SBR工藝研究進(jìn)展及其應(yīng)用

王賀鑫 劉貫一

SBR （SequencingBatchReactor）是序批式（間歇）活性污泥法的簡(jiǎn)稱。1914年，英國(guó)學(xué)者Ardern和Locket發(fā)明了該工藝，但由于受當(dāng)時(shí)自動(dòng)化水平的限制，尤其后來工業(yè)廢水的處理規(guī)模不斷擴(kuò)大，其操作困難、工作量大的缺點(diǎn)日益突出，SBR工藝的研究一度被人們放棄。因此，SBR工藝開始并沒有得到廣泛推廣。

近年，由于電腦技術(shù)的飛快發(fā)展及自動(dòng)化控制技術(shù)的快速進(jìn)步，SBR反應(yīng)器操作困難，工作繁瑣的缺點(diǎn)逐漸得以解決。SBR工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比有很多優(yōu)點(diǎn)，這引起許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

20世紀(jì)70年代初，美國(guó)的Irvine等人在美國(guó)環(huán)?？偩值馁Y助下建立了世界上第一個(gè)SBR污水處理廠。此后，日本、德國(guó)等國(guó)也開始關(guān)注SBR工藝的研究。我國(guó)于上世紀(jì)80年代開始有學(xué)者對(duì)SBR工藝進(jìn)行研究，并于1985年在吳淞建立了我國(guó)第一個(gè)應(yīng)用SBR工藝的廢水處理站。

1. SBR反應(yīng)器工作原理

作為一種新型的污水處理技術(shù)，SBR的運(yùn)行有別于傳統(tǒng)活性污泥法，一般采用多個(gè)SBR反應(yīng)器并聯(lián)間歇運(yùn)行的方式。對(duì)于單一SBR反應(yīng)器，每個(gè)運(yùn)行周期包括5個(gè)階段：進(jìn)水期，反應(yīng)期，沉淀期，排水排泥期，閑置期。

進(jìn)水期階段可以采用限制曝氣或非限制曝氣，污水連續(xù)進(jìn)入SBR反應(yīng)器，此時(shí)活性污泥對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行吸附去除，有機(jī)污染物濃度達(dá)到最大值，當(dāng)污水到達(dá)預(yù)設(shè)水位后，停止進(jìn)水開始曝氣，反應(yīng)期隨即開始，該階段有機(jī)污染物被活性污泥充分去除，BOD、COD值不斷減小，當(dāng)有機(jī)污染物濃度降低到適當(dāng)值時(shí)，停止曝氣，隨即進(jìn)入沉淀階段，該階段依靠重力的作用，使混合液中的活性污泥不斷沉降，達(dá)到高效的泥水分離效果。在進(jìn)入到排水排泥期后，上清液通過潷水器排除，剩余污泥也通過排泥系統(tǒng)排出，當(dāng)進(jìn)入到閑置期后，活性污泥處于一種營(yíng)養(yǎng)物的饑餓狀態(tài)，單位重量的活性污泥具有很大的吸附表面積，當(dāng)進(jìn)入下個(gè)運(yùn)行期的進(jìn)水期時(shí)，活性污泥便可以充分發(fā)揮初始吸附去除作用。

2. SBR反應(yīng)器的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)

2.1 曝氣裝置

傳統(tǒng)SBR的曝氣裝置主要有微孔曝氣器和射流曝氣器。近年，在射流曝氣的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的兩性曝氣裝置應(yīng)用廣泛，它由風(fēng)機(jī)和水泵組成，需要曝氣時(shí)，同時(shí)打開風(fēng)機(jī)和水泵，當(dāng)不需要曝氣時(shí)，只要打開水泵關(guān)閉風(fēng)機(jī)即可，起到了機(jī)械厭氧攪拌的作用。兩用曝氣器的氧轉(zhuǎn)移速率高，充氧率一般可以達(dá)25%以上，且用射流泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攪拌設(shè)備，能量消耗少，簡(jiǎn)便易行。

