SBR法及其研究進(jìn)展
摘要：介紹了序批式間歇活性污泥（SBR）法的產(chǎn)生、發(fā)展及其特點(diǎn)，綜述了SBR在攪拌速度DO、pH、OPR對(duì)處理效果的影響、硝化反硝化除磷機(jī)理及SBR與其它工藝綜合處理污水的最新進(jìn)展。
活性污泥處理系統(tǒng)，在當(dāng)前污水處理領(lǐng)域是應(yīng)用最為廣泛的處理技術(shù)。它有效地用于生活污水，城市污水和有機(jī)性工業(yè)廢水的處理，對(duì)于傳統(tǒng)的活性污泥技術(shù)在工藝方面采取措施突破僅作為二級(jí)處理技術(shù)傳統(tǒng)，能夠作為脫氮、除磷的三級(jí)處理技術(shù)。SBR（sequencingbatchreactor）法，即序批式間歇活性污泥法，就是這類活性污泥處理新工藝中的引人注目的一種活性污泥法。它是被日本下水道協(xié)會(huì)和美國(guó)環(huán)保局評(píng)估了的少數(shù)富有革新意義和較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的廢水生物處理技術(shù)之一。
1特點(diǎn)及其發(fā)展
1.1產(chǎn)生及發(fā)展SBR工藝早在1914年即已開發(fā)，但由于當(dāng)時(shí)監(jiān)測(cè)手段落后，并沒有得到推廣應(yīng)用。1979年美國(guó)的L。Irvine對(duì)SBR工藝進(jìn)行了深入的研究，并于1980年在印第安那州的Culver改進(jìn)并投產(chǎn)了一個(gè)SBR污水處理廠。此后隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、各種新型不堵塞曝氣器和軟件技術(shù)的出現(xiàn)，同時(shí)也由于開發(fā)了在線溶解氧測(cè)定儀、水位計(jì)等精度高并且對(duì)過(guò)程控制比較經(jīng)濟(jì)的水質(zhì)檢測(cè)儀表，污水處理廠的運(yùn)行治理逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，加之SBR具有均化水質(zhì)、工藝簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷力強(qiáng)，出水質(zhì)好，操作靈活、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)而成為包括美、德、日、澳、加等在內(nèi)的許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相研究和開發(fā)的熱門工藝。以澳大利亞為例，近10多年來(lái)建成采用SBR工藝的污水處理廠就達(dá)近600座之多。我國(guó)在80年代中期開始對(duì)SBR法的應(yīng)用研究。1985年，上海吳淞肉聯(lián)研制投產(chǎn)了我國(guó)第一座SBR法污水處理站，設(shè)計(jì)處理水量2400t/d，運(yùn)行效果良好。目前在云南省昆明市已有兩座采用SBR工藝的大中型污水處理廠，運(yùn)行情況良好。天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)10萬(wàn)t/d采用SBR工藝的污水處理廠也于近日投入運(yùn)行。從國(guó)內(nèi)外研究情況來(lái)看，SBR法是一種高效、經(jīng)濟(jì)、可靠的適合我國(guó)國(guó)情的廢水處理方法。
1.2工藝流程間歇式活性污泥法的主要反應(yīng)器，即曝氣池的運(yùn)行操作是由流入、反應(yīng)、沉淀、排放和閑置五個(gè)工序組成。污水在反應(yīng)器中按序列、間歇地進(jìn)入每個(gè)反應(yīng)工序，每個(gè)SBR反應(yīng)器的運(yùn)行操作在時(shí)間上也是按次序排列間歇運(yùn)行的。在流入工序?qū)嵤┣埃e置工序處理后的污水已經(jīng)排放，曝氣池中殘存著高濃度的活性污泥混合液。當(dāng)污水注入流入時(shí)，曝氣池可以起到調(diào)節(jié)池的作用，假如進(jìn)行曝氣可以取得預(yù)曝氣效果，也可使污泥再生，恢復(fù)其活性。