间歇式活性污泥法

间歇式活性污泥法(SBR)1914年由英国学者Ardern提出，因自动化水平低，进、出水阀门频繁开关给操作带来了诸多不便，难以应用到生产中。随着自动化水平的提高及计算机的发展，SBR才有了应用的条件。

将传统的生物反应池与沉淀池合为一体，在同一池内分别完成进水、反应、沉淀、出水、闲置等过程，不需设置污泥回流系统，往往设几个池进行轮换并自动控制，通过自动切换进水阀门、控制撇水器的工作，实现各个阶段的连续进行。根据不同的水质条件、使用场合、出水要求，产生了许多不同的新的变型。间歇式循环延时曝气活性污泥系统(intermit- tent cyclic extended aeration system,ICEAS)是20世纪80年代在澳大利亚发展起来的，与SBR相比，增加了预反应区，连续进水间歇排水，但由于沉淀期进水会影响到出水水质，使进水量受到了限制;DAT-IAT(demand aeration tank-intermitten aeration tank)工艺克服ICEAS的缺点将预反应区改为SBR反应池IAT分立的预曝气DAT，DAT连续进水连续曝气，主体间歇反应器IAT在沉淀时不受进水的影响，增加了从IAT到DAT的回流，但不适用于处理难降解的有机物废水;CASS(cyclic activated sludge system)改进上述缺点，将ICEAS的预反应区设计成合理的生物选择器，主反应区的部分污泥回流到选择器，沉淀时不进水，具有良好的脱氮除磷效果;IDEA(intermittent decanted extended aeration)是 CASS的发展，将生物选择器设计成与SBR主构筑物分立的预混合池。UNITANK工艺集中了SBR和三沟氧化沟的特点，连续进水连续排水，污泥自动回流，比CASS又省去了回流设各。但 UNITANK污泥浓过低，一旦阀门失控则无法工作。随着水处理技术的发展，又出现了新的SBR系统，即MSBR(modified sequeng cing batch reactor)，它是将A2/0与SBR串联起来的，采用单池多格的工作方式，省去了仪表，增加了污泥回流系统，保证了污泥的浓度，可很好地脱氮除磷。

一、工艺流程

SBR反应器经历了进水、反应、沉淀、出水、闲置5个阶段。每个阶段以间歇式为主要特征，生产应用时SBR反应器至少2个以上，污水连续要按序列进入每一个反应器，在运行时相对顺序是有序的，也是间歇的。一个反应器经过了 5个阶段后称为一个周期，单个SBR反应器是间歇进水间歇出水，多个SBR反应器并联工作时可以做到连续排水，适合于小水量的情况。

在进水期(充水期)，池内有高浓度的活性污派尼，SBR池相当于变容反应器，混合液基质浓度在存留污泥的上清液基质浓度的基础上逐渐增大。至充水期结束，曝气池充满，基质浓度达到最大。其中完成的生化反应，具有吸附、 吸收、氧化作用。在进水过程中，基质投加速度大于吸附、吸收、分解的速度，造成污染物在池内积累，尤其是毒物的存在，这对微生物有一定的影响。对反应器曝气、搅拌或静置， 可采用非限制曝气(边曝气边充水)、限制曝气(充水后再曝气)、半限制曝气(充水后期曝气)的方法，来控制充水时间而保证工艺要求，同时获得较高的反应速度。非限制性曝气则使污染物逐步得到吸附、吸收、分解， 是降低基质积累的有效方法。限制性曝气可最大限度地提高混合液中的基质浓度，使反应过程有较大的浓度梯度。

反应期间，通过搅拌和曝气达到处理的目的，微生物周期性地处于高浓度、低浓度基质的环境，相应地创造厌氧、缺氧、好氧的交替过程。具有良好的去除有机物、脱氮、除磷的性能，微生物经历了对数生长期、减速生长期、内源呼吸期，降解速率也从零级向一级过渡，其反应时间也是重要的控制参数。SBR工艺是在运行周期内使水与气完全混合、运行周期间以序批式推流的理想的处理技术。

