間歇式活性污泥法(SBR) 又稱序批式活性污泥法, 是一種不同于傳統活性污泥法的廢水處理工藝。1914年英國的Arden 和Lokett 首創活性污泥法時采用的就是間歇法。受當時技術條件的限制, 曝氣池水流不斷切換, 操作起來較為煩瑣,而且沉淀時絕對靜止, 曝氣設備易被堵塞。在連續式活性污泥法出現之后, 很快將其取代, 占據了主導地位。20 世紀70 年代以來, 為解決連續污水處理法存在的問題, 由R. L.Irvine發起, 日本、澳大利亞等國學者對SBR 進行了重新評價和研究。特別是近年來由于計算機控制技術的發展, 通過溶解氧測定儀、氧化還原電位計等儀表對工藝運行進行過程控制的技術出現, 使得初期的SBR 反應器間歇運行的復雜操作問題得以解決。20世紀80 年代以后, SBR 法引起越來越多國家的重視,并陸續得到開發應用。
1 SBR 工藝流程和優點
SBR 工藝的核心是SBR 反應池, 它是按一定時間順序間歇操作運行的生物反應器。所謂“序批間歇式”有兩種含義: 一是運行操作在空間上是按序列的方式進行的, 為匹配多數情況下廢水的連續排放規律, 必須2 個或多個SBR 池并聯, 按次序間歇運行;二是每個SBR 的操作在時間上也是按次序排列的。一個運行周期按次序分為五個階段: 進水、反應、沉淀、排水和閑置階段。典型的SBR 系統包括一座或幾座反應池以及初沉池等預處理設施。反應池兼有調節池和沉淀池的功能。當反應池進水結束后, 開始曝氣反應, 待有機物濃度達到排放標準后, 停止曝氣, 使混合液在反應器中處于靜止狀態進行固液分離, 經過一段時間后排除上清液, 沉淀污泥進入閑置階段, 反應器又處于準備進行下一周期運行的待機狀態。在進水階段,又可根據是否曝氣分為限制曝氣、非限制曝氣和半限制曝氣三種。限制曝氣是指在進水時不曝氣, 并盡量縮短進水時間, 這種限制曝氣方式適合于處理無毒性的污水。非限制曝氣是在進水的同時曝氣, 在進水期便可降解一部分基質, 避免反應初期基質在混合液中過度的累積, 對反應過程造成抑制。這種非限制曝氣方式適合于處理有毒且基質濃度較高的污水。半限制曝氣是在進水的后半期進行曝氣, 是介于限制曝氣和非限制曝氣之間的一種運行方式。
SBR 工藝之所以能夠日益受到重視, 并廣泛應用, 是由于其運行方式的特殊性, 使其具有以下連續流系統無法比擬的優點。
( 1) 工藝流程簡單、基建與運行費用低。SBR 系統的主體工藝設備是一座間歇式曝氣池, 與傳統的連續流系統相比, 無須二沉池和污泥回流設備, 一般也不需調節池。許多情況下, 還可省去初沉池。這樣SBR 系統的基建費用往往較低。根據L. Ketchum 等的統計結果, 采用SBR 法處理小城鎮污水比用傳統連續流活性污泥法節省基建投資30%以上。SBR法無須污泥回流設備, 節省設備費和常規運行費用。穩定運行期, 廢水處理費用與原A/O—A/O 工藝相比可降低15%～20%。
( 2) 生化反應推動力大、速率快、效率高。SBR法反應器中底物濃度在時間上是理想推流過程, 底物濃度梯度大, 生化反應推動力大, 克服了連續流完全混合式曝氣池中底物濃度低, 反應推動力小和推流式曝氣池中水流反混嚴重, 實際上接近完全混合流態的缺點。R. L. Irvine 等的研究還表明: SBR 法中作為微生物活性最重要指標的RNA 含量是傳統活性污泥法中的3~4 倍。
( 3) 耐沖擊負荷能力較強。SBR 法雖然對于時間來說是理想推流過程, 但就反應器中的混合狀態來說, 仍屬于典型的完全混合式, 也具有完全混合曝氣所具有的優點。一個SBR 反應池在充水時相當于一個均化池, 在不降低出水水質的情況下, 可以承受高峰流量和有機物濃度上的沖擊負荷。此外, SBR可在反應器內保持較高的污泥濃度, 這也在一定程度上提高了它的耐沖擊負荷能力。
( 4) 有效防止污泥膨脹。SBR 具有選擇器效應,反應初期底物濃度較高, 有利于絮體細菌增殖并占優勢, 可抑制專性好氧絲狀菌的過分增殖。此外,SBR 法中好氧、缺氧狀態交替進行, 也可抑制絲狀菌生長。
