SBR( Sequencing Batch Activated Sludge Reactor Technology) 即序批式活性污泥處理系統(tǒng), 是20 世紀(jì)70 年代由美國Natre Dame 大學(xué)的RIrvine 博士將老式的充排系統(tǒng)改進(jìn)并發(fā)展而成的。早期的污水處理池由于進(jìn)出水切換復(fù)雜和控制設(shè)備方面的原因, 限制了其發(fā)展。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 計算機和自動控制技術(shù)的加入, 使SBR 在城市污水、工業(yè)廢水中的應(yīng)用越來越廣泛, 目前, SBR 工藝已成為各國競相開展的熱門工藝。
1、工作原理及基本運行操作
SBR 工藝處理污水, 其核心處理設(shè)備是一個序批式間歇反應(yīng)器( SBR反應(yīng)器) , SBR 省去了許多處理構(gòu)筑物, 所有反應(yīng)器都在一個SBR 反應(yīng)器中運行, 通過時間控制來使SBR 反應(yīng)器實現(xiàn)各階段的操作目的, 在流態(tài)上屬于*混合式, 實現(xiàn)了時間上的推流, 有機污染物隨著時間的推移而降解。
SBR 工藝整個運行周期由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置5 個基本工序組成, 都在一個設(shè)有曝氣或攪拌的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行。在處理過程中,周而復(fù)始地循環(huán)這種操作周期, 以實現(xiàn)污水處理目的。現(xiàn)將整個工藝的操作要點與功能闡述如下。
1.1 進(jìn)水工序
污水注入之前, 反應(yīng)器處于待機狀態(tài), 此時沉淀后的上清液已經(jīng)排空, 反應(yīng)器內(nèi)還儲存著高濃度的活性污泥混合液, 此時反應(yīng)器內(nèi)的水位為zui低。注入污水, 注入完畢再進(jìn)行反應(yīng), 從這個意義上說, 反應(yīng)器又起到了調(diào)節(jié)池的作用, 所以SBR 法受負(fù)荷變動影響較小, 對水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較好。
1.2 反應(yīng)工序
當(dāng)污水達(dá)到預(yù)定高度時, 便開始反應(yīng)操作, 可以根據(jù)不同的處理目的來選擇相應(yīng)的操作。例如控制曝氣時間可以實現(xiàn)BOD 的去除、消化、磷的吸收等不同要求, 控制曝氣或攪拌器強度來使反應(yīng)器內(nèi)維持厭氧或缺氧狀態(tài), 實現(xiàn)消化、反硝化過程。
1.3 沉淀工序
本工序中SBR 反應(yīng)池相當(dāng)于二沉池, 停止曝氣和攪拌, 使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài), 活性污泥進(jìn)行重力沉淀和上清液分離。SBR 反應(yīng)器中的污泥沉淀是在*靜止的狀態(tài)下完成的, 受外界干擾小。此外, 靜止沉淀還避免了連續(xù)出水容易帶走密度輕、活性好的污泥的問題。因此, SBR 工藝沉降時間短、沉淀效率高, 能使污泥保持較好的活性。沉淀時間依據(jù)污水類型以及處理要求具體設(shè)定, 一般為1 h～2 h。
1.4 出水工序
排出沉淀后的上清液, 恢復(fù)到周期開始時的zui低水位, 剩下的一部分處理水, 可以起到循環(huán)水和稀釋水的作用。沉淀的活性污泥大部分作為下個周期的回流污泥作用, 剩余污泥則排放。
1.5 閑置工序
SBR 池處于空閑狀態(tài), 微生物通過內(nèi)源呼吸復(fù)活性, 溶解氧濃度下降, 起到一定的反硝化作用而進(jìn)行脫氮, 為下一運行周期創(chuàng)造良好的初始條件。由于經(jīng)過閑置期后的微生物處于一種饑餓狀態(tài), 活性污泥的表面積更大, 因而在新的運行周期的進(jìn)水階段, 活性污泥便可發(fā)揮其較強的吸附能力對有機物進(jìn)行初始吸附去除。另外, 待機工序可使池內(nèi)溶解氧進(jìn)一步降低, 為反硝化工序提供良好的工況。
2、SBR 工藝性能特點
2.1 SBR 工藝的*性
