序批式活性污泥法在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

夏友超，金軍勤，戴小平

（浙江環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司，浙江 杭州310007）

1 引言

序批式活性污泥法（SBR）于1970年由南美科學(xué)家提出并用于污水脫氮處理，從此引起了國(guó)內(nèi)外環(huán)境學(xué)家的廣泛注意。SBR可置均化、初沉、生化和終沉等功能為一體，空間上做到完全混合。此外，該工藝不用設(shè)置污泥回流系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的廢水處理工藝相比，該工藝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)作方便靈活等特點(diǎn)。由于SBR具有良好的處理效果，該工藝技術(shù)在廢水處理的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2 SBR工藝介紹

SBR工藝采用污水間歇進(jìn)入處理系統(tǒng)和間歇排出的間歇式運(yùn)行。根據(jù)趙麗珍等人《SBR技術(shù)的研究與進(jìn)展》[1]，SBR的一個(gè)運(yùn)行周期包括5個(gè)階段。

第1階段，進(jìn)水期。污水原水連續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)處理池，直到達(dá)到最高運(yùn)行液位。廢水在處理池底部的攪拌泵攪動(dòng)下，和池內(nèi)活性污泥充分接觸混合，而廢水中有機(jī)物也不斷被活性污泥中菌膠團(tuán)吸附。

第2階段，反應(yīng)期。當(dāng)廢水不斷進(jìn)入系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的限位后，開啟曝氣設(shè)施。曝氣可采用推流式或完全曝氣方式，保證水中有機(jī)物與池內(nèi)活性污泥充分吸收空氣中的氧氣。隨著廢水中DO濃度達(dá)到峰值，CODcr濃度逐步得到降低。

第3階段，沉淀期。該階段的SBR池起到二沉池功能。經(jīng)過反應(yīng)期后，SBR池停止曝氣和攪拌，使反應(yīng)混合液靜置，通過重力作用達(dá)到活性污泥和上清液分離。

第4階段，出水期。經(jīng)過上一階段分離后，系統(tǒng)排出上清液，而下層污泥又回到周期起始時(shí)的最低位置，剩余部分的已處理廢水，可起到循環(huán)水和對(duì)污水原水稀釋功能。

第5階段，閑置期。該階段系統(tǒng)內(nèi)微生物可得到休息，恢復(fù)污泥的活性。但隨著污泥老化，活性降低，系統(tǒng)也需定期排出部分污泥，為新鮮污泥生長(zhǎng)和繁殖提供充足的空間，從而保證污泥的活性的延續(xù)。SBR的工藝的優(yōu)缺點(diǎn)歸納見表1[2]。

表1 SBR工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

3 SBR工藝在處理廢水中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著淡水資源的枯竭和水環(huán)境污染現(xiàn)象的突顯，我國(guó)對(duì)提高水資源的重復(fù)利用率、深度處理的要求越來(lái)越高。面對(duì)工業(yè)不斷發(fā)展，如何遏制環(huán)境污染加劇，提高廢水處理深度，減少污染物排放，是保護(hù)水資源所面臨的較大挑戰(zhàn)。SBR技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用也向綜合利用方向轉(zhuǎn)變，這樣既可以回收利用廢水中的有價(jià)資源，又在一定程度上推進(jìn)了廢水處理的深度，具有重大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于SBR具有良好的處理效果，該技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。

舒曉春等[3]采用SBR工藝處理中藥生產(chǎn)廢水，根據(jù)制藥企業(yè)的實(shí)際情況和以往SBR工藝的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研究人員在SBR某些關(guān)鍵部位作了必要的調(diào)整和改進(jìn)，使工藝在原有基礎(chǔ)上有了較大的完善和提高。經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試運(yùn)行，活性污泥形成良好，出水水質(zhì)趨于穩(wěn)定，并且達(dá)到行業(yè)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。楊朝暉等[4]采用固液分離－UASB－SBR聯(lián)合工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水，廢水COD、NH3－N分別為12000～18000、700～1100mg／L，經(jīng)過固液分離和UASB反應(yīng)器處理后，COD和NH3－N質(zhì)量濃度分別降低為1810～3026、607～908mg／L。SBR一個(gè)循環(huán)周期為14h，活性污泥的有機(jī)負(fù)荷量設(shè)定為3～4kg／（m3·d），SBR穩(wěn)定運(yùn)行后出水COD質(zhì)量濃度基本保持在400mg／L以下，COD總?cè)コ试?5%～95%，NH3－N總?cè)コ试?5%～98%。呂志偉等[5]對(duì)SBR工藝處理造紙廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)確定SBR工藝的運(yùn)行參數(shù)為：進(jìn)水1h，曝氣6h，沉降2h，排水1h，閑置1h，一個(gè)循環(huán)周期共計(jì)11h。試驗(yàn)結(jié)果表明：在造紙廢水的pH值為7.0，進(jìn)水的COD在400～1400mg／L時(shí)，COD去除率為81.8%，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有一定的耐沖擊負(fù)荷能力，處理效果較好，出水可以達(dá)到國(guó)家造紙行業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 SBR工藝的發(fā)展

