SBBR工藝研究進展

陳輔強

(山西省建設(shè)信息中心，山西太原 030013)

SBBR工藝，英文名稱有多種，如Sequencing Batch Biofilm Reactor，Periodic Submerged Filter等，中文名稱序批式生物膜反應(yīng)器或周期性懸浮填料反應(yīng)器等。SBBR工藝是SBR工藝的一種改良，因此每個運行周期仍保留了傳統(tǒng)SBR工藝的三個階段:進水階段、反應(yīng)階段、排水階段［1］，是一種可控制的非穩(wěn)態(tài)運行工藝。由于SBBR可根據(jù)不同水質(zhì)選擇不同的填充固定填料、流化填料或微孔膜(見圖1)，從而在微生物環(huán)境、微生物群體的優(yōu)勢組分及活性等方面具有傳統(tǒng)活性污泥法SBR工藝不可比擬的優(yōu)勢，可實現(xiàn)不同類型廢水的高效去除。本文從SBBR的特點、國內(nèi)外應(yīng)用和機理等方面展開討論。

圖1 SBBR分類圖

1 SBBR工藝特點

SBBR工藝結(jié)合了SBR工藝、生物膜工藝以及膜分離技術(shù)的特點，既具有SBR優(yōu)點，又具有獨特的優(yōu)點［2］。1)多樣的生物相:SBBR中的微生物附著在填料上生長，易于生長繁殖，通過進水、反應(yīng)、排水三個間歇式的運行階段使得生物膜上的微生物均勻分布，這樣增殖速度慢，世代時間長的細菌和較高級的微生物能棲息在不同膜層上。同時多種微生物的棲息，在生物膜上形成較長的食物鏈，使工藝具有較強的脫氮除磷效果。2)耐沖擊負荷。間歇式的運行方式造成膜層間微生物生物活性更高，生長速率更快，單位反應(yīng)器容積內(nèi)的生物量高，可達活性污泥法的5倍～20倍，這使得微生物對進水底物具有較強的快速吸附作用，提高了系統(tǒng)對水質(zhì)水量變化的應(yīng)變能力，增強了工藝整體的穩(wěn)定性。3)節(jié)省工藝流程和運行費用。由于反應(yīng)器的間歇停止起到了二沉池的作用，因此不需要建設(shè)普通活性污泥法處理中的二沉池，減少了占地面積，降低了基建投資。在運行過程中，SBBR工藝不設(shè)污泥回流，降低了運行費用;生物膜系統(tǒng)也避免了污泥膨脹，而且產(chǎn)生的剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理與處置費用。

2 SBBR工藝研究進展

1)國外研究現(xiàn)狀。國外學者研究SBBR工藝主要用于處理有毒、有害、難降解廢水。C．Di Iaconi等［3］利用SBBR工藝結(jié)合臭氧工藝處理高濃度制革廢水。實驗進水COD濃度不小于3 500 mg/L，NH4-N濃度在200 mg/L～300 mg/L之間。反應(yīng)實驗控制在常溫20℃，填料選用具有歐洲專利的KMT填料，長7 mm，直徑11 mm，表面積450 m2/m3，密度0．95 g/cm3，通過外循環(huán)來保證底物和生物體在反應(yīng)器內(nèi)的一致分布，曝氣使用純?nèi)芙庋跻员泐A(yù)處理水體中的脂肪、碳水化合物等雜質(zhì)，臭氧量固定在0．8 A和100 L/h。實驗反應(yīng)控制在8 h，進水、缺氧、好氧及出水時間控制在不同時間。當反應(yīng)負荷從1．6 kg COD/(m3·d)提高到3 kg COD/(m3·d)，COD、氨氮和TSS的去除率分別在92%，98%和100%，顯示出SBBR工藝在處理高濃度制革廢水時，具有良好的耐沖擊負荷能力及高效的處理能力。S．Venkata Mohan等利用顆?；钚蕴?GAC)［4］作為填料，處理由10個化工廠收集到的混合廢水，廢水進水水質(zhì)COD 6 000 mg/L，BOD 2 600 mg/L，硫酸鹽1 750 mg/L。反應(yīng)器采用的高與直徑比(H=0．22 m，d=0．07 m)H/d ＞3，實驗水力停留時間(HRT)24 h，反應(yīng)溫度在(26±2)℃。初始容積負荷控制在1．7 kg COD/(m3·d)，COD濃度已表現(xiàn)出較高的去除率，達到78%，即使容積負荷達到3．5 kg COD/(m3·d)，5．5 kg COD/(m3·d)時，COD去除率仍然達到49%和39%。提高容積負荷雖然使得COD去除率降低，但整個實驗過程沒有產(chǎn)生過程抑制，表明GAC作為緩沖劑和填料，對有毒化學物質(zhì)侵害的降低作用是明顯的。2)國內(nèi)研究現(xiàn)狀。國內(nèi)學者主要集中在工業(yè)廢水和城市生活污水處理效果等方面。唐維彬等［6］結(jié)合 SBBR和曝氣生物濾池(BAF)處理豬皮制革廢水，SBBR裝置有效容積5 L，BAF裝置有效容積2．5 L，兩裝置內(nèi)置有機玻璃彈性填料。進水COD在200 g/L ～40 000 g/L，TDS在200 mg/L ～46 000 mg/L，pH=4．0 ～12。SBBR單元運行周期控制在12 h，其中曝氣10 h，靜置1 h，換水1 h，COD去除率在88%～94%，但對氨氮去除率稍低，因此SBBR可作為COD去除的主要單元，有效緩解氨氮去除對微生物的營養(yǎng)競爭。常風民等研究了SBBR處理腈綸生產(chǎn)廢水，廢水進水水質(zhì) COD 600 mg/L～1 300 mg/L，BOD 350 mg/L～450 mg/L，TN 190 mg/L～225 mg/L，NH－4-N 80 mg/L～105 mg/L。在曝氣時間3 h，溶解氧 4．5 mg/L ～5．5 mg/L，補充無機碳源碳酸氫鈉0．5 mg/L，缺氧停留時間為2 h后的處理效果為:COD處理率為75%，BOD為98%，TOC為70%，NH+4-N為94%，TN為80%，顯示出SBBR在處理高濃度腈綸廢水的優(yōu)勢。張立秋等［7］利用SBBR系統(tǒng)處理低碳城市污水。在進水TN為25．6 mg/L～32．1 mg/L，COD 為50mg/L～100mg/L，pH值為7．1～7．6，溫度為24 ℃ ～29 ℃的條件下，發(fā)現(xiàn)曝氣量為100 L/h～200 L/h范圍內(nèi)，氨氧化速率隨著曝氣量的增加而增大;在曝氣量為100 L/h～120 L/h條件下能夠?qū)崿F(xiàn)NO－2-N的穩(wěn)定積累和高效短程硝化，且有較明顯的同步硝化反硝化(SND)過程，對TN的去除率在48．1%～60．1%之間。可見SBBR工藝拓展了微生物菌群，滿足了低碳城市污水的脫氮需求。