( 1) 工藝流程簡單, 運轉(zhuǎn)靈活, 基建費用低。SBR 工藝中主體設(shè)備就是一個SBR 反應(yīng)器, 從上面的分析也可以看出, 一個SBR 池扮演了多個角色: 調(diào)解混合池、反應(yīng)池( 厭氧、缺氧和好氧三種) 、沉淀池和部分濃縮池。基本上所有的操作都在這樣一個反應(yīng)器中完成, 在不同的時間內(nèi)進(jìn)行泥水混合, 有機物的氧化、消化、脫氮, 磷的吸收與釋放以及泥水分離等。它不需要設(shè)二沉池和污泥回流設(shè)備, 一般情況下也不用設(shè)調(diào)節(jié)池和初沉池。所以, 采用SBR 工藝的污水處理系統(tǒng)大大減少構(gòu)筑物的數(shù)量, 節(jié)約了基建費用, 而且往往具有布置緊湊、節(jié)省占地的優(yōu)點。
( 2) 處理效果良好, 出水可靠。從反應(yīng)動力學(xué)角度分析, SBR 反應(yīng)器有其duju的*性。根據(jù)活性污泥反應(yīng)動力學(xué)模型, 目前連續(xù)流生物處理反應(yīng)器主要有*混合和推流式兩種流態(tài), 在連續(xù)流的推流式反應(yīng)器中, 曝氣池的各斷面上只有橫向混合, 不存在縱向的“返混”。基質(zhì)濃度從進(jìn)水處的zui高逐漸降解至出水處的最次濃度, 提供了zui大的生化反應(yīng)推動力。在運行的曝氣反應(yīng)階段, 反應(yīng)器內(nèi)的混合液雖然處于*混合狀態(tài), 但其基質(zhì)和微生物的濃度隨時間而逐漸降低, 相當(dāng)于一種時間意義上的推流狀態(tài)。所以SBR 反應(yīng)器實現(xiàn)了連續(xù)流中兩種反應(yīng)器的特點。
( 3) 較好的除磷脫氮效果。除磷脫氮是一個相對復(fù)雜的過程, 需要在處理過程中提供厭氧、缺氧、好氧各階段, 以實現(xiàn)硝化反硝化脫氮和吸收釋放磷的目的。在SBR 法中, 在一個單一的反應(yīng)器就可達(dá)到不同目的。因為在SBR 法通過5 個工序時間上的安排, 較容易地實現(xiàn)厭氧、缺氧與好氧狀態(tài)交替出現(xiàn), 可以zui大限度地滿足生物脫氮除磷理論上的環(huán)境條件。
( 4) 污泥沉降性能良好。活性污泥膨脹是活性污泥處理過程中常常發(fā)生的問題。污泥膨脹問題90%以上是絲狀菌污泥膨脹, 由于絲狀菌過度繁殖, 菌膠團(tuán)的生長繁殖受到抑制, 很多絲狀菌伸出污泥表面之外, 使得絮狀體松散, 沉淀性惡化。SBR 法可以有效控制絲狀菌的過度繁殖, 污泥SVI 較低, 是一種污泥沉降性能較為良好的工藝。
( 5) 對水質(zhì)水量比變化的適應(yīng)性強。處理效果會受到水質(zhì)水量的影響, 主要是因為它會改變處理環(huán)境, 而微生物對其生存環(huán)境條件的要求往往比較嚴(yán)格。所以, 從理論上分析, *混合式反應(yīng)器比推流式反應(yīng)器有更強的耐沖擊負(fù)荷的能力。SBR 工藝雖然對于時間來說是理想的推流式處理過程, 但反應(yīng)器構(gòu)造上保持了典型的*混合式的特性。因此能承受較大的水質(zhì)水量的波動, 具有較強的耐沖擊負(fù)荷的能力。
2.2 SBR 工藝的局限性
( 1) 反應(yīng)器容積利用率低。由于SBR 反應(yīng)器水位不恒定, 反應(yīng)器有效容積需要按照zui高水位來設(shè)計, 大多數(shù)時間, 反應(yīng)器內(nèi)水位均達(dá)不到此值, 所以反應(yīng)器容積利用率低。
( 2) 水頭損失大。由于SBR 池內(nèi)水位不恒定, 如果通過重力流入后續(xù)構(gòu)筑物, 則造成后續(xù)構(gòu)筑物與SBR 池的位差較大, 特殊情況下還需要用泵進(jìn)行二次提升。
( 3) 不連續(xù)的出水, 要求后續(xù)構(gòu)筑物容積較大, 有足夠的接受能力。而且不連續(xù)出水, 使得SBR 工藝串聯(lián)其他連續(xù)處理工藝時較為困難。
( 4) 峰值需氧量高。SBR 工藝處于時間上的推流, 因此也具有推流工藝這一缺點。開始時污染物濃度較高, 需氧量也較高, 按照此值來確定曝氣量, 但隨后污染物濃度隨時間下降, 需氧量也隨之下降, 因此整個系統(tǒng)氧的利用率低。
( 5) 設(shè)備利用率低。當(dāng)幾個SBR 反應(yīng)器并聯(lián)運行時, 每個反應(yīng)器在不同的時間內(nèi)分別充當(dāng)進(jìn)水調(diào)節(jié)池, 曝氣池或是沉淀池, 但每個反應(yīng)器內(nèi)均需設(shè)有一套曝氣系統(tǒng)、潷水系統(tǒng)等相應(yīng)設(shè)備, 而各池是交替運行的, 因此, 設(shè)備的利用率低。
( 6) 不適合用于大型污水處理廠。采用SBR 工藝的污水處理廠規(guī)模一般在20 000 t 以下, 規(guī)模大于100 000 t 的污水處理廠幾乎沒有采用SBR 工藝的。