沉淀期内，污泥的沉降过程是在相对静止的条件下进行的，避免了连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流入沉淀池的过程，也避免了使部分开始絮凝的活性污泥重新破裂的现象。其受外界干扰小，沉降时间短、沉淀效率高，有效地防止了污泥膨胀。沉淀期一般为1~2h。

在排水排泥期，将处理水一直排放到最低水位，池底部沉降的活性污泥大部分作为下一周期回流污泥使用，过剩的污泥排出，一般情况下反应器中活性污泥的量占反应器的30%左右，同时还剩下一部分处理水能起到循环和稀释的作用。

闲置期的作用是通过搅拌、曝气、静置以恢复污泥的活性，起到一定的反硝化作用而进行脱氨。此时，单位质量的微生物具有很大的吸附表面积，进入下一个周期时，活性污泥发挥其吸附能力。闲置期所需要的时间取决于污水的处理负荷和处理效率。

二、工艺特点

1.运行方式灵活、适应性强根据进水的水质和水量调整反应时间，创造了脱氮除磷的极好条件。通过进水、搅拌(厌氧状态释放磷)、反应、曝气(好氧状态降解有机物、硝化、摄取磷)、排泥(除磷)、搅拌与投加少量碳源(缺氧状态反硝化脱氮)、再曝气(好氧状态去除剩余的有机物)、排水、闲置，实现好氧、缺氧、厌氧的交替环境条件，脱氮效果很好。SBR反应器运行的个数可适当地变化，以适用于水质水量变化大的污水。

2.工艺简单、造价低生物反应池、沉淀池集一体，无污泥回流装置，一般也不设调节池和初沉池，减少了占地面积和基建投资，比普通活性污泥法节省基建投资30%以上。

3.时间上具有理想的推流式反应器的特点它是非稳态过程，虽然反应器内混合液是完全混合状态，但基质与微生物浓度的变化在时间上是推流的，具备了两种流态的特点。

4.污泥沉降性好反应器中存在着较大的污泥梯度，好氧与缺氧、厌氧并存，泥龄短、比增长速度大，丝状菌无法繁殖，限制了污泥的膨胀，污泥沉降指数高。

三、SBR的改进型

1.ICEAS工艺

ICEAS工艺是间歇循环延时曝气活性污泥法。ICEAS工艺与SBR工艺相比是在进水端增加了预反应区且为连续进水(沉淀期和排水期仍保持进水)，间歇排水，没有明显的反应阶段和闲置阶段。

设置生物选择器的目的主要是使系统选择出适应废水中有机物降解、絮凝能力更强的微生物，生物选择器遵循活性污泥的基质积累-再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段，进行基质积累，在主反应区经历低负荷的的基质降解阶段，完成了基质降解的全过程。进水始终贯通于全过程的各个阶段，只是在沉淀定段，进水由于其在主反应区底部造成水力紊动、影响泥水分离时间而受到了限制。ICEAS工艺对预处理工艺要求不高，设格栅和沉砂池，预处理后的水连续进入反应池前部的预反友应区，此时，大部分的有机物被活性污泥吸附，从主、预反应区隔墙的底部以低速进入主反应区，按曝气→闲置→沉淀→滗水的程序进行，在好氧、厌氧过程中去碳脱氮。