反應(yīng)工序是SBR工藝最主要的一道工序。當(dāng)污水注入達(dá)到預(yù)定容積后，可開始反應(yīng)操作，如去除BOD、硝化、磷的吸收，以及反硝化等。根據(jù)反應(yīng)需要達(dá)到的程度，進(jìn)行短時(shí)間的微量曝氣，以吹脫污泥上粘附的氣泡或氮，以保證排泥順利進(jìn)行。在排泥工序，停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，活性污泥與水分離，相當(dāng)于二次沉淀池的作用。經(jīng)過(guò)沉淀后的上清液作為處理出水排放，沉淀的污泥作為種泥留在曝氣池內(nèi)，起到回流污泥的作用。在閑置工序，處理出水排放后，反應(yīng)器處于停滯狀態(tài)，等待下一個(gè)操作周期。在此期間，應(yīng)間斷或稍微曝氣以避免污泥的腐化。經(jīng)過(guò)閑置的活性污泥處于營(yíng)養(yǎng)物的饑餓狀態(tài)，因此當(dāng)進(jìn)入下個(gè)運(yùn)行周期的流入工序時(shí)，活性污泥就可以發(fā)揮較強(qiáng)的吸附能力增強(qiáng)去除作用。閑置工序是SBR工藝中的重要內(nèi)容。
1.3工藝特點(diǎn)及主要問(wèn)題SBR工藝與連續(xù)式活性污泥法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）工藝流程簡(jiǎn)單，不需要另設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備，多數(shù)情況下可以省去初沉池。（2）占地面積小、造價(jià)低；非凡是小城鎮(zhèn)的污水處理可比普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。（3）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除效果及脫氮除磷效果好。（4）污泥沉降性能好。（5）適應(yīng)性良好，且易于維護(hù)治理。SBR法存在的主要問(wèn)題是：操作復(fù)雜，對(duì)自控要求高；此外其工藝流程本身決定了設(shè)備裝置利用率低。
2研究進(jìn)展
2.1反應(yīng)器內(nèi)DO及曝氣方式
2.1.1DO的影響反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的含量將影響污泥中微生物的生理活動(dòng)，從而影響污水處理進(jìn)程，故反應(yīng)器內(nèi)的DO含量水平是非常值得探討的。JeillOH和J。Silverstein對(duì)SBR反應(yīng)器中，DO抑制反硝化作用進(jìn)行了研究，污水中溶解氧的研究范圍從0。09mg/L～5。6mg/L；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，非常低濃度的溶解氧就能抑制活性污泥中的反硝化作用，DO＝0。09mg/L時(shí)，反硝化速率可從最大速率0。0214mg—NOx—N/mg—MLSS/h降至其速率的35%。但同時(shí)也指出，當(dāng)DO＝5。6mg/L時(shí)仍可觀察到反硝化作用，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)反硝化模型作了修正。
2.1.2攪拌速度的影響Drigues，JoseAlbertoDomingues等人對(duì)攪拌混合的充氣方式進(jìn)行了研究，他們用含有顆粒污泥反應(yīng)器處理COD為500mg/l的合成城市污水，處理周期為8小時(shí)，處理量為2。0L。攪拌速度的研究范圍從0rev。/min－75rev。/min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，COD的去除率為80～88%；在50rev。/min時(shí)可獲得相對(duì)好的污泥停留時(shí)間，同時(shí)不破壞顆粒污泥；而且應(yīng)用攪拌可增加反應(yīng)器的有效的循環(huán)從而使總的循環(huán)時(shí)間縮短。他們指出殘余有機(jī)物的經(jīng)驗(yàn)方程和一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型可用來(lái)猜測(cè)攪拌速度對(duì)反應(yīng)器的影響。