3、SBR 工藝的發(fā)展
傳統(tǒng)或經(jīng)典的SBR 工藝形式在工程中存在一定的局限性。譬如, 若進(jìn)水流量大, 則需調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng), 從而增大投資; 而對出水水質(zhì)有特殊要求, 如脫除磷等則還需對工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。因而在工程應(yīng)用實踐中,SBR 傳統(tǒng)工藝逐漸產(chǎn)生了各種新的變型, 以下分別介紹幾種主要的形式。
3.1 ICEAS 工藝
ICEAS( Intermittent Cyclic Extended Aeratlon System) 工藝的全稱為間歇循環(huán)延時曝氣活性污泥工藝。它于20 世紀(jì)80 年代初在澳大利亞興起, 是變形的SBR 工藝。
ICEAS 與傳統(tǒng)的SBR 相比, zui大的特點是: 在反應(yīng)器的進(jìn)水端增加了一個預(yù)反應(yīng)區(qū), 運行方式為連續(xù)進(jìn)水( 沉淀期和排水期仍保持進(jìn)水) 間歇排水, 沒有明顯的反應(yīng)階段和閑置階段。這種系統(tǒng)在處理市政污水和工業(yè)廢水方面比傳統(tǒng)的SBR 系統(tǒng)費用更省、管理更方便。但是由于進(jìn)水貫穿于整個運行周期的每個階段, 沉淀期進(jìn)水在主反應(yīng)區(qū)底部造成水力紊動而影響泥水分離時間, 因而, 進(jìn)水量受到了一定限制, 通常水力停留時間較長。
3.2 CASS( CAST, CASP) 工藝
CASS ( Cyclic Activated Sludge System) 或CAST ( - Technology) 或CASP( - Process) 工藝是一種循環(huán)式活性污泥法。該工藝的前身為ICEAS工藝, 由Goronszy 開發(fā)并在美國和加拿大獲得zhuanli。
與ICEAS 工藝相比, 預(yù)反應(yīng)區(qū)容積較小, 是設(shè)計更加優(yōu)化合理的生物反應(yīng)器。該工藝將主反應(yīng)區(qū)中部分剩余污泥回流至選擇器中, 在運作方式上沉淀階段不進(jìn)水, 使排水的穩(wěn)定性得到保障。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。
3.3 IDEA 工藝
間歇排水延時曝氣工藝( IDEA) 基本保持了CAST 藝的優(yōu)點, 運行方式采用連續(xù)進(jìn)水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CAST 相比, 預(yù)反應(yīng)區(qū)( 生物選擇器) 改為與SBR 主體構(gòu)筑物分立的預(yù)混合池, 部分剩余污泥回流入預(yù)混合池, 且采用反應(yīng)器中部進(jìn)水。預(yù)混合池的設(shè)立可以使污水在高絮體負(fù)荷下有較長的停留時間, 保證高絮凝性細(xì)菌的選擇。
3.4 DAT- IAT 工藝
DAT- IAT 藝是利用單—SBR 池實現(xiàn)連續(xù)運行的新型工藝, 介于傳統(tǒng)活性污泥法與典型的SBR 工藝之間, 既有傳統(tǒng)活性污泥法的連續(xù)性和高效性, 又具有SBR 的靈活性, 適用于水質(zhì)水量大的情況。DAT- IAT 工藝主體構(gòu)筑物由需氧池( DAT) 和間歇曝氣池( IAT) 組成, 一般情況下DAT 連續(xù)進(jìn)水, 連續(xù)曝氣, 其出水進(jìn)入IAT, 在此可完成曝氣、沉淀、澆水和排出剩余污泥工序, 是SBR 的又一變型。
3.5 UNITANK 工藝
典型的UNITANK 系統(tǒng), 其主體為三格池結(jié)構(gòu), 三池之間為連通形式, 每池設(shè)有曝氣系統(tǒng), 既可采用鼓風(fēng)曝氣, 也可采用機械表面曝氣, 并配有攪拌, 外側(cè)兩池設(shè)出水堰以及污泥排放裝置, 兩池交替作為曝氣和沉淀池, 污水可進(jìn)入三池中的任何一個。在一個周期內(nèi), 原水連續(xù)不斷進(jìn)入反應(yīng)器, 通過時間和空間的控制, 形成好氧、厭氧或缺氧的狀態(tài)。UNITANK 系統(tǒng)除保持原有的自控以外, 還具有池子結(jié)構(gòu)簡單、出水穩(wěn)定、不需回流等特點, 而通過進(jìn)水點的變化可達(dá)到回流和脫氮、除磷等目的。
