SBR法的五大優(yōu)點(diǎn)

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簡(jiǎn)介： 七十年代初，由美國R.Irvine教授等發(fā)起間歇式活性污泥法的研究，直到八十年代以后才引起其它國家的重視，并陸續(xù)地得到開發(fā)應(yīng)用，我國則是近幾年的事。隨著研究的深入，間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應(yīng)器法(Sequencing Batoh Reactor)，我國常稱序列間歇式(序批式)活性污泥法，簡(jiǎn)稱SBR法。
關(guān)鍵字：SBR法 優(yōu)點(diǎn)

1 前言

　　七十年代初，由美國R.Irvine教授等發(fā)起間歇式活性污泥法的研究，直到八十年代以后才引起其它國家的重視，并陸續(xù)地得到開發(fā)應(yīng)用，我國則是近幾年的事。隨著研究的深入，間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應(yīng)器法(Sequencing Batoh Reactor)，我國常稱序列間歇式(序批式)活性污泥法，簡(jiǎn)稱SBR法。

　　SBR法的運(yùn)行工況是以間歇操作為主要特征。所謂序列間歇式有兩種含義:一是運(yùn)行操作在空間上是按序排列、間歇的，由于污水大都是連續(xù)排放且流量波動(dòng)很大，這時(shí)間歇反應(yīng)器(SBR)至少為兩個(gè)池或多個(gè)池(見圖 1)，污水連續(xù)按序列進(jìn)入每個(gè)反應(yīng)器，它們運(yùn)行時(shí)的相對(duì)關(guān)系是有次序的、也是間歇的；二是每個(gè)SBR 的運(yùn)行操作，在時(shí)間上也是按次序排列的、間歇的，一般可按運(yùn)行次序分為五個(gè)階段，即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置階段，稱為一個(gè)運(yùn)行周期(見圖2)。

　　在一個(gè)運(yùn)行周期中，各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水性質(zhì)、出水質(zhì)量與運(yùn)行功能要求等靈活掌握。比如在進(jìn)水階段，可按只進(jìn)水不曝氣(攪拌或不攪拌)的限制性曝氣運(yùn)行，也可按邊進(jìn)水邊曝氣的非限制性曝氣方式運(yùn)行；在反應(yīng)階段，可以始終曝氣，為了生物脫氮也可曝氣后攪拌，或者曝氣攪拌交替進(jìn)行；其剩余污泥量可以在閑置階段排放，也可在排水階段或反應(yīng)階段后期排放?？梢姡瑢?duì)于某一單-3BR 來說，不存在空間上控制的障礙，只在時(shí)間上進(jìn)行有效地控制與變換，即能達(dá)到多種功能的要求，非常靈活。

　　2 SBR法的五大優(yōu)點(diǎn)

　　2.1 工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省費(fèi)用

　　原則上SBR法的主體工藝設(shè)備，只有一個(gè)間歇反應(yīng)器(SBR)。它與普通活性污泥法工藝流程相比(如圖3)，不需要二次沉淀池、回流污泥及其設(shè)備，一般情況下不必設(shè)調(diào)節(jié)池，多數(shù)情況下可省去初次沉淀的。1985年Arora等人對(duì)加拿大、美國和澳大利亞等國的8個(gè)SBR法污水處理廠調(diào)查，其中只有一個(gè)處理廠設(shè)置調(diào)節(jié)池，另兩個(gè)處理廠設(shè)初次沉淀池?？v觀污水人工生物處理各種工藝方法，象SBR法這樣簡(jiǎn)易的工藝絕無僅有。ketchum等人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:采用SBR法處理小城鎮(zhèn)污水，要比用普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%多。此外，采用如此簡(jiǎn)潔的SBR法工藝的污水處理系統(tǒng)還有布置緊湊、節(jié)省占地面積的優(yōu)點(diǎn)。