2.2污泥膨脹正常活性污泥沉降性能良好，含水率在99%左右，當(dāng)污泥變質(zhì)時(shí)，污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的結(jié)構(gòu)松散和體積膨脹，含水率上升，澄清液稀少，顏色發(fā)生異變，這就產(chǎn)生了污泥膨脹。水處理中污泥膨脹問(wèn)題大約95%與絲狀菌的過(guò)量增殖有關(guān)，非絲狀菌膨脹一般是由結(jié)合水含量高的胞外多聚物引起的高粘度膨脹。SBR中SVI值一般較低，不易出現(xiàn)膨脹問(wèn)題，但有時(shí)也不能避免。王淑瑩等人利用石化廢水在SBR反應(yīng)器中研究了絲狀菌膨脹與有機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系，指出當(dāng)反應(yīng)器中溶解氧（DO）充足時(shí)，低有機(jī)負(fù)荷易引起污泥膨脹，提高有機(jī)負(fù)荷能有效的控制膨脹；高負(fù)荷下，引起污泥膨脹的原因往往是DO不足，而提高DO濃度則能使污泥膨脹得到控制，這一結(jié)果也解釋了高有機(jī)負(fù)荷發(fā)生污泥膨脹的實(shí)質(zhì)原因。高春娣等利用啤酒廢水研究了氮缺乏引起的非絲狀菌膨脹問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水中不同有機(jī)物濃度與總氮的比值（以BOD/N計(jì)）條件對(duì)活性污泥膨脹是有影響的，指出在進(jìn)水BOD/N＝100/4的條件下，污泥的沉降性能良好，在進(jìn)水BOD/N＝100/3和BOD/N＝100/2時(shí)，均發(fā)生由高含水率的粘性菌膠團(tuán)過(guò)量生長(zhǎng)引起的非絲狀菌膨脹，在進(jìn)水BOD/N＝100/0。94的條件下，發(fā)生的非絲狀菌膨脹最為嚴(yán)重。
2.3pH、ORP微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境的酸堿度（氫離子濃度）密切相關(guān)，氫離子濃度能夠影響微生物細(xì)胞質(zhì)膜上的電荷性質(zhì)。電荷性質(zhì)改變，微生物細(xì)胞吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的功能也會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)微生物的生理活動(dòng)產(chǎn)生不良影響。高景峰等人為實(shí)現(xiàn)SBR法反硝化的在線模糊控制，研究了pH和ORP等在有機(jī)物去除及硝化、反硝化過(guò)程中的變化特點(diǎn)。對(duì)pH的變化得出：（1）在有機(jī)物去除過(guò)程中，pH呈現(xiàn)大幅上升的現(xiàn)象（2）在有機(jī)物去除結(jié)束時(shí)，pH停止上升，隨硝化反應(yīng)的進(jìn)行pH不斷下降至反應(yīng)結(jié)束，后pH忽然快速上升或維持不變。（3）在反硝化過(guò)程中，pH不斷上升直至反硝化結(jié)束出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然后持續(xù)下降，指示反硝化已結(jié)束。對(duì)ORP來(lái)說(shuō)，隨著反硝化的進(jìn)行ORP表現(xiàn)為減速下降，在反硝化結(jié)束時(shí)忽然下降速度增加出現(xiàn)拐點(diǎn)。總之，不論使用何種碳源以及不認(rèn)投加碳源的方式和數(shù)量如何都證實(shí)在反硝化結(jié)束時(shí)pH和ORP有特征點(diǎn)出現(xiàn)，通過(guò)pH上升的速度的差別可以判定碳源是否充足，調(diào)控碳源的投加。
2.4對(duì)硝化、反硝化及脫磷的研究
