SBR 和氧化沟工艺运行情况比较
摘 要：本文对我国 SBR和氧化沟工艺污水处理厂的运行数据，按照不同规模类型进行了分类统计。同时分析比较了 SBR和氧化沟工艺各项指标，包括占地面积、基建投资、单位电耗、直接成本、总成本、COD去除率、BOD去除率、SS去除率、氨氮去除率和磷去除率。并在此基础上，结合两种工艺的特点及我国当前实际，分析了差异造成的原因。最后对两种处理技术的发展和应用情况做了展望。
关键词：城镇污水处理厂；SBR；氧化沟；运行比较
1. 引 言
根据我国的实际情况，可将规模大于 10×104m3/d 的视为大型污水处理厂。而规模小于等于 10×104m3/d 的为中小型污水处理厂。SBR 和氧化沟作为中小型城市污水处理厂的优选工艺，它们具有负荷低，工艺构成简单，管理简单方便，出水水质好等共同特点。但同时它们也有着各自的特点和适用性。
2. 工艺特点比较
2.1 工艺简介
SBR 法，即间歇式活性污泥法又称序批式活性污泥法。近年来，随着仪表、自动控制技术与装备的发展， SBR新工艺不断涌现， 如 ICEAS、 CASS、 CAST、 DAT-IAT、 UNITANK、MSBR 等。 氧化沟又称循环曝气法， 是活性污泥法的变种。 它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠[5]，污水渗入其中得到净化。当前常见的氧化沟类型有：Carrousel 氧化沟、Orbal 氧化沟、交替工作型氧化沟、DE 型氧化沟及一体化氧化沟等。
2.2 工艺特点比较
与氧化沟相比，SBR 工艺所呈现的不同点主要体现在以下几个方面：①一般不需设置二沉池；②不用污泥回流或少量污泥回流；③曝气系统多采用鼓风曝气，而氧化沟多采用机械曝气；④曝气池出水水位不恒定，需用滗水器；⑤自动化程度较高，对自控系统有较高的要求。
3. 运行数据分析比较
现通过对我国 194 个中小型城镇污水处理厂运行数据（数据来源： 《中国城镇污水处理厂汇编》[6]）的分析，可得以下结论。
3.1 规模分布情况
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如图 1，图 2可知：在所统计的 194个中小型城镇污水厂中，氧化沟实例 129 个，SBR为 65 个。对于 0～2 万吨/天的污水厂， SBR19 个，氧化沟 18 个。对于 2～5 万吨/天的污水厂，SBR27 个，氧化沟 65 个。至于 5～10 万吨/天的污水厂，SBR19个，氧化沟 46 个。
3.2 处理单位水量占地面积
由表 1 可知：①对于0～2 万吨/天的污水厂，氧化沟处理单位水量占地面积小于 SBR。但对于 2～5万吨/天和 5～10 万吨/天的污水厂，氧化沟处理单位水量占地面积要大于 SBR。至于 0～10 万吨/天的污水厂，两者处理单位水量占地面积大致相当。②单位占地面积随着规模的增加而减小，同时减小得越来越缓慢。结果分析：一般而言氧化沟水力停留时间较长，需设二沉池，占地面积较大。但对于规模较小的氧化沟，占地问题并不明显。
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3.3 各项经济指标
由表 2 可知：①在基建投资上，三种规模类型的氧化沟均高于相应的 SBR。但总体均值小于 SBR。且随着规模的增加，吨水基建费用显著减小。②在单位电耗上，氧化沟均大于同等规模类型的 SBR。且不同规模的 SBR，其单位电耗基本相当。但氧化沟随着规模的增大，单位电耗有所下降。③在直接成本上，SBR 均大于同等规模类型的氧化沟。且两者的直接成本均随着规模的增加而减小。④在总成本上，对于 0～2 万吨/天的污水厂，氧化沟要高于 SBR，但其余规模的总成本及总体均值均小于SBR。且两者的总成本随着规模的增加而减小。结果分析如下：
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（1）基建投资：根据 Ketchum等人的统计结果表明，采用 SBR 法处理小城镇污水要比普通活性污泥法节省基建投资 30%以上[7]。 而同时去除有机物及脱氮除磷的氧化沟的基建费用比常规活性污泥法要低 40%-60%，运行费用低 30%-50% [8]。其中 SBR 是合建式，一般情况下征地费和土建费较氧化沟低，而设备费较氧化沟高，总造价的高低要视具体情况决定。地价高，对氧化沟不利；BOD5 浓度低，反应容积与沉淀容积的比值低，对氧化沟不利。进水 BOD5 浓度高，反应容积与沉淀容积的比值高，对氧化沟有利。 就目前的结果而言，可知在我国进水 BOD5 低，地价高对于基建投资的影响超过了设备费用的影响。之所以出现基建费用整体均值小于 SBR，是因为偏小型的 SBR 比例要大得多，而基建投资则是随着规模的增加而减小。
