SBR法应用发展

壹事精致 2010-11-11

展开全文

SBR法应用发展

李贵森杨玉杰姚曙光邵利芬

（华侨大学材料科学与工程学院，泉州 362011）

摘要：SBR由于其工艺简单、运行灵活、基建投资低，已成为国内外广泛应用的一种污水生物处理工艺。近年来，在SBR的基础上，又发展了一些SBR的变型工艺。本文阐述了SBR的工艺原理及特点，并介绍了ICEAS、CASS、DAT-IAT、UNITANK、MSBR等变型工艺。

关键词：SBR 工艺原理及特点 ICEAS CASS DAT-IAT UNITANK MSBR

Application And Development of SBR

Gui-sen Li, Yu-jie Yang, Shu-guang Yao, Li-fen Shao

(College of Materials Science and Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362011,China)

Abstract:Owing to its simplicity、its operating flexibility and low capital expenditure,SBR is used widely in the whole world.Based on SBR,some modified processes are developed in recent years.The principle and characteristic of SBR are introduced in this paper.The main modified processes such as ICEAS、CASS、DAT-IAT、UNITANK、MSBR and the other new modified processes are summarized.

Key Words:SBR principle and characteristic of process ICEAS CASS DAT-IAT UNITANK MSBR

SBR(Sequencing Batch Reactor)，是美国Irvine教授在20世纪70年代开发的，是一种集调节池、初沉池、曝气池、二沉池为一池，连续进水、间歇排水，工艺流程简单，布局紧凑合理的好氧微生物污水处理技术。SBR能有效地去处废水中的有机物及其氮磷元素，适用于市政污水和中低浓度的工业废水处理⁽¹⁾。目前，SBR已在国内外广泛应用，主要应用城市污水及其味精、啤酒、制药、焦化、餐饮、造纸、印染、洗涤、屠宰等工业废水的处理⁽²⁾。

1.SBR工艺原理

SBR的污水处理机理与活性污泥法相同。SBR是在单一的反应器内，按时间顺序进行进水、反应（曝气）、沉淀、排水、待机（闲置）（如图1）五个阶段的操作，从进水到待机为一个周期。这种周期周而复始，完成序批式处理⁽³⁾。

第1阶段－进水期(Fill)：污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团(由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成)将对废水中的有机物产生吸附作用，COD_cr和BOD₅为最大值⁽⁵⁾。

第2阶段－反应（曝气）期(React)：进水达到设定的液位后，开始曝气，采用推流曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气，水中的溶解氧(DO)达到最大值，COD_cr不断降低⁽⁵⁾。如果要求去处BOD₅、硝化和磷的吸收则需要曝气，如果要求反硝化则应停止曝气而进行缓速搅拌⁽³⁾。

第3阶段－静置期(Settle)：既不曝气也不搅拌，反应池处于静沉状态，进行高效的泥水分离.COD降为最小值，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行⁽⁵⁾。

第4阶段－排水期(Decant)：排除曝气池沉淀后的上清液，留下活性污泥，作为下一个周期的菌种⁽³⁾。

第5阶段－闲置期(工dle)：活性污泥中微生物充分休息恢复活性，为了保证污泥的活性，防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖⁽⁵⁾。

2.SBR工艺特点

（1）SBR进水工序均化了污水逐时变化的水质水量，一般不需设调节池，也可省去初沉池、二沉池和污泥回流系统，处理构筑物少，构筑物间的连接管道简洁，基建费、运行费用低，且维护管理方便，可降低工程投资20～30％⁽³^、⁶⁾。

（2）SBR从时间上来说是一个理想的推流式过程，可使生化反应推动力和去除污染物的效率同时达到最大，但是就反应器本身的混合状态仍属于完全混合式，因此具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点⁽³^、⁶⁾。

（3）由于SBR具有底物浓度梯度大（即F/M大）、缺氧好氧状态并存、污泥的SVI值较低、污泥龄大且比增长速率大等特点，SBR可以有效地抑制污泥膨胀⁽³^、⁶⁾。

（4）SBR可以实现厌氧、好氧和缺氧状态的交替运行，可以通过增大曝气量、水力停留时间以及污泥龄来强化硝化和聚磷菌摄磷过程，也可以在缺氧条件下投加原污水提供有机碳源或者提高污泥浓度来促进反硝化过程，还可以在进水阶段进行搅拌维持厌氧状态，促进聚磷菌充分释磷⁽⁶⁾。