在實(shí)際應(yīng)用工程中，傳統(tǒng)的SBR工藝存在一定的局限性。如進(jìn)水量較大時(shí)，則需要調(diào)節(jié)該工藝反應(yīng)系統(tǒng)而造成投資增加，無(wú)法達(dá)到大型污水處理項(xiàng)目連續(xù)進(jìn)出水的要求等。正是如此，各類變型的SBR工藝在實(shí)際工程中逐漸產(chǎn)生。

4.1 間歇循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥工藝

間歇循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥（英文縮寫“ICEAS”）工藝最早于20世紀(jì)80年代初誕生于澳大利亞。該工藝最大特點(diǎn)為無(wú)明顯的反應(yīng)階段和閑置階段。其原理主要通過在反應(yīng)器的進(jìn)水端增加了一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū)，沉淀期和排水期仍然保持進(jìn)水，排水采用間歇式。與常規(guī)的SBR工藝相比較，該工藝在工業(yè)廢水和市政污水處理方面具有費(fèi)用省、方便管理等優(yōu)勢(shì)。該工藝不足之處為停留時(shí)間較長(zhǎng)，主要原因系該工藝系統(tǒng)運(yùn)行周期的每個(gè)階段都涉及進(jìn)水，在主反應(yīng)區(qū)底部造成水力紊動(dòng)，不利于泥水分離，最終對(duì)進(jìn)水量造成一定限制。

4.2 循環(huán)式活性污泥法

循環(huán)式活性污泥法（英文縮寫“CASS”）的前身為ICEAS工藝，已在美國(guó)和加拿大獲得相關(guān)專利。該工藝變型后，由于預(yù)反應(yīng)區(qū)容積變小，生物反應(yīng)器得到優(yōu)化。此工藝將主反應(yīng)區(qū)部分剩余活性污泥回流至選擇器，運(yùn)行時(shí)沉淀階段停止進(jìn)水，排水穩(wěn)定。CASS工藝適用于含有較多工業(yè)廢水的城市污水及要求脫氮除磷的處理[6]。

4.3 間歇排水延時(shí)曝氣工藝

間歇排水延時(shí)曝氣（英文縮寫“IDEA”）工藝是CASS工藝的一種變型，保留了CASS工藝自身優(yōu)點(diǎn)。有所不同的是，該工藝預(yù)反應(yīng)區(qū)改為與SBR主體構(gòu)筑物分立的預(yù)混合池，部分污泥回流至預(yù)混合池，且進(jìn)水從反應(yīng)器中部流入。IDEA工藝采用連續(xù)進(jìn)水、間歇曝氣、周期排水的運(yùn)行形式。CASS工藝因污水停留時(shí)間較長(zhǎng)，保證了細(xì)菌的選擇性。

4.4 DAT－IAT工藝

DAT－IAT工藝也是一種變型的SBR工藝。該工藝兼有傳統(tǒng)活性污泥工藝的連續(xù)性、高效性和SBR工藝的靈活性，適合處理大水量的污水處理。DAT－IAT工藝主要由需氧池（英文縮寫“DAT”）和間歇曝氣池（英文縮寫“IAT”）組成。進(jìn)水時(shí)從DAT池連續(xù)進(jìn)入、曝氣，尾水流入IAT池，再經(jīng)曝氣、沉淀、排水，定時(shí)再排出剩余污泥。