2.2 潷水器

潷水器用于SBR反應(yīng)器排水階段，使上清液可以連續(xù)派出。潷水器的種類很多，國(guó)內(nèi)SBR反應(yīng)器一般采用旋轉(zhuǎn)式潷水器，李金根等對(duì)旋轉(zhuǎn)式潷水器設(shè)計(jì)做了大量研究，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)式潷水器在我國(guó)中小污水處理廠有很大的應(yīng)用前景。

3. SBR反應(yīng)器的特點(diǎn)技術(shù)

與傳統(tǒng)活性污泥法曝氣池相比，SBR反應(yīng)器不需要設(shè)二沉池，減少了建筑用地，節(jié)省了基建費(fèi)用，投資較小。李松等人對(duì)SBR處理高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行了研究，工藝中去除了初沉池和調(diào)節(jié)池，使工藝流程大大簡(jiǎn)化。

Ketchum等人對(duì)SBR反應(yīng)器處理小城市生活污水進(jìn)行了基建費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與建設(shè)傳統(tǒng)活性污泥法工藝相比，SBR工藝節(jié)省了30%以上的建設(shè)投資費(fèi)用。

SBR反應(yīng)器泥水分離效果好，出水上清液SS低，有機(jī)污染物去除效果佳，M.Torrijos等人對(duì)SBR工藝處理奶酪廢水效果進(jìn)行了研究，其出水COD和BOD去除率都達(dá)到97%以上。

SBR反應(yīng)器在反應(yīng)期時(shí)間上具有理想的推流式曝氣過程，生化反應(yīng)速率高且易于自動(dòng)化控制。由于進(jìn)水期的曝氣方式靈活，可以采用限制曝氣來提高進(jìn)水有機(jī)污染物濃度，使得反應(yīng)器有較大的濃度梯度，有效地抑制污泥膨脹，且可以使反應(yīng)盡可能保持較大的推動(dòng)力；當(dāng)進(jìn)水有機(jī)污染物有毒時(shí)，采用非限制曝氣，可以有效控制有毒污染物的積累。

SBR工藝有很好的脫氮除磷效果，通過對(duì)SBR反應(yīng)器曝氣量的控制，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)厭氧缺氧好氧交替運(yùn)行。Agnes等人通過控制曝氣時(shí)間和厭氧攪拌時(shí)間，使SBR反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)厭氧好氧交替環(huán)境處理污泥消化池上清液，達(dá)到了很高的氨氮、總氮去除率。

SBR反應(yīng)池對(duì)時(shí)間來說具有理想推流式反應(yīng)器的特點(diǎn)，但它就其本身來說仍然是完全混合式，耐沖擊負(fù)荷，可以省去水量調(diào)節(jié)池。SBR反應(yīng)器沒有污泥回流且沉淀階段為靜止沉淀，因此，SBR反應(yīng)器內(nèi)可以維持較高的污泥濃度。

4. SBR反應(yīng)器的主要改進(jìn)型

4.1UNITANK工藝

1987年，UNITANK工藝由比利時(shí)史格斯清水公司提出，此工藝結(jié)合了傳統(tǒng)SBR工藝和傳統(tǒng)活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)。使進(jìn)出污水連續(xù)且減少了二沉池，實(shí)現(xiàn)了沉淀池和生物處理單元的一體化，而對(duì)于單個(gè)UNITANK曝氣池則為間歇進(jìn)出水，通過靈活控制UNITANK單個(gè)反應(yīng)池的曝氣、攪拌和增大水力停留時(shí)間，可以達(dá)到很好的脫氮除磷效果。