2.4.1氮、磷的去除效果及操作條件氮是水污染控制中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，SBR法可以根據(jù)反應(yīng)器中底物的降解情況靈活地改變反應(yīng)時(shí)間，從而方便地實(shí)現(xiàn)同池缺氧、好氧，生物脫氮效果良好。孫劍輝等采取缺氧/好氧SBR工藝對(duì)用亞銨法造紙廢水的脫氮進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)SRT、NH3－N都影響總氮的去除，并當(dāng)進(jìn)水中CODcr濃度為1200～1800mg/L，NH3－N濃度為135～200mg/L，Nox－N濃度為7～10mg/L時(shí)，提出了最佳操作條件為：缺氧、好氧時(shí)間比為1：1.5，一周期為8h；當(dāng)沒有外加碳源時(shí)，總氮的去除率為66%，投加乙酸鈉后，總氮的去除率可提高到85%。反應(yīng)器中污泥顆粒化和除磷特性一般受到廢水水質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境因素等影響。盧然超等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（1）污水中較高的C/N比或COD/TN比和較低的污泥齡對(duì)生物除磷有利。（2）進(jìn)水中適當(dāng)?shù)牡炕騎N/TP比是影響除磷效果和污泥顆粒化的主要因素。（3）較短的污泥齡對(duì)除磷作用有利，污泥齡太短難以有效地脫氮。（4）溫度降低，發(fā)酵菌的產(chǎn)酸和反硝化作用受到抑制，反應(yīng)器中硝酸鹽濃度很高，影響反應(yīng)器除磷能力，除磷效率下降。但他對(duì)其它運(yùn)行參數(shù)對(duì)好氧顆粒化的形成，例如溶解氧、pH值、厭好氧交替時(shí)間等，未做進(jìn)一步研究。
2.4.2污泥齡（生物固體平均停留時(shí)間）污泥齡就是指曝氣池內(nèi)活性污泥總量與每日排放污泥量之比。即活性污泥在曝氣池內(nèi)的平均停留時(shí)間，因之又稱為生物固體平均停留時(shí)間。污泥齡是活性污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，在理論上也有重要意義。Kargi等人研究了不同停留時(shí)間（從5～30天，分為6個(gè)階段），反應(yīng)器對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)持去除效果，從而確定了污泥停留時(shí)間對(duì)COD、氨氮、硝態(tài)氮及磷酸鹽的去除效果及最佳污泥齡為10天左右可達(dá)最大的COD、氨氮、磷酸鹽的去除效果，分別為：94%、84%、70%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在污泥齡為10天時(shí)，SVI值最小。
2.4.3對(duì)碳源的研究有些報(bào)道稱當(dāng)葡萄糖作為唯一碳源，生物除磷作用不能完成，原因是在厭氧條件下沒有正磷酸鹽的釋放，而優(yōu)勢(shì)菌種不能積累多磷酸鹽和吸收葡萄糖。但Jeon，CheOk和Park，JongMoon在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)投放有13C標(biāo)記的葡萄糖，用核磁共振（光譜）分析示蹤發(fā)現(xiàn)，甚至當(dāng)葡萄作為唯一的碳源時(shí)，生物除磷作用遵循與目前報(bào)道完全不同的機(jī)制；至少在兩種菌群：產(chǎn)乳酸菌和聚磷菌的作用下得以完成。在此過(guò)程中隨著葡萄糖的消耗，糖原質(zhì)迅速積累。但是正磷酸鹽的釋放和PHAs的合成與總有機(jī)碳的濃度有關(guān)而不是與葡萄糖的濃度相關(guān)。磷酸鹽釋放與pH值成比例。合成PHAs的數(shù)量要小于葡萄糖增加的數(shù)量，因?yàn)槠咸烟潜籐PO產(chǎn)乳酸菌轉(zhuǎn)化為其它的儲(chǔ)存物質(zhì)（可能為乳酸顆粒）加上被PAO聚磷菌合成PHAs。在缺氧階段，細(xì)胞內(nèi)的PHAs和儲(chǔ)存的物質(zhì)被代謝并且發(fā)生磷酸鹽的攝取。在SBR中，葡萄糖作為唯一碳源，PHAs的合成和磷酸鹽的去除是可能的代謝路徑。Louzeiro，NunoR。Mavinic等為了確定在SBR反應(yīng)器中用甲醇作為外加碳源時(shí)，對(duì)反