　　2.2 理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大效率高

　　這是SBR法最大的優(yōu)點(diǎn)之一。SBR法反應(yīng)器中的底物和微生物濃度是變化的，而且不連續(xù)，因此，它的運(yùn)行是典型的非穩(wěn)定狀態(tài)。而在其連續(xù)曝氣的反應(yīng)階段，也屬非穩(wěn)定狀態(tài)，但其底物(與有機(jī)物或BOD等價(jià))和微生物(MLSS 表示)濃度的變化是連續(xù)的。這期間，雖然反應(yīng)器內(nèi)的混合液呈完全混合狀態(tài)，但是其底物與微生物濃度的變化在時(shí)間上是一個(gè)推流(plug flow)過程，并且呈現(xiàn)出理想的推流狀態(tài)。

　　在連續(xù)流反應(yīng)器中，有完全混合式與推流式兩種極端的流態(tài)。在連續(xù)流完全混合式曝氣池中的底物濃度等于出水底物濃度，底物流入曝氣池的速度即為底物降解速率。根據(jù)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，由于曝氣池中的底物濃度很低，其生化反應(yīng)推動(dòng)力也很小，反應(yīng)速率與去除有機(jī)物效率都低。在理想的推流式曝氣池中，污水與回流污泥形成的混合液從池首端進(jìn)入，呈推流狀態(tài)沿曝氣池流動(dòng)，至池末端流出，此間在曝氣池的各斷面上只有橫向混合，不存在縱向的“返混”。作為生化反應(yīng)推動(dòng)力的底物濃度，從進(jìn)水的最高逐慚降解至出水時(shí)的最低濃度，整個(gè)反應(yīng)過程底物濃度沒被稀釋，盡可能地保持了最大的推動(dòng)力。

　　完全混合式曝氣池所需要的水力停留時(shí)間Tc 或有效容積Vc -般要比間歇反應(yīng)器相應(yīng)的Tc 和Vc 大3倍。Ngωωn-Jern指出:如果為了去除生活污水中的有機(jī)物，用3BR法曝氣15min就夠了。筆者用SBR法處理啤酒廢水的試驗(yàn)，經(jīng)2h的曝氣便將反應(yīng)器中的COD2000mg/L降到150mg/L左右。

　　2.3 運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好

　　SBR法為了不同的凈化目的，可以通過不同的控制手段，靈活地運(yùn)行。由于在時(shí)間上的靈活控制，為其實(shí)現(xiàn)脫氮除磷提供了極有利的條件。它不僅很容易實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧與厭氧狀態(tài)交替的環(huán)境條件，而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、反應(yīng)時(shí)間與污泥齡，來強(qiáng)化硝化反應(yīng)與脫磷菌過量攝取磷過程的順利完成；也可以在缺氧條件下方便地投加原污水(或甲醇等)或提高污泥濃度等方式，提供有機(jī)碳源作為電子供體使反硝化過程更快地完成；還可以在進(jìn)水階段通過攪拌維持厭氧狀態(tài)，促進(jìn)脫磷菌充分地釋放磷。

　　應(yīng)指出，上述復(fù)雜的脫氮除磷過程只有在A-A/O工藝中才能完成，而SBR法的單一反應(yīng)器一個(gè)運(yùn)行周期即可完成。具體操作過程、運(yùn)行狀態(tài)與功能如下；進(jìn)水階段，攪拌(厭氧狀態(tài)釋放磷)→反應(yīng)階段，曝氣(好氧狀態(tài)降解有機(jī)物、硝化與攝取磷)、排泥(除磷)、攪拌與投加少量有機(jī)碳源(缺氧狀態(tài)反硝化脫氮)、再曝氣(好氧狀態(tài)去除剩余的有機(jī)物)→排水階段→閑置階段，然后進(jìn)水再進(jìn)入另一個(gè)運(yùn)行周期。并曾做過進(jìn)水與反應(yīng)階段用曝氣與攪拌交替進(jìn)行的運(yùn)行方式脫氮的試驗(yàn)研究，其脫氮效率更高。

　　筆者認(rèn)為，如果原污水中的P:BOD值太高，用普通厭氧/好氧法難于提高除磷率時(shí)，可以根據(jù)Phostrip法除磷的原理在SBR法中實(shí)現(xiàn)，只增加一個(gè)混凝沉淀池即可?？梢?，SBR法很容易滿足脫氮除磷的工藝要求，在時(shí)間上控制的靈活性又能大大提高脫氮除磷的效果。

