摘要: 分析了SBR 工藝運行機理和工藝特點, 對其優越性和局限性進行了評價, 并在此基礎上介紹了其發展與改進。
關鍵詞: SBR 工藝; 污水處理; 除磷脫氮

SBR( Sequencing Batch Activated Sludge Reactor Technology) 即序批式活性污泥處理系統, 是20 世紀70 年代由美國Natre Dame 大學的RIrvine 博士將老式的充排系統改進并發展而成的。早期的污水處理池由于進出水切換復雜和控制設備方面的原因, 限制了其發展。但隨著科學技術的不斷發展, 計算機和自動控制技術的加入, 使SBR 在城市污水、工業廢水中的應用越來越廣泛, 目前, SBR 工藝已成為各國競相開展的熱門工藝。

1 工作原理及基本運行操作

SBR 工藝處理污水, 其核心處理設備是一個序批式間歇反應器( SBR反應器) , SBR 省去了許多處理構筑物, 所有反應器都在一個SBR 反應器中運行, 通過時間控制來使SBR 反應器實現各階段的操作目的, 在流態上屬于完全混合式, 實現了時間上的推流, 有機污染物隨著時間的推移而降解。

SBR 工藝整個運行周期由進水、反應、沉淀、出水和閑置5 個基本工序組成, 都在一個設有曝氣或攪拌的反應器內依次進行。在處理過程中,周而復始地循環這種操作周期, 以實現污水處理目的。現將整個工藝的操作要點與功能闡述如下。

1.1 進水工序

污水注入之前, 反應器處于待機狀態, 此時沉淀后的上清液已經排空, 反應器內還儲存著高濃度的活性污泥混合液, 此時反應器內的水位為最低。注入污水, 注入完畢再進行反應, 從這個意義上說, 反應器又起到了調節池的作用, 所以SBR 法受負荷變動影響較小, 對水質、水量變化的適應性較好。

1.2 反應工序

當污水達到預定高度時, 便開始反應操作, 可以根據不同的處理目的來選擇相應的操作。例如控制曝氣時間可以實現BOD 的去除、消化、磷的吸收等不同要求, 控制曝氣或攪拌器強度來使反應器內維持厭氧或缺氧狀態, 實現消化、反硝化過程。

1.3 沉淀工序

本工序中SBR 反應池相當于二沉池, 停止曝氣和攪拌, 使混合液處于靜止狀態, 活性污泥進行重力沉淀和上清液分離。SBR 反應器中的污泥沉淀是在完全靜止的狀態下完成的, 受外界干擾小。此外, 靜止沉淀還避免了連續出水容易帶走密度輕、活性好的污泥的問題。因此, SBR 工藝沉降時間短、沉淀效率高, 能使污泥保持較好的活性。沉淀時間依據污水類型以及處理要求具體設定, 一般為1 h～2 h。

1.4 出水工序

排出沉淀后的上清液, 恢復到周期開始時的最低水位, 剩下的一部分處理水, 可以起到循環水和稀釋水的作用。沉淀的活性污泥大部分作為下個周期的回流污泥作用, 剩余污泥則排放。

1.5 閑置工序

SBR 池處于空閑狀態, 微生物通過內源呼吸復活性, 溶解氧濃度下降, 起到一定的反硝化作用而進行脫氮, 為下一運行周期創造良好的初始條件。由于經過閑置期后的微生物處于一種饑餓狀態, 活性污泥的表面積更大, 因而在新的運行周期的進水階段, 活性污泥便可發揮其較強的吸附能力對有機物進行初始吸附去除。另外, 待機工序可使池內溶解氧進一步降低, 為反硝化工序提供良好的工況。