3 機理研究

SBBR工藝在高濃度有機物污染物去除、低濃度C/N比情況下脫氮除磷等方面已經(jīng)體現(xiàn)出其高效的去除能力，這與其膜填料表面豐富的生物相關(guān)系密切。多樣的生物相使得微生物在高濃度污染物環(huán)境下耐受性增強，從而有效實現(xiàn)了高濃度COD污染物的去除。而在低濃度環(huán)境下，雖然有機污染物質(zhì)缺乏，但由于生物鏈條長，亞硝化細菌、厭氧氨氧化細菌、硝酸細菌及反硝化細菌等世代時間長的微生物在曝氣階段積極參與氮素轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了硝化反應(yīng)，將有機氮和氨氮轉(zhuǎn)化為NO－2-N和NO－3-N。而厭氧氨氧化細菌和反硝化細菌在厭氧、缺氧階段又會發(fā)揮作用，促進反硝化和同步硝化反硝化(SND)反應(yīng)，將好氧層產(chǎn)生的NO－2-N和轉(zhuǎn)化為此外，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌、聚磷菌又會協(xié)同作用，通過厭氧、好氧兩個階段主動過量吸收污水中的正磷酸鹽，以聚合磷酸鹽的形式積聚于體內(nèi)，形成高磷污泥以污泥排放的形式去除磷。

4 結(jié)語

作為一種將SBR周期操作和生物膜技術(shù)相結(jié)合的工藝，SBBR拓展了普通SBR技術(shù)和傳統(tǒng)生物膜工藝的處理能力。由于獨特的微生物環(huán)境，使得SBBR在處理高濃度有機物、高負荷氮磷等污染物方面效果顯著，SBBR是應(yīng)用于廢水處理最具潛力的污水生物處理技術(shù)之一。

［1］Peter A．Wilderer．Technology of membrane biofilm reactors operated under periodically changing process conditions［J］．Wat．Sci．Tech．，1995，31(1):173-183．

［2］王亞宜，李探微，彭永臻．生物膜法非穩(wěn)態(tài)可控制技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用［J］．環(huán)境污染與防治(網(wǎng)絡(luò)版)，2005(3):1-7．

［3］C．Di Iaconi，A．Lopez，R Ramadori，et al．Combined chemical and biological degradation of tannery wastewater by a periodic submerged filter(SBBR)［J］．Water research，2002(36):2205-2214．

［4］N．Chandrashekara rao，S．Venkata．Mohan，P．Muralikrishna，et al．Treatment of composite chemical wastewater by aerobic GAC-biofilm sequencing batch reactor(SBGR)［J］．Journal of Hazardous Materials，2005(124):59-67．

［5］李偉光，趙慶良，馬 放，等．序批式生物膜反應(yīng)器處理屠宰廢水［J］．中國給水排水，2000，16(10):59-60．

［6］唐維彬，周后珍，譚周亮，等．豬皮制革廢水生物處理工藝試驗研究［J］．應(yīng)用與環(huán)境生物學報，2010，16(2):285-288．

［7］張立秋，張朝升，張可方，等．SBBR系統(tǒng)短程硝化處理低碳城市污水研究［J］．中國給水排水，2012，28(7):12-17．

［8］姚敬博，李亞峰，王 勛，等．SBBR工藝脫氮除磷理論及影響因素［J］．工業(yè)安全與環(huán)保，2009，35(8):18-20．