2.DAT-IAT工艺

由两个串联的反应器构成，一般情况下DAT连续进水连续曝气，出水进IAT，在此完成曝气→沉淀→滗水→排剩余污泥的工序。

污水进入连续曝气的DAT，初步生化处理过的水经通过双层导流设施进入IAT，连续曝气起到了水力均衡作用，提高了工艺的稳定性;进水工序只发生在DAT，排水工序只发生在IAT，在反应工序的后期进行曝气以去除附着在污泥表面面上的氮气，并排出剩余污泥，在IAT中进行沉淀、排水，IAT底部的污泥一部分作为下一周期的回流污泥使用，一部分回流到DAT中，剩余一部分水起循环和稀释的作用。在闲置期可根据需要进行搅拌和曝气以保持污泥活性。这种工艺稳定性高，流程简单，有脱氮除磅的功能，节省了投资。一部分剩余污泥由IAT池流到DAT池，DAT池是一种更加灵活、完备的预反应区，从而使IAT池和DAT池能够保持较长的污泥泥龄和很高的MLSS浓度，对有机物有较强的抗冲击能力。

间歇曝气可以根据原水水质、水量的变化调整运行周期 使之处于最佳工况，也可以根据脱氮除磷要求，调整曝气时间，造成缺氧或厌氧环境:同时它又可以像普通活性污泥法一样连续进水、避免了控制进水的麻烦，提高了反应池的利用效率。显然，这是一种对原水水质水量的变化和不同处理要求都有很强适应性，而且运行操作又比较简便的工艺。

对于曝气池和二沉池合建的废水处理构筑物来说， 在保证沉淀分离效果的前提下尽可能提高曝气比，可以减小池容，降低基建投资。

3.CASS、CAST和CASP工艺

CASS(cyclic activated sludge system)、CAST cyclic activated sludge technology) CASP(cyclic activated sludge process)工艺均是循环式活性污泥法，是ICEAS工艺和SBR工艺的变型。

CASS由生物选择器和主反应区组成，也可在主反应区前设兼氧区，与SBR不同之处是有污泥回流。CAST生物选择器的设置和污泥回流保证了活性污泥不断地在选择区经历高负荷阶段，利于絮体的生长，提高污泥活性，快速降解有机物;同时沉淀阶段不进水，在静止状态下进行沉淀，有较好的分离效果。以序批曝气-非曝暴气方式运行的充放式间歇活性污泥处理方法，在一个反应池内完成有机物的降解和泥水分离。整个系统是推流式运行，而各反应区是完全混合式，实现同步炭化和硝化-反硝化功能。 在CAST系统中污水按一定的周期和阶段得到处理，每一循环由下列阶段组成并不断重复:充水/曝气、充水/沉淀、滗水、闲置。循环开始时，充水使池中水位上升，经过一定时间的曝气和混合后停止曝气，使活性污泥进行絮凝并在一个静止的环境中沉淀。完成沉淀后， 由滗水堰排出已处理过的上清液， 使水位下降到确定的最低水位，再重复上述过程。

生物选择器设在反应器的进水区，是容积较小的污泥、 污水接触区(容积占反应器总容积的10%)。通过主反应区污泥的回流并与进水混合，利用活性污泥的快速吸附而加速对溶解性有机物降解，对难降解有机物起到良好的水解作用，而且使污泥中的磷在厌氧条件下释放，有效地抑制了污泥膨胀，选择器可以恒定容积也可以变容积运行;兼氧区可对生物选择区的水质、水量变化起到缓冲作用，进一步促进磷的释放、 强化氮的反硝化。在主反应区以好氧状态运行，保证污泥的外部有良好的好氧环境进行硝化，活性污泥内部基本处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体的传递受到限制而硝态氮由污泥向主体溶液的传递不受限制，主反应区内同时发生有机物的降解和硝化与反硝化;污泥回流/剩余污泥排放系统设在池的末端，在潜水泵吸水口上设一根带有狭缝的短管，污泥通过潜水泵不断地从主曝气区送到选择器;其后部安装了自动滗水器，大水量时分4格，小水量时分2格，这样就分为生物驯化区、厌氧区、曝气区。进水和回流污泥在生物选择器混合接触 回流量为进水量的20%。此时，污泥中的磷在厌氧条件下释放，抑制丝状菌的繁殖，避免了污泥膨胀，强化除磷效果;回流污泥带回的少量硝酸盐氮也在选择器内得到反硝化。好氧区不仅辅助了厌氧或兼氧条件下运间歇运行和生物絮体外表和内层的硝化、反硝化，进行的氧化还原反应，促进了有效的沉淀。