（5）SBR在沉淀阶段无进水，是在静止或接近静止的状态下进行的，因此出水水质良好。

（6）SBR的运行操作、参数控制可以实施自动化管理控制⁽³⁾。

尽管SBR有众多的优点，但自身也存在一些缺点：（1）连续进水时，对单一SBR反应器来说需要较大的调节池；（2）对于多个SBR反应器，进水和排水阀门切换频繁，容易造成阀门磨损，对自动化要求较高；（3）适用于中小型污水处理项目，无法达到大型污水处理项目连续进水、连续排水的要求；（4）设备的闲置率较高；（5）污水提升水头损失较大⁽⁷⁾。因此，为了满足实际需要，近年来，针对存在的问题，进行了SBR基础理论、实践应用及工程设计方面的研究，衍生了众多的改进型技术⁽⁴⁾。

3.各种改进型SBR技术

近年来，SBR技术发展较快，衍生了众多改进型技术。目前，SBR改进型技术主要有：ICEAS、CAST/CASS/CASP、DAT－IAT、UNITANK、MSBR等⁽⁴⁾，本文拟对这些主要变型工艺进行阐述。

3.1 ICEAS－间歇式循环延时曝气活性污泥

ICEAS于20世纪80年代在澳大利亚兴起，其最大的特点是在反应器进水端设置了一个预反应区，运行方式为连续进水、间歇排水，无明显的反应和闲置阶段⁽⁷⁾。ICEAS预反应区一般出于缺氧状态，主反应区是好氧反应场所，体积约占总体积的85∽90%。运行时，污水连续进入预反应区，并通过隔墙下端的小孔以层流速度进入主反应区，沿主反应区池底扩散，主反应区同时曝气、沉淀、排水⁽⁸⁾，其工艺原理如图2所示。

ICEAS在沉淀阶段仍然进水，会在主反应区底部造成一定的水力紊动，从而影响泥水分离时间及出水水质，因此其进水量受到一定限制。但ICEAS设施简单，管理方便，比经典SBR费用更省，在国内外已得到广泛应用⁽⁴^、⁷⁾。

3.2 CAST/CASS/CASP－循环式活性污泥系统

CASS是1969年美国M.C.Goronszy教授成功开发的，是将可变容积活性污泥法和生物选择器原理有机地结合起来，具有同步脱氮除磷效果，以序批曝气－非曝气方式运行的充－放式间歇活性污泥处理工艺⁽⁹⁾。

CASS是将SBR反应池沿池长方向分为生物选择器、预反应区（缺氧区）和主反应区（好氧区）⁽¹⁰⁾，各区容积比一般为1：5：30⁽⁴⁾。生物选择器设置在CASS前端，容积约占总容积的10％，通常在厌氧或兼氧条件下运行。生物选择器对进水水质水量具有较好的缓冲作用，通过与回流污泥及进水混合，可以加速对溶解性有机物的去除及难降解有机物的水解，同时可促进磷的释放和反硝化作用，进而改善污泥沉降性能，可有效抑制污泥膨胀。预反应区（缺氧区）可以进一步促进释磷以及反硝化作用，还可以辅助生物选择器对水质水量起调节作用。主反应区（好氧区）是去除有机物的主要场所，运行时，通常将主反应区的曝气强度加以控制，使反应区内主体溶液处于好氧状态，完成有机物的降解，而活性污泥内部则基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制，而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，从而使主反应区中同时发生有机物的降解以及同步硝化和反硝化作用⁽¹⁰⁾。运行时，按进水－曝气、曝气、沉淀、滗水、进水－闲置完成一个周期⁽¹¹⁾，其工艺原理如图3所示。

CASS工艺简单、投资省、维护方便，对水质水量适应性强，具有良好的脱氮除磷效果，其脱氮除磷效果是目前已知的SBR变型工艺中最好的，是实践证明的较为先进的污水生物处理工艺。