2 SBR 工藝性能特點

2.1 SBR 工藝的優越性

( 1) 工藝流程簡單, 運轉靈活, 基建費用低。SBR 工藝中主體設備就是一個SBR 反應器, 從上面的分析也可以看出, 一個SBR 池扮演了多個角色: 調解混合池、反應池( 厭氧、缺氧和好氧三種) 、沉淀池和部分濃縮池。基本上所有的操作都在這樣一個反應器中完成, 在不同的時間內進行泥水混合, 有機物的氧化、消化、脫氮, 磷的吸收與釋放以及泥水分離等。它不需要設二沉池和污泥回流設備, 一般情況下也不用設調節池和初沉池。所以, 采用SBR 工藝的污水處理系統大大減少構筑物的數量, 節約了基建費用, 而且往往具有布置緊湊、節省占地的優點。

( 2) 處理效果良好, 出水可靠。從反應動力學角度分析, SBR 反應器有其獨具的優越性。根據活性污泥反應動力學模型, 目前連續流生物處理反應器主要有完全混合和推流式兩種流態, 在連續流的推流式反應器中, 曝氣池的各斷面上只有橫向混合, 不存在縱向的“返混”。基質濃度從進水處的最高逐漸降解至出水處的最次濃度, 提供了最大的生化反應推動力。在運行的曝氣反應階段, 反應器內的混合液雖然處于完全混合狀態, 但其基質和微生物的濃度隨時間而逐漸降低, 相當于一種時間意義上的推流狀態。所以SBR 反應器實現了連續流中兩種反應器的特點。

( 3) 較好的除磷脫氮效果。除磷脫氮是一個相對復雜的過程, 需要在處理過程中提供厭氧、缺氧、好氧各階段, 以實現硝化反硝化脫氮和吸收釋放磷的目的。在SBR 法中, 在一個單一的反應器就可達到不同目的。因為在SBR 法通過5 個工序時間上的安排, 較容易地實現厭氧、缺氧與好氧狀態交替出現, 可以最大限度地滿足生物脫氮除磷理論上的環境條件。

( 4) 污泥沉降性能良好。活性污泥膨脹是活性污泥處理過程中常常發生的問題。污泥膨脹問題90%以上是絲狀菌污泥膨脹, 由于絲狀菌過度繁殖, 菌膠團的生長繁殖受到抑制, 很多絲狀菌伸出污泥表面之外, 使得絮狀體松散, 沉淀性惡化。SBR 法可以有效控制絲狀菌的過度繁殖, 污泥SVI 較低, 是一種污泥沉降性能較為良好的工藝。

( 5) 對水質水量比變化的適應性強。處理效果會受到水質水量的影響, 主要是因為它會改變處理環境, 而微生物對其生存環境條件的要求往往比較嚴格。所以, 從理論上分析, 完全混合式反應器比推流式反應器有更強的耐沖擊負荷的能力。SBR 工藝雖然對于時間來說是理想的推流式處理過程, 但反應器構造上保持了典型的完全混合式的特性。因此能承受較大的水質水量的波動, 具有較強的耐沖擊負荷的能力。

2.2 SBR 工藝的局限性

( 1) 反應器容積利用率低。由于SBR 反應器水位不恒定, 反應器有效容積需要按照最高水位來設計, 大多數時間, 反應器內水位均達不到此值, 所以反應器容積利用率低。

( 2) 水頭損失大。由于SBR 池內水位不恒定, 如果通過重力流入后續構筑物, 則造成后續構筑物與SBR 池的位差較大, 特殊情況下還需要用泵進行二次提升。

( 3) 不連續的出水, 要求后續構筑物容積較大, 有足夠的接受能力。而且不連續出水, 使得SBR 工藝串聯其他連續處理工藝時較為困難。

( 4) 峰值需氧量高。SBR 工藝處于時間上的推流, 因此也具有推流工藝這一缺點。開始時污染物濃度較高, 需氧量也較高, 按照此值來確定曝氣量, 但隨后污染物濃度隨時間下降, 需氧量也隨之下降, 因此整個系統氧的利用率低。

( 5) 設備利用率低。當幾個SBR 反應器并聯運行時, 每個反應器在不同的時間內分別充當進水調節池, 曝氣池或是沉淀池, 但每個反應器內均需設有一套曝氣系統、潷水系統等相應設備, 而各池是交替運行的, 因此, 設備的利用率低。