该工艺简单，当水质水量变化大时，通过曝气时间来调节，有较强的适应能力。曝气和沉淀在同一池内周期性间歇运行，基质和生物体随时间的变化梯度大，从而加强了生化反应的推动力，提高了处理效率。同时抑制了污泥膨胀的发生，形成了沉降性能良好的活性污泥，污泥指数(SVI为70~100ml/g)。CASS工艺沉淀时不进水，属于静止沉淀，沉降性能好，且表面滗水，保障了排水的稳定性，出水水质好。它在操作循环的曝气阶段(同时进水)完成生物降解;在非曝气阶段完成泥水分离。

CASS的生物选择器、缺氧、好氧的容积比约为1:5：30，充水比(每一循环的进水量占整个池子的有效容积百分比)为30%，最大滗水速率为30mm/min，固液分离时间为1h，SVI为140ml/g，单循环时间通常为4h。

CASS工艺已广泛地应用到各种废水处理中，在其基础上，采用了连续进水、间歇曝气、周期排水的运行方式IDEA(间歇排水延时曝气)。剩余活性污泥回流到预混合池，采取反应器中部进水，预反应区的设置可使污 污泥回流水有较长的停留时间，保证高絮凝性细菌的 反应池滗水选择。

4.UNITANK工艺

20世纪90年代初，比利时的FGHKR5公司开发了一体化活性污泥法，又称交替生物池。该系统近似于三沟式氧化沟运行方式。

现在世界各地已有多个工程成功地应用了该项技技术，目前该系统已建有160多个工程实例。如:近几年，广东珠江啤酒厂采用了这种技术; 我国澳门地区于1996年11月建成运行的两座城市污水厂均采用该技术;在新加坡、马来西亚、越南等国家也都采用该技术建成了规模不等的工业废水或城市污水处理厂;还有一些国家或地区采用该技术的项目正在建设中。

典型的系统是矩形池被分割成三个相等的矩形，之间以开孔的公共墙隔开，水力贯通。并配有曝气设备，可采用鼓风曝气或采用表面曝气，外侧兼有曝气和沉淀的功能，设固定出水堰及剩余污泥排放口，中间池只做曝气池，通过进水阀门控制水流。进入系统的污水，通过进水闸控制可分时序分别进入3个矩形池。

在一个周期内，原污水连续不断地进人反应器，通过时间和空间的控制，形成好氧、厌氧或缺氧的状态。系统除保持原有经典SBR的优点以外，还具有出水水质好，池子构造简单，出水稳定不需沉淀、污泥回流等特点，并通过进水点的变化达到去除有机物和脱氮除磷等目的。

在第一个主体，原水从左侧进人，微生物浓度较高，在曝气的同时去除有机物;混合液自左向右通过中间的曝气池，继续曝气完成有机物的降解，在推流的作用下污泥随混合液也人中间池再进入右侧池;在右侧池污泥浓度得到了重新分配，泥水分离后从溢流堰排水底部排泥。经过短暂的过渡段后进入第二主体，它是从右侧进入，水流方向相反，操作过程一样。

通过系统地控制时间和空间，可实现脱氮除磷。污水自左侧进人左侧池和中间池，左侧池进行缺氧搅拌，有机物为电子供体，通过兼性菌将前一阶段的硝态氮进行反硝化脱氮，释放前一阶段运行时所沉淀的磷，曝气在中间池进行去除有机物、硝化及吸收磷，推动污泥自左向右运动，在右侧池完成泥水分离，排走上清液。污水只进入中间池使左侧池尽量完成硝化反应，然后左侧池停止曝气按沉淀池运行，再进入到第二主体，污水自右向左进入，运行同上。