3.3 DAT-IAT-需氧池和间歇曝气池系统

DAT-IAT一般是由一个需氧池DAT和一个间歇曝气池IAT组成。一般情况下，DAT池连续进水(需氧池)、曝气(也可间歇曝气)，IAT池也是连续进水但间歇曝气，在IAT池完成曝气、沉淀、排水和排除剩余污泥。DAT池相当于一个传统活性污泥曝气池，池中水呈完全混合状态；IAT池相当于一个传统的SBR池，但进水为连续。因此，DAT－IAT介于传统活性污泥和SBR之间，其运行过程与SBR相同，由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段组成，其工艺原理如图4所示，但其容积利用率是已知SBR变型工艺中最高的，可达66.7%⁽⁶^。¹²⁾。

3.4 UNITANK-一体化活性污泥系统

UNITANK是由比利时史格斯清水公司（SEGHERS）开发的，具有SBR和三沟式氧化沟技术的特点，由3个矩形池组成，3个池通过彼此间隔墙上的开口实现水力相通，每个单元都配有曝气系统，可以表面曝气或鼓风曝气，中间池始终作曝气池，两个边池既可作曝气池也可作沉淀池，设有溢流堰，用于排水和排放剩余污泥。污水可以交替进入任一池，可以实现连续进水连续排水⁽¹³⁾。

UNITANK运行周期包括两个主体运行阶段和两个较短的过渡阶段，两个主体运行阶段运行过程完全相同，运行方向相反，如图5所示。第一个主体运行阶段包括以下过程: ①污水进入左侧池内,因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池时积累了大量经过再生、具有较高吸附及活性的污泥,且污泥浓度较高,可以高效降解污水中的有机物; ②混合液同时自左向右通过始终作曝气池的中间池,继续曝气,有机物得到进一步降解,同时在推流过程中,左侧池内活性污泥进入中间池,再进入右侧池,使污泥在各池内重新分配; ③混合液进入作为沉淀池的右侧池,处理后出水通过溢流堰排放,也可在此排放剩余污泥。第一个主体运行阶段结束后,通过一个短暂的过渡段,即进入第二个主体运行阶段。第二个主体运行阶段过程污水流向相反,操作过程相同。此外，通过对系统时间和空间的控制，适当增加水力停留时间，可以形成厌氧、缺氧和好氧条件，实现脱氮除磷⁽¹⁴⁾。

图5:UNITANK工艺流程图

UNITANK最大优势在于省去了污泥回流，3个池共用池壁，布置紧凑，且占地面积较小,基建投资省，故自问世以来已在世界范围内得到广泛应用⁽¹⁵⁾。

3.5 MSBR一改良式间歇活性污泥法

MSBR是20 世纪 80年代初，美国Yang等结合传统连续活性污泥处理和SBR技术，研究开发出一种污水生物处理工艺。该工艺经过不断改进和发展，现已成为第3代MSBR技术，其工艺与配套设备的专利技术属于美国Aqua AerobicIn公司所有⁽¹⁶⁾。

MSBR实质上由前端A²/O与后端SBR串联而成的单池多格一体化工艺，巧妙地将连续流的空间控制(A²／O)与间歇式的时间控制(SBR)有效地结合于一体，混合流与推流相结合，系统前端采用空间控制来保证系统的高反应速率，后端采用时间控制以有效地保证出水质量⁽¹⁷⁾，是一种集约化程度较高的一体化SBR变型工艺⁴。MSBR系统通常由7个单元组成，分别为厌氧池、缺氧池、好氧池、2个序批池、泥水分离池和污泥缺氧池⁽¹⁶⁾，污水先进人厌氧池后，经缺氧进人主曝气池，好氧处理后的污水由内循环回流泵分别泵人左右二两侧的序批分池中，两池的功能相同，周期处于好氧一缺氧一厌氧的循环，剩余污泥分别经泥水分离池和前端缺氧池，由污泥泵排出反应器，回流污泥则进人厌氧池，经泥水分离池澄清后的尾水则排出反应池⁽¹⁸⁾，其工艺流程如图6所示。MSBR从连续运行单元进水，而不是从SBR单元进水，提高了反应器利用率，同时有效地抵抗冲击负荷；活性污泥微生物置于交替厌氧、缺氧、好氧的环境中，同时完成脱氮除磷和有机物降解的目的；采用空气堰控制出水，有效地控制出水悬浮物，从而达到高效稳定地运行⁽⁶^。¹⁷⁾。