序批式生物膜（SBBR）法和SBR法的對比研究

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簡介：本文主要研究介紹的是固定填料式SBBR藝在不同試驗(yàn)運(yùn)行條件下對生活污水中有機(jī)物、氨氮及濁度的去除情況。
關(guān)鍵字：序批式生物膜 SBBR法 SBR法 對比研究

　序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Batch Biofilm　Reactor，簡稱SBBR）最早是由Wilderer 提出的^[1]。1992年，Wilderer為解決進(jìn)水水力負(fù)荷波動過大及防止生長速率小的微生物從反 應(yīng)器系統(tǒng)中淘洗出去等問題，同時(shí)針對傳統(tǒng)活性污泥法不能處理某些工業(yè)廢水的現(xiàn)狀，首次提出了生物膜 反應(yīng)器的序批式運(yùn)行模式，即SBBR藝；隨后許多學(xué)者就SBBR抗沖擊負(fù)荷、脫氮除磷等方面進(jìn)行了大量的試 驗(yàn)研究^[2]。國內(nèi)對SBBR系統(tǒng)的研究非常少，只有原哈爾濱建筑大學(xué)的李軍在1994年從事過用 序批式生物膜法處理雜排水工藝的試驗(yàn)嘗試^[3]。

　　將SBR的序批式運(yùn)行模式引入生物膜系統(tǒng)，使其兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高 系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力^[1]。同時(shí)生物膜在加大反應(yīng)器內(nèi)生物量和生物種類方面有更優(yōu)的條件 ，并能保證世代較長的微生物（如硝化菌）生存，利于硝化反應(yīng)；另一方面生物膜載體從表面到內(nèi)部存在 溶解氧濃度的梯度現(xiàn)象，相應(yīng)有好氧、缺氧和兼氧區(qū)狀態(tài)，這又為直接脫氮提供了良好的環(huán)境。

　　本文主要研究介紹的是固定填料式SBBR藝在不同試驗(yàn)運(yùn)行條件下對生活污水中有機(jī)物、氨氮及濁 度的去除情況。

　　1 試驗(yàn)材料與方法

　　圖1為SBR小試裝置和SBBR的小試裝置簡圖。有機(jī)玻璃制成的反應(yīng)器高36cm，內(nèi)徑10cm，總有 效容積1.80L，采用微孔鼓風(fēng)曝氣。SB－BR裝置較SBR裝置的不同之處是加入了彈性立體填料，并直接從填 料底部曝氣，從而在填料上產(chǎn)生上向流。SBBR運(yùn)行過程與傳統(tǒng)SBR工藝基本一致即依次經(jīng)過進(jìn)水、反應(yīng)、 沉淀、出水這4個(gè)步驟。

　　本試驗(yàn)以生活污水加適量自來水稀釋配制原水，水溫控制在18－20℃，污水取自化糞池。試驗(yàn) 進(jìn)水ρ（CODcr）為200－1400mg／L，ρ（氨氮）為30－100mg／L，濁度為100－400NTU。本試驗(yàn)中SBBR法 的運(yùn)行方式為：瞬時(shí)進(jìn)水，曝氣；待反應(yīng)到設(shè)計(jì)終點(diǎn)時(shí)，沉淀10min，在上端出水口取足量混合液；混合 液沉淀1.0h后取其上清液作為出水水樣。

　　本試驗(yàn)在反應(yīng)過程中控制反應(yīng)器溫度并保證微生物處于最佳活性狀態(tài)。同時(shí)用溶氧儀測量溶解氧 ，驗(yàn)證反應(yīng)器是否處于良好的好氧狀態(tài)。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　控制不同進(jìn)水水質(zhì)、不同反應(yīng)時(shí)間、不同曝氣量等運(yùn)行條件，采用SBBR和SBR藝處理生活污水 進(jìn)行了一系列平行試驗(yàn)。其中在曝氣量分別為0.02m³／h，0.06m³／h，反應(yīng)時(shí)間 在2.5h，4h，6h，10h這4種運(yùn)行條件分別進(jìn)行了4組不同進(jìn)水水質(zhì)的試驗(yàn)。由于進(jìn)水直接采用的是化糞池 中的污水，水質(zhì)變化較大，與配制的水相比，較難控制，但從整體看對試驗(yàn)影響不大。

　　2.1 SBBR對CODcr的去除結(jié)果與分析

　　控制曝氣量為0.02m³／h，SBR活性污泥（MLSS）的質(zhì)量濃度為3000mg／L左右。 SBBR活性污泥的質(zhì)量濃度（懸浮部分）為1000mg／L左右，改變曝氣時(shí)間，兩反應(yīng)器對CODcr的去除情況見 圖2、圖3和圖4。

　　從圖4中可見，SBBR對CODcr平均去除率大于79％，在反應(yīng)時(shí)間為10h時(shí)，去除率達(dá)到93.1％；而 SBR的最大去除率為83.57％，出現(xiàn)在曝氣時(shí)間6h時(shí)，當(dāng)曝氣時(shí)間延長至10h時(shí)，去除率降低為75.25％。分 析其原因可能是曝氣時(shí)間過長而導(dǎo)致污泥絮體細(xì)微化，引起出水水質(zhì)變差CODcr值升高。