该工艺有很大的灵活性，按时间循环和交替运行，可变的水力设计使得进水点与出水点的位置容易相互对调，节约了占地，集SBR和活性污泥法的优点于一体，是经济高效成熟的水处理工艺。在此仅介绍单级工艺，以单级好氧与脱氮除磷处理为主。单级好氧包括两个完全相同的主体运行阶段，不需单独的沉淀池和污泥回流系统。图4-18表示的是该工艺脱氮除磷的过程。

UNITANK系统在恒定水位下交替运行，能有效利用反应器的容积，其技术高，占地少，仅为三沟式氧化沟的(1/3)~(1/2)，投资费用为三沟式氧化沟的1/2左右。系统内设置了一系列的控制设备及搅拌设施，可根据需要进行曝气。

生物选择器是使选择器内的生态环境利于选择性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争机制抑制丝状菌的过度繁殖和生长，达到控制污泥的发生和发展。实际上是在完全混合或推流式曝气池前增加一个小的反应池，利用两类细菌不同的生长速率有选择性地培养和发展菌胶团细菌，使其成为曝气池的优势菌。根据不同的运转条件分为好氧选择器、缺氧选择器和厌氧选择器。好氧选择器的关键是水力停留时间，停留时间过长，基质浓度不高，进水中的基质浓度很低，会形成利于丝状菌生长的环境，停留时间短，进水中的溶解性基质还会进人到主曝气区，形成利于丝状菌生长的环境。缺氧选择器中菌胶团细菌占优势，抑制了丝状菌的生长，应考虑基质浓度梯度，使溶解氧浓度尽可能接近零，保证反硝化的进行。厌氧选择器中菌胶团细菌具有高的存储和分解磷酸盐的能力，获得基质竞争的优势，而丝状菌则缺乏这种能力。

5.MSBR工艺

MSBR工艺即改良式序列间歇反应器，是C. Qyang等根据SBR的特点辅以传统活性污泥法的技术优势开发的，不需设沉池和二沉池，在恒定水位下连续运行。MSBR系统是20世纪80年代初期发展起来的污水处理工艺，被认为是集约化程度较高的一体化SBR水处理新工艺，在可靠性、土建工程量、总装机容量、节能、降低运行成本和节约用地等多方面来看有明显的优势。目前主要在北美和南美应用，韩国汉城正在建造亚洲第一座采用该工艺的污水处理厂。上海市为合流污水处理厂的建设，对MSBR工艺进行了小试到中试的研究。深圳市盐田污水处理也采用这种工艺。

（1）MSBR的基本组成工程应用中通常设计成一座矩形池，并分为不同的单元，其所起的作用也不同。序批池I和序批池Ⅱ两单元的功能相同，有好氧氧化、缺氧反硝化、预沉淀及沉淀作用。

(2)MSBR的运行其运行分为不同的时段，一些单元采用不同的运转方式以达到处理目的。一般将一个运行周期分为6个时段，3个时段为半个周期，其工作情况如下。

污水进人厌氧池A，在A内与缺氧池回流的高浓度脱氮污泥混合，进水很快就消耗掉池内溶解氧，混合液在无溶解氧和化合态氧的情况下进入厌氧池B，回流活性污泥中的聚磷菌在此进行充分放磷，吸收低分子脂肪酸以聚β-羟基丁酸(PHB)的形式储存于体内。再进入主曝气区，聚磷菌分解体内的物质而获得能量，过量吸收环境中的正磷酸盐，并以聚磷酸盐的形式在细胞内积累;与此同时，碳化菌完成了有机碳的降解，硝化菌完成了氨氮的硝化，反硝化后的污水进人好氧池，有机物被好氧降解，活性污泥充分吸磷后再进入起沉淀作用的SBR池，澄清后污水排放。此时另一边的SBR在1.5Q回流量的条件下进行反硝化、硝化，或进行静置预沉。回流污泥首先进入浓缩池进行浓缩，上清液直接进人好氧池，而浓缩污泥则进入缺氧池。这样，一方面可以进行反硝化，另一方面好氧池与缺氧池之间有1.5Q的回流量，以便进行充分的反硝化。最后曝气池混合液进入序批池中，进行缺氧、好氧循环反应，另一个序批池作为沉淀区出水排放。

