使微生物对有毒物质逐步适应的过程。

四、实验器材
（1）器材和试剂
1）测定pH和溶解氧（DO）的仪器
2）测定化学需氧量（COD Cr）的器材和试剂
3）测定NH4+-N，NO3-N，NO2-N，TN的器材和试剂。

4）测定污泥性质（SV、MLSS、MLVSS、SVI）的器材。

（同时计算污泥负荷，水力负荷）
（2）原料与设备
（1）生活污水：采用人工模拟配水
（2）活性污泥：取自北京大学西门污水处理厂MBR曝气池。

从曝气池取混合液，经沉淀后，取沉淀部分污泥。

（3）SBR池实验装置：外形装置尺寸970cm*955cm*960cm，处理水量800L/6h，机械搅拌转速40～50rpm，工作电源220V，数字式溶解氧仪、进水箱箱、水泵、气体流量计、转子流量计、低噪音充氧泵、调速电机、不锈钢搅拌器、调速器、电控箱。

五、实验步骤
（1）污泥采集（助教完成，若有同学想参与，于3.21号24：00前向李博士报名），暂定23日中午去西门污水处理站取污泥。

（2）讲解SBR工艺及装置（2021.3.23 15:00-15:30）
（3）启动装置
每个SBR装填污泥约100L，污泥添加完毕后加水约700L，按表1添加药剂，开始曝气（调节使DO约为4 mg/L）。

表1 SBR配水加料表（按800L计算）
装置葡萄糖NH4Cl KH2PO4钙镁母液微量元素母液当量浓度COD=1000mg/L NH4-N=50mg/L KH2PO4-P=10mg/L
A1、A2747g152.8g35.1g1ml to 1L1ml to 10L
（4）污泥培养和指标测定
曝气5min后测定DO、pH，并取样、记录取样时间，视为起始反应时间（0h），测定污泥指数（SV、SVI、MLSS）。

测定污泥指数的同时，取过滤后的滤液，使用注射器+针孔滤头过滤，滤液装入10mL离心管，做好标记，放入冰箱保存（留测COD）。

此次取样结果作为污泥、污水的初始指标。

持续曝气6h，每隔2h按表1添加试剂，同时每隔1h测定污泥指数，COD,DO 和pH值。

约23:00后，按照表1加入3倍浓度的营养元素，结束当日实验。

（5）SBR周期运行
3月24日（周三）12:00停止曝气，沉淀半小时。

然后按表1加药，每组至少留1个学生取样，先取泥水混合物沉淀，抽取上清液10ml过0.45μm滤膜留存测定COD，
取样时间为0h（=①号），0.5h, 1h, 1.5h, 2h, 2.5h, 3h, 3.5h, 4 h，同时监测pH和DO，4h后停止曝气，沉淀0.5h，取样②号。

其中①号和②号的样品需加测NH4+-N，NO3-N，NO2-N（李博士负责）。

（6）COD测定（可能安排在周末进行,吴博士负责）
（7）具体分析见附录。

SBR反应池实验装置
六、问题思考
1、SBR养泥过程中污泥浓度（MLSS）的变化特征。

2、SBR核心指标指标（SV、MLSS、SVI、COD去除率）与相关工程技术规范比较（SBR：HJ 577-2010），探讨SBR装置是否运行正常。

3、微生物在SBR处理生活污水过程中所起的作用。

4、SBR工艺处理生活污水过程中存在的问题。