( 6) 不適合用于大型污水處理廠。采用SBR 工藝的污水處理廠規模一般在20 000 t 以下, 規模大于100 000 t 的污水處理廠幾乎沒有采用SBR 工藝的。

3 SBR 工藝的發展

傳統或經典的SBR 工藝形式在工程中存在一定的局限性。譬如, 若進水流量大, 則需調節反應系統, 從而增大投資; 而對出水水質有特殊要求, 如脫除磷等則還需對工藝進行適當改進。因而在工程應用實踐中,SBR 傳統工藝逐漸產生了各種新的變型, 以下分別介紹幾種主要的形式。

3.1 ICEAS 工藝

ICEAS( Intermittent Cyclic Extended Aeratlon System) 工藝的全稱為間歇循環延時曝氣活性污泥工藝。它于20 世紀80 年代初在澳大利亞興起, 是變形的SBR 工藝。

ICEAS 與傳統的SBR 相比, 最大的特點是: 在反應器的進水端增加了一個預反應區, 運行方式為連續進水( 沉淀期和排水期仍保持進水) 間歇排水, 沒有明顯的反應階段和閑置階段。這種系統在處理市政污水和工業廢水方面比傳統的SBR 系統費用更省、管理更方便。但是由于進水貫穿于整個運行周期的每個階段, 沉淀期進水在主反應區底部造成水力紊動而影響泥水分離時間, 因而, 進水量受到了一定限制, 通常水力停留時間較長。

3.2 CASS( CAST, CASP) 工藝

CASS ( Cyclic Activated Sludge System) 或CAST ( - Technology) 或CASP( - Process) 工藝是一種循環式活性污泥法。該工藝的前身為ICEAS工藝, 由Goronszy 開發并在美國和加拿大獲得專利。

與ICEAS 工藝相比, 預反應區容積較小, 是設計更加優化合理的生物反應器。該工藝將主反應區中部分剩余污泥回流至選擇器中, 在運作方式上沉淀階段不進水, 使排水的穩定性得到保障。CASS 工藝適用于含有較多工業廢水的城市污水及要求脫氮除磷的處理。

3.3 IDEA 工藝

間歇排水延時曝氣工藝( IDEA) 基本保持了CAST 藝的優點, 運行方式采用連續進水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CAST 相比, 預反應區( 生物選擇器) 改為與SBR 主體構筑物分立的預混合池, 部分剩余污泥回流入預混合池, 且采用反應器中部進水。預混合池的設立可以使污水在高絮體負荷下有較長的停留時間, 保證高絮凝性細菌的選擇。

3.4 DAT- IAT 工藝

DAT- IAT 藝是利用單—SBR 池實現連續運行的新型工藝, 介于傳統活性污泥法與典型的SBR 工藝之間, 既有傳統活性污泥法的連續性和高效性, 又具有SBR 的靈活性, 適用于水質水量大的情況。DAT- IAT 工藝主體構筑物由需氧池( DAT) 和間歇曝氣池( IAT) 組成, 一般情況下DAT 連續進水, 連續曝氣, 其出水進入IAT, 在此可完成曝氣、沉淀、澆水和排出剩余污泥工序, 是SBR 的又一變型。

3.5 UNITANK 工藝

典型的UNITANK 系統, 其主體為三格池結構, 三池之間為連通形式, 每池設有曝氣系統, 既可采用鼓風曝氣, 也可采用機械表面曝氣, 并配有攪拌, 外側兩池設出水堰以及污泥排放裝置, 兩池交替作為曝氣和沉淀池, 污水可進入三池中的任何一個。在一個周期內, 原水連續不斷進入反應器, 通過時間和空間的控制, 形成好氧、厭氧或缺氧的狀態。UNITANK 系統除保持原有的自控以外, 還具有池子結構簡單、出水穩定、不需回流等特點, 而通過進水點的變化可達到回流和脫氮、除磷等目的。來源：谷騰水網 作者: 樊力超, 王增長