( 5) 沉淀效果好。沉淀過程中沒有進出水水流的干擾, 可避免短流和異重流的出現, 是理想的靜止沉淀, 固液分離效果好, 具有污泥濃度高、沉淀時間短、出水懸浮物濃度低等優點。
( 6) 操作靈活, 易維護。SBR 法不僅工藝流程簡單, 而且根據水質、水量的變化, 通過各種控制手段,以各種方式靈活運行, 如改變進水方式、調整運行順序、改變曝氣強度及周期內各階段分配比等來實現不同的功能。由于SBR 無污泥回流系統, 無需二沉池, 比其他生化處理系統更易于維護。
2 SBR 在難降解有機物廢水處理中的應用
目前SBR 處理難降解有機物的對象幾乎涵蓋了其他生物法所處理的對象, 例如繅絲生產廢水、聚酰胺生產廢水、煉油化工廢水、魚油精煉廢水、樂果生產廢水、啤酒廢水、白酒廢水、乳品加工廢水、印染廢水、制革廢水、青霉素廢水、阿膠制藥廢水、屠宰廢水等。通過各污水廠的運行情況來看, SBR 處理排放量大、濃度高的有機廢水、有毒廢水、高色度印染廢水等難降解廢水都有很好的去除效果, 都能達到行業的排放標準, 且運行效果穩定。從運行成本來看,廢水的處理費用不高, 具有顯著的經濟效益。
3 SBR 新工藝的研究與開發
近幾年來, 人們圍繞SBR 法展開了大量的研究工作, 并在工業廢水處理中得到成功應用。這些新工藝的創新點是: 一方面在反應器中添加介質, 控制微生物群落的組成、濃度和活性, 提高微生物對難降解廢水的處理能力; 另一方面將SBR 與其他工藝相結合, 研發了以SBR 為主的新工藝。
( 1) PAC( 粉末活性炭) +SBR。在SBR 反應器中添加活性炭, 通過其在進水段的吸附作用, 使混合液中有毒難降解污染物濃度減少, 減輕對生物的抑制作用, 同時緩沖了水中有機負荷的沖擊。由于活性炭的吸附作用, 使得污泥系統中始終保持一定量的有機質, 為微生物提供了豐富的營養�；钚蕴勘缺砻娣e非常大, 可為生物的生長提供很大的空間, 微生物會附著在其表面, 形成飽滿而密實的菌膠團, 長出厚厚的生物膜, 炭表面的有機物和微生物之間不斷調節,相互適應, 形成了一種穩定的生化處理系統。在反應過程中, 活性炭會對環境中的溶解氧(DO) 起調節作用, 當環境中DO 濃度較高時, 因為活性炭對DO 的吸附, 縮小了環境與菌膠團之間的DO 差距; 當環境中DO 濃度較低時, 活性炭吸附的DO 會釋放, 污泥仍能保持較高的耗氧速度�；钚蕴勘砻娴母邼舛然|、高溶解氧和微生物三者構成的共存體系, 為生化反應創造了優越條件, 取得了比單純SBR 法效率高的處理效果。馮曉西等用鐵炭微電解— 亞鐵還原氧化法對含有以間二硝基苯、間硝基苯胺等物質為主的工藝廢水進行預處理后, 再按一定的比例與輕污染廢水混合, 經兼氧生化、PAC— SBR 處理后, 可使廢水CODCr 去除率達到92%, BOD5 去除率達到98%, 硝基苯類去除率達到97%, 苯胺類去除率達到98% , 揮發酚去除率達到99.6%, 色度可從5.8×10^4～1.0×105 倍減少至8 倍。
( 2) 添加其他填料的SBR。吳生等采用“膨潤土吸附— 泡沫分離— SBR 生物處理工藝”處理日化行業洗發精廢水, 其主要成分有: 烷基聚氧乙烯硫酸鹽、液K、BS- 12 等各類表面活性劑、保濕劑、增潔劑和色素AES 等, 取得了較明顯的效果, 其CODCr去除率接近或超過80%, 并且膨潤土具有價格便宜,泥渣易于脫水的特點〔19〕。王大軍等在SBR 反應器內加入彈性填料, 通過對沈陽市幾個乳品廠采集的污水進行實驗研究, 取得了最佳工藝參數, 并應用于實際污水工程中驗證, CODCr 去除率達30%～50%。