可以看出，MSBR是同时进行生物除磷脱氮的污水处理工艺。并且MSBR系统实质上是A/0与SBR系统串联而成。

MSBR系统的回流由污泥回流和混合液回流两部3分组成。污泥回流又有2条路径，污泥回流和上清液回流。而混合液回流则较为简单，在各时段均为从好氧曝气池至缺氧池，流出缺氧池回流至好氧曝气池。

(3)MSBR的特点 系统是从连续运行的单元 (如厌氧池)进水，不是从SBR单元进水，大部分有机物从MSBR池转移到连续运行的主爆气池，改善了设备的利用率。

①　从连续运行的厌氧池进水并进而经过缺氧池 好氧池，改善了系统的整体处理效应。保证出水水质，同时系统的F/M值和容积负荷大大提高(注:F代表有机物;M代表微生物)。

②　MSBR增加了低水头、低能耗的回流设施，改善了系统中各个单元内污泥的均匀性增加了连续运行的MLSS浓度(特别是提高了硝化反应的反应速率)，保证了良好的混合果，保证了有机碳去除率;而且硝化反应在较高的氨氮浓度下进行，实际水力停留时间，沉淀过程可继续反硝化，脱氮效率较高;与此同时，水力停留时间的延长，改善生物除磷效果，使MSBR系统在较小的反应体积内具有较高的除磷效率。

③　在池中间设置的底部挡板避免了水力射流的影响，改善了水力状态，使MSBR池前端的水流状态为自下而上，在出水时起到悬浮污泥床的过滤作用而非一般的沉淀作用。

④　MSBR的进水方式增强了系统承受冲击负荷的能力，改善了设备的利用率;MSBR系统采用空气堰控制出水，防止了曝气时悬浮物进入出水堰，控制了出水悬浮物浓度; MSBR池中设置底部挡板，改善了水力状态，自下而上的水流可利用沉淀底泥为截留层，不仅截留了悬浮物浓度而且完成了反硝化作用，剩余污泥排放浓度高。

由于3个池的水位差，促使水流从一个池流向一个池再从另一个边池流出，此时进水的池水位最高，并掩没了作为固定堰的出水挡，当该池由曝气池过渡到沉淀池时，水位必定下降，残留在出水槽中的污泥、污水混合液被排除，并要用清水冲洗水槽，排出的混合液及废水集中到专门的水池，再用小水泵提升用于中间水池。这些过程均可用程序控制。

在需要脱氮除磷的系统中，在池内除了设有曝气设备外，还有搅拌装置，可以根据监测器的指标，切断曝气池供氧，改为外动搅拌器，形成交替的厌氧、缺氧及好氧条件。最新的 MSBR在回流污泥进人厌气池前增加一个污泥浓缩区，减少了硝酸盐进入厌氧区的机会，减少了挥发酸(VFA)因回流而造成稀释，增加厌氧区的实际停留时间，从而大大提高了除磷效率。在上海进行的试验证实这项技术可以将总碳从7~8mg/L降到0.3mg/L以下。

(4)主要设计参数 MSBR具有生物除磷脱氮功能，其设计参数主要根据污水处理对除磷脱氮的要求来确定。也就是说，主要进行生物除磷时其泥龄较短，而以生物脱氮为主时应采用较长的泥龄，泥龄一般控制在7~20d左右。MSBR的水液污泥浓度为2500~3000 mg/L，其停留时间与进水水质和处理要求不有关，一般为12~14h，单池规模最大可达4x10*m3/d，超过此规模就宜进行再分组。MS SRR可选样的池深范围较大，为3.50~6.00m,对缺氧池和厌氧池还可以加大池深达8.00n左右，以充分节约用地。