4.5 UNITANK工藝

UNITANK工藝系統(tǒng)一般為3格池主體結(jié)構(gòu)，且保持連通，同時(shí)配備獨(dú)立的曝氣系統(tǒng)。其中，兩側(cè)池均設(shè)出水堰和排泥設(shè)施，可用作曝氣池和沉淀池。該工藝運(yùn)行過程，污水可以從任一池中流入。一個(gè)處理周期內(nèi)，廢水不斷流進(jìn)反應(yīng)器，通過停留時(shí)間和充分接觸，達(dá)到好氧、厭氧或缺氧的狀態(tài)。該工藝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需回流、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。此外，通過參數(shù)控制可以達(dá)到脫氮、除磷的要求。

4.6 改進(jìn)序批式活性污泥工藝

改進(jìn)序批式活性污泥（英文縮寫“MSBR”）工藝是結(jié)合SBR工藝和傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)開發(fā)出來(lái)的一種變型工藝。MSBR工藝系統(tǒng)主要增加中間反應(yīng)區(qū)，該反應(yīng)區(qū)通常包括厭氧池、缺氧池、中間沉淀池和曝氣池。該工藝本質(zhì)即為A2／O與SBR工藝串聯(lián)而成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水和出水。廢水從厭氧池進(jìn)入，再進(jìn)入曝氣池。有機(jī)物在曝氣池被微生物吸附降解，發(fā)生硝化反應(yīng)；SBR2是反應(yīng)延伸階段，視情況考慮是否繼續(xù)曝氣或反硝化。經(jīng)過脫氮處理后的廢水再進(jìn)入中間沉淀池，在該構(gòu)筑物內(nèi)，泥水通過靜置得到有效分離，上清液返回曝氣池，高濃度污泥回流至厭氧池。SBR2進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)，SBR1作為澄清池將曝氣池的混合液澄清后排出系統(tǒng)[7]。

5 影響因素

影響SBR工藝處理廢水的影響因素眾多，大致可分為兩大類：一是操作條件的影響，主要包括曝氣方式、溶解氧、溫度；二是基質(zhì)條件的影響，主要包括pH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及水中的其他物質(zhì)。在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)得出，SBR工藝運(yùn)行過程中漸減曝氣的方式更合理、更經(jīng)濟(jì)；保持出水水質(zhì)前提下，SBR法處理廢水溶解氧濃度在一定程度是可以減小的，從而減少能耗；SBR法可操作的溫度范圍很寬，相應(yīng)的適應(yīng)菌群有所不同；SBR法對(duì)pH、部分金屬離子以及硫酸根有很強(qiáng)的耐沖擊能力；SBR法處理廢水對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的需求，各種因素之間的相互作用等問題還有待進(jìn)一步研究[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)不少學(xué)者對(duì)SBR工藝進(jìn)行了大量的研究及應(yīng)用，同時(shí)被廣泛投入各種難降解有機(jī)廢水處理工程，并取得了較好的處理效果。但總體而言，SBR工藝仍處于發(fā)展階段，甚至不少研究還滯留在起步階段，還存在一些問題值得我們?nèi)ヌ接懞徒鉀Q。如改進(jìn)型的SBR反應(yīng)器反應(yīng)機(jī)理、動(dòng)力學(xué)等方面有待進(jìn)一步的探討和研究。此外，由于SBR屬于間歇運(yùn)行，對(duì)于工藝自動(dòng)化要求程度高，也增加了解決問題的難度。這些技術(shù)難點(diǎn)需要研究人員不斷摸索和改進(jìn)。

[1]趙麗珍，繆應(yīng)祺.SBR技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，5（3）：58～61.

[2]周 雹.SBR工藝的分類和特點(diǎn)[J].給水排水，2001，27（2）：31～33.

[3]舒曉春，陽(yáng) 光.SBR工藝在中藥生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2002，12（25）：19～22.

[4]楊朝暉.曾光明，高 峰，等.固液分離UASB－SBR工藝處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的試驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，29（6）：38～41.

[5]呂志偉，黃艷賓.SBR工藝處理造紙廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，3（1）：55～58.

[6]Goronszy M C，朱明權(quán)，Wutscher K.循環(huán)式活性污泥法在工業(yè)廢水中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，1996，12（6）：4～9.

[7]李春鞠，顧國(guó)維，楊海真.改善的MSBR系統(tǒng)脫氮效果的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水，2001，21（1）：34～38.

[8]桑以敏，尹 煒，何緒文.CASS工藝在處理低溫生活污水中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程，2002，20（2）：16～48.