（2）单位电耗：一方面 SBR 通常采用鼓风曝气，氧化沟则采用的机械曝气。在供氧量相同的情况下，鼓风曝气比机械曝气省电。其次 SBR 为合建式，不用污泥回流或少量回流，而氧化沟的污泥需大量回流， 此时 SBR 电耗小于氧化沟。 另一方面 SBR 工艺视变水位运行，也增大了进水提升泵站的杨程，此时增加了 SBR 电耗。而在污水厂的电耗之中，曝气设备动力消耗量约占总能耗的 40%~50%，是污水厂的用能第一大户，污水、污泥提升泵的电耗约为 10%~20%。 因此可知，主要是由于曝气设备的原因，使得氧化沟工艺电耗大于了 SBR 工艺。
（3）直接成本（包括折旧、大修和利润）、总成本：污水厂的直接成本包括了水费、电费、污泥费、维修费、生产运行必需的管理费等。而总成本则额外囊括了固定资产的折旧、设备大修、更新改造费用和利润。 虽然 SBR 基建投资省，电耗低，但由于自控系统的复杂性，使得设备维修，管理费用增加，设备大修、折旧费用增加。另外美国曾对 13 种处理水平、24 种二级生化及二级处理系统进行了技术经济比较， 统计结果表明， 对于处理量为 3785～37850m3/d 的污水处理厂，除渗滤系统外，氧化沟工艺是最经济的。这在一定程度上也体现了氧化沟在经济指标上具有一定优势。但是在我国对于 0～2 万吨/天的污水厂，氧化沟总成本超过了 SBR。从前面的基建投资和单位电耗可知，氧化沟不占优势，且特别是小规模污水厂，这一差距变得更大，因此使得此时总成本超过了 SBR。当然各个污水处理厂直接成本参差不齐，镇（乡）属的污水处理厂成本偏高等原因也影响了我们的统计结果。 总的而言，氧化沟直接成本和总成本低于 SBR，具有一定的优势。
3.4 水质指标
由表 3 可知：①SBR 和氧化沟均有较高的 BOD，COD，SS 去除率，但氨氮、磷去除率较低。②在各项水质指标上，SBR 和氧化沟相对照，无明显规律，各有优劣。③就全部污水厂均值而言，氧化沟除磷去除率不及 SBR，其余水质指标均好于 SBR。 结果分析：氧化沟属于延时曝气，污泥龄较长，使得悬浮性有机物和溶解有机物可以得到很好的去除，但不利于除磷。另外由于我国污水厂进水 BOD5 较低，脱氮除磷所需碳源不足。使得我国污水处理厂中氨氮、磷去除率普遍偏低。总的而言，SBR 和氧化沟出水水质的问题主要体现为氨氮、磷去除率不高。至于其它指标，均有较为理想的处理效果。
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4. 结论与展望
在我国，早在 80 年代 SBR 和氧化沟便有了应用。但目前运行的 SBR 和氧化沟污水处理厂基本上建于九五期间和十五期间。让我们放眼于更远的将来，基于 SBR 和氧化沟处理技术的不断发展，我们有理由相信，它们将会不断克服自身的缺点。
（1）在占地面积上，就目前而言，氧化沟不占优势，增加沟深成为其发展的必然趋势。由于水下推进器在氧化沟中的应用，使得这一问题得到了很好的解决；另外一体化氧化沟等技术的发展，也在一定程度上简化了工艺流程，减小了其占地面积。当然污水厂占地面积也不能一味的求小，生态绿化方面的要求也应该予以考虑。
（2）在基建投资上，就目前而言，由于进水 BOD5 低，地价高，氧化沟并不占优势。其中进水水质同管网的普及率及城市特点类型，工业规模和性质等有关，有时差别较大。随着管网普及率的增加，进水 BOD5 会有一定的增大，但是人们用水量的增加，又势必削弱这一影响。总得而言，我国进水水质在未来几年变化不大。至于地价，也并无下跌的趋势。同时随着国产化设备的研制，SBR 的基建投资会进一步降低。综上可知：未来几年在基建投资上，氧化沟将会持续高于 SBR。
（3） 在单位电耗上， 就目前而言， 主要由于曝气设备的原因， 氧化沟的电耗要大于 SBR。而近年来由于水下推进器的应用，使得鼓风曝气在氧化沟上的应用成为了可能，国内已有多座氧化沟污水处理厂采用了鼓风曝气加水下推进器的设备组合方式，节能效果明显。同时如一体化氧化沟的发展， 也使得氧化沟污泥可以自动回流， 进一步降低了能耗。 因此综上可知：氧化沟的电耗将会在将来应用中有所降低。
（4）在直接成本和总的成本上，总的而言，SBR 要高于氧化沟。主要是由于自控系统的复杂性，使得设备维修、管理费用增加，设备大修、折旧费用增加。随着国产化设备的开发应用，这一问题会得到一定的缓解。
（5）在水质指标上，两者大致相当，氨氮、磷去除效率低是两者共同存在的问题。这同当前低碳源的条件是分不开的。而随着低碳源下脱氮除磷技术的开发及各种SBR、氧化沟改进工艺的应用。这一问题即将得到很好的解决。
5. 结语
随着水环境治理的深入，中小型污水处理厂将会越来越多[15]。SBR 和氧化沟基于自身的众多优点， 它们必将在其中占有一席之地。 而充分利用已有的经验数据进行技术经济分析，再结合当地条件，将会为工艺的选择提供依据，带来方便。同时，中小型污水处理厂的建设，也将会丰富我们的数据库，丰富我们的经验。相信到那时，我国城镇污水处理厂投资将越来越省、能耗和运行成本将会越来越低、占地将会越来越小。越来越多的环保型污水处理厂将会呈现在我们眼前。
参考文献
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