　　SBBR系統(tǒng)中存在固定相污泥和懸浮相污泥，它們對系統(tǒng)內(nèi)的有機(jī)物降解都起作用。特別是由于 大部分活性污泥以生物膜附著在填料表面，更加分散，從而擴(kuò)大了微生物與廢水中有機(jī)物質(zhì)的接觸面，使 有機(jī)質(zhì)更易被吸附降解。在填料間空隙中，還有懸浮生長的微生物，所以微生物濃度高于SBR，有利于有 機(jī)質(zhì)降解。另一方面也說明加人生物膜，要達(dá)到同樣的出水標(biāo)準(zhǔn)，SBBR的曝氣時(shí)間比傳統(tǒng)SBR短。SBBR在 進(jìn)水CODcr的質(zhì)量濃度為200－1150mg／L時(shí)，出水基本小于100mg／L，且出水水質(zhì)較穩(wěn)定。

　　2.2 SBBR對NH3－N的去除結(jié)果與分析

　　從圖5、圖6及圖7看出SBBR對NH₃－N的去除率高。由于生物膜附著填料表面，其生物 固體平均停留時(shí)間（即污泥齡）較長，因此在生物膜上能夠生長世代時(shí)間較長、增殖速率慢的微生物，如 硝化菌。同時(shí)SBBR較SBR具有較高的氧利用率。

　　SBBR系統(tǒng)中，由于空氣泡在填料中曲折穿過，產(chǎn)生氣泡切割，縮小了氣泡體積，增加了停留時(shí)間 ，從而提高了氧從氣相向液相的轉(zhuǎn)移效率^[4]。從圖5中可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間10h時(shí)，SBBR對 NH₃－N平均去除率已達(dá)到86.31％，出水的NH₃－N質(zhì)量濃度均小于10mg/L，已達(dá) 到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.3 SBBR抗低溫能力

　　控制溫度為10℃，曝氣量0.06m³外，反應(yīng)時(shí)間4h時(shí)，研究系統(tǒng)對污染物質(zhì)的去除率 ，運(yùn)行情況見表1。

表1  SBBR，SBR抗低溫能力對比

分析水樣SBBR系統(tǒng)SBR系統(tǒng)ρ（CODcr）/（mg.L^-1)ρ(NH₃-N)/(mg.L^-1)濁度/NTUρ（CODcr）/（mg.L^-1)ρ(NH₃-N)/(mg.L^-1)濁度/NTU進(jìn)水72290.8835054047.65375出水2034.793013245.4455去除率/%97.2361.7291.4375.564.6485.33

　　顯然，在低溫狀態(tài)下，兩種系統(tǒng)對CODcr仍保持較好的去除效果，單從SBBR和SBR出水來看，去 除率分別為97.23％和75.56％，說明SBBR系統(tǒng)抗低溫能力高于SBR系統(tǒng)。在該低溫狀態(tài)下，兩系統(tǒng)去除氨 氮的能力和在適溫條件的運(yùn)行結(jié)果相比都有所下降。因?yàn)榇蟛糠窒趸?xì)菌合適的生長溫度在25－30℃之間 ，低于25℃或高于30℃生長緩慢^[5]。但SBBR對氨氮去除率仍達(dá)到61.72％；相反，SBR在該狀 態(tài)下去除率為4.64％，反差較大。

　　3 結(jié)論

　?、賁BBR是有效的生物處理新技術(shù)，在反應(yīng)器中活性污泥大部分以生物膜形式附著在載體表面， 在填料空隙懸浮生長的污泥量少，總的微生物濃度高于SBR法，故對有機(jī)物的去除效果優(yōu)于SBR。

　　②生物膜附著在填料表面，其泥齡較長，與污水停留時(shí)間無關(guān)，因而即使硝化菌世代時(shí)間長，生 長速度慢，也可以在生物膜法反應(yīng)器中大量繁殖。故SBBR與傳統(tǒng)SBR相比，去除NH₃－N能力有 所增加。

　　③SBBR系統(tǒng)內(nèi)存在著復(fù)雜的生物相，即存在大量細(xì)菌。原生動物和后生動物，形成了較為穩(wěn)定的 生態(tài)系統(tǒng)，因此使SBBR具有更強(qiáng)的抗低溫能力。

　　④在滿足相同的去除率要求下，采用SBBR工藝可縮短反應(yīng)時(shí)間，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] Robert L Irvine，Peter A Wilderer, Hans-Curt Flemming.Con trolled unsteady state Processes and technologies and technologies－an overview[J].Wat Sci Tech，1997， 35(1）：1－10

　　[2] Peter A Wilderer.Thchnology of membrane bilfilm reactors operat edunder periodically changing process condition[J]. Wat Sci Tech，1995，31（1）：173-183

　　[3] 李軍，趙紅靜，王寶貞，等.序批式生物膜法處理雜排水工藝探討[J] 城市環(huán)境與城市生態(tài) ，1994，7（4）：1--7.

　　[4] 徐亞同.生物膜系統(tǒng)的微生物特征和運(yùn)行管理[J].上海環(huán)境科學(xué)，1997，16（3）：20－ 23

　　[5] 馬雁林 焦化廢水生物脫氮處理開工調(diào)試[J] 給水排水，2000，26（12）：50－53

　　作者簡介：王亞宜（1977－），女，浙江上虞人，在讀博土，研究污水生物處理的自 動控制，哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)2307＃，yayiwang＠163.com