( 3) 兩段SBR。借鑒AB 工藝的基本思想, 由兩套SBR 串聯構成, 在每個SBR 反應器內培養出適合于降解不同有機物的專性菌, 從而使廢水中的不同種類的有機物在各自相適應的生化條件下得到充分降解。彭永臻等利用兩段SBR 處理化工廢水, 在兩個反應器中分別培養出適宜降解乙酸和芳香族有機物的活性污泥, 成功地克服了葡萄糖效應, 大大提高了SBR 法的處理效率。而且兩段SBR 還省去了AB 法所需要的兩段污泥回流, 集普通SBR 法和AB法兩者的優點于一體。因此, 兩段SBR 法在處理水質較復雜尤其是底物降解的難易程度相差較大的工業廢水時, 有更廣闊的應用前景。C. S. Ra 等采用兩段SBR 工藝( TSSBR) 處理屠宰廢水, 達到脫氮除磷的目的。方士采用兩段SBR 工藝處理高氨氮味精廢水, 取得了較好的處理效果。
( 4) 多段SBR。為能徹底降解難降解有機物, 提高難降解有機物的降解速率, 一些學者提出多段SBR 系統, 包括多段厭氧SBR、多段好氧SBR 及厭氧SBR+好氧SBR 的組合。目的是使每段SBR 均能保持各自獨特的優勢微生物, 提高難降解有機物的降解速率。熊正為等采用厭氧酸化— SBR 法處理甲醛廢水。在反應期厭氧段, 采用中高溫生物催化酸化, 對季戊四醇、甲醛廢水進行初級降解( 將復雜分子轉化為簡單分子) ; 在反應好氧段, 進一步降解上一階段的水解產物, 運行結果表明:MLSS 的BOD5負荷0.04 ～0.08 kg/( kg·d) 、甲醛負荷0.011 ～0.022kg/(kg·d) , 當反應期厭氧段為20 h, 好氧段為11 h 時,甲醛去除率可以達到98%, CODCr 去除率>90%。李秀金等把SBR 連接在一起構成ASBR/SBR 組合反應器系統, 用于牛場高濃度有機污水的處理。ASBR作為預處理反應器主要用于去除有機物, SBR 用于生物脫氮處理。通過試驗確定ASBR 的最佳有機負荷率( 以CODCr 計) 為3 g/( L·d) , 在此負荷率下處理后的污水在SBR 中進一步處理。通過對硝化和反硝化分別與同時進行時ASBR/SBR 系統的污水處理性能進行了試驗研究, 發現: 當硝化在反應器中進行, 反硝化在自然條件下的出水混合液和上清液中進行時, 混合液中NOx - N 在3 周之內即被全部轉化, 上清液中反硝化反應相對較慢; 要通過同時的硝化與反硝化高效地去除污水中的氨氮, 則需要添加適量碳源, 并實行分段進水。
( 5) SBR 與其他工藝的組合。許多廢水中往往含有種類繁多的有機污染物, 其中不少難于降解或對微生物有抑制作用, 單純用一種處理方法, 基本不能把有機物降解掉, 所以出現了多種物化和生化處理方法的組合工藝。付永勝等根據印染廢水的特性, 提出了水解酸化—UASB—SBR 組合工藝的處理方法。該法的實際應用表明, 廢水CODCr 可由2 500～4 500mg/L 降至80 ～150 mg/L, BOD5 可由600 ～1 000mg/L 降至30～40 mg/L, 色度可由100～600 倍降至50～60 倍〔26〕。范洪波等采用水解酸化SBR 法混凝沉淀復合工藝對城市垃圾滲濾液進行處理, 確定了水解酸化、SBR 法和混凝的最佳運行參數。研究結果表明, 當進水CODCr 1 720 mg/L、氨氮127.6 mg/L時, 通過該系統處理后, 出水CODCr 148.4 mg/L、氨氮12.2 mg/L, CODCr 總去除率達到91.2%, 氨氮去除率達90.4%, 達到較好的去除有機物和脫氮效果〔27〕。除了以上用SBR 法處理各種工業廢水的實驗研究的成果外, 在國內也有用類似新工藝處理某些工業廢水的工程實例。如造紙中段水、米粉廠廢水、土霉素生產廢水、光敏劑化工廢水、屠宰加工廢水、印染廢水、染料廢水,。
4 結語
運用SBR 反應器處理各種難降解有機廢水的實驗研究已經非常廣泛, 隨著研究的不斷深入和在工程實例中的應用, 一些創新的實驗成果會不斷涌現, 有關SBR 的新工藝也會不斷開發和應用, 將會在中小企業的石油化工、煉油、印染、制藥、屠宰、釀酒等企業中發揮巨大作用。目前, 我國對工業廢水處理越來越重視, 相信SBR 法是一種很有推廣價值和發展潛力的污水處理方法。(來源：工業水處理)