UNITANK工藝的工作原理：UNITANK反應(yīng)器分為3個(gè)單池，每個(gè)運(yùn)行周期分為兩個(gè)主體段和一個(gè)中間過渡段，兩個(gè)主體運(yùn)行段過程完全一樣，只是相互對(duì)稱。第一個(gè)主體段污水由左池進(jìn)入，經(jīng)過中間池進(jìn)入右池沉淀出水。第二個(gè)主體段污水由右池進(jìn)入，經(jīng)過中間池進(jìn)入左池沉淀出水，過程和第一個(gè)主體段相同，水流方向相反。中間過渡段污水由中間池進(jìn)入，兩個(gè)邊池作為沉淀池。通過對(duì)主體段曝氣、攪拌時(shí)間的控制可以實(shí)現(xiàn)BOD去除和脫氮除磷。

UNITANK工藝的特點(diǎn)：采用固定堰出水，不采用潷水器；沉淀時(shí)近似于平流式沉淀池的特點(diǎn)；3個(gè)反應(yīng)池串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)串級(jí)系統(tǒng)的模式，彌補(bǔ)了單個(gè)反應(yīng)器完全混合的缺點(diǎn)；3個(gè)反應(yīng)池的作用各不相同，各個(gè)反應(yīng)池中的污泥濃度不同，生物量分布不均勻。

由于邊池兼作曝氣池和沉淀池，反應(yīng)池的容積利用率比較低。

4.2CASS工藝

CASS工藝是由Goronszy教授在ICEAS的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出來的一種改進(jìn)型SBR工藝。1986年美國(guó)國(guó)家環(huán)保局正式宣布CASS工藝為革新代用技術(shù)。

CASS反應(yīng)器的工藝原理：CASS反應(yīng)池分為預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，污水經(jīng)過預(yù)反應(yīng)區(qū)后污水中可溶性污染物得到迅速吸附，進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)后污水中的有機(jī)污染物被降解。CASS為連續(xù)進(jìn)水間歇出水反應(yīng)器，集反應(yīng)、沉淀、排水等功能于一身，且通過對(duì)反應(yīng)器中DO的控制使CASS反應(yīng)器處于好氧、厭氧、缺氧交替環(huán)境，起到對(duì)污水脫氮除磷的作用。

CASS反應(yīng)器的工藝特點(diǎn)：基建費(fèi)用較低，CASS工藝與傳統(tǒng)活性污泥法相比，省去了初沉池、二沉池，工藝流程簡(jiǎn)單，布局緊湊；建成后運(yùn)行費(fèi)用低，CASS工藝由于周期性的曝氣，池內(nèi)溶解氧濃度是變化的，在每一周期開始時(shí)，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；運(yùn)行管理可靠方便，CASS工藝控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不易發(fā)生污泥膨脹且污泥產(chǎn)量少。

4.3ICEAS工藝

ICEAS全稱為間歇循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥法，屬于連續(xù)進(jìn)水、間歇出水工藝。ICEAS工藝在反應(yīng)器前部設(shè)置預(yù)反應(yīng)區(qū)，經(jīng)過預(yù)處理的污水在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)吸附去除BOD后進(jìn)入與前置預(yù)反應(yīng)區(qū)相連接的主反應(yīng)區(qū)，在主反應(yīng)區(qū)中污水進(jìn)行間歇曝氣，使活性污泥處于厭氧好氧交替的環(huán)境之中，起到良好的脫氮除磷效果，處理后的污水在反應(yīng)池中沉淀后在潷水器的作用下出水，這樣使整個(gè)反應(yīng)池處于曝氣-閑置-沉淀-潷水的周期之中。

5. 結(jié)語(yǔ)

SBR及其改進(jìn)型工藝是很好的活性污泥處理方法，具有基建費(fèi)用低，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有很高的污泥負(fù)荷和脫氮除磷等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)其做了很多研究，取得了很多好的成果。但SBR工藝需要較大的曝氣量，運(yùn)行時(shí)能耗大，因此，降低SBR反應(yīng)器的能耗成為SBR工藝今后發(fā)展的關(guān)鍵因素。