　　2.4 防止污泥膨脹的最好工藝

　　污泥膨脹多為絲狀性膨脹，在活性污泥法中間歇式最不易發(fā)生膨脹，完全混合式最容易引起膨脹。按照發(fā)生膨脹難易程度的排列順序是:間歇式、傳統(tǒng)推流式、階段曝氣式和完全混合式，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其降解有機(jī)物(對(duì)易降解污水)速率或效率的高低，也遵循這個(gè)排列順序。SBR 法能有效地控制絲狀菌的過量繁殖，可從四個(gè)方面說明。

　　a. 底物濃度梯度大(也是F/M梯度)，是控制膨脹的重要因素。完全混合式基本沒有梯度，非常易膨脹；推流式曝氣池的梯度較大，不易膨脹；而SBR法反應(yīng)階段在時(shí)間上的理想推流狀態(tài)，使F/M梯度也達(dá)到理想的最大，因此，它比普通推流式還不易膨脹。研究進(jìn)一步證實(shí)，縮短SBR法的進(jìn)水時(shí)間，反應(yīng)前底物濃度更高，其后的梯度更大，SVI值更低，更不易膨脹。

　　b. 缺氧好氧狀態(tài)并存。絕大多數(shù)絲狀菌，如球衣菌屬等都是專性好氧菌，而活性污泥中的細(xì)菌有半數(shù)以上是兼性菌。與普通活性污泥法不同的是，SBR法中進(jìn)水與反應(yīng)階段的缺氧(或厭氧)與好氧狀態(tài)的交替，能抑制專性好氧絲狀菌的過量繁殖，而對(duì)多數(shù)微生物不會(huì)產(chǎn)生不利影響。正因?yàn)槿绱?，SBR法中限制曝氣比非限制曝氣更不易膨脹。

　　c. 反應(yīng)器中底物濃度較大。絲狀菌比絮凝菌膠團(tuán)的比表面積大，攝取低濃度底物的能力強(qiáng)，所以在低底物濃度的環(huán)境中(如完全混合式曝氣池)往往占優(yōu)勢(shì)。在SBR 法的整個(gè)反應(yīng)階段，不僅底物濃度較高、梯度也大，只有在反應(yīng)進(jìn)入沉淀階段前夕，其底物濃度才與完全混合式曝氣池的相同。因此，所以說SBR法沒有利于絲狀菌競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境。

　　d. 泥齡短、比增長速率大。一般絲狀菌的比增長速率比其它細(xì)菌小，在穩(wěn)定狀態(tài)下，污泥齡的倒數(shù)數(shù)值等于污泥比增長速率，故污泥齡長的完全混合法易于繁殖絲狀菌。由于SBR法具有理想推流狀態(tài)與快速降解有機(jī)物的特點(diǎn)，使它在污泥齡短的條件下就能滿足出水質(zhì)量要求，而污泥齡短又使剩余污泥的排放速率大于絲狀菌的增長速率，絲狀菌無法大量繁殖。

　　2.5 耐沖擊負(fù)荷、處理能力強(qiáng)

　　完全混合式曝氣池比推流式曝氣池的耐沖擊負(fù)荷以及處理有毒或高濃度有機(jī)廢水的能力強(qiáng)。SBR法雖然對(duì)于時(shí)間來說是一個(gè)理想的推流過程，但是就反應(yīng)器本身的混合狀態(tài)仍屬典型的完全混合式，因此具有耐沖擊負(fù)荷和反應(yīng)推動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)。而且由于SBR法在沉淀階段屬于靜止沉淀，加之污泥沉降性能好與不需要污泥回流，進(jìn)而使反應(yīng)器中維持較高的MLSS 濃度。在同樣條件下，較高的MLSS濃度能降低F/M值，顯然具有更強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷和處理有毒或高濃度有機(jī)廢水的能力。若采用邊進(jìn)水、邊曝氣的非限制曝氣運(yùn)行方式，更能大幅度增加5BR法承受廢水的毒性和高有機(jī)物濃度。國外此類實(shí)例很多，也是研究與開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。

(參考文獻(xiàn)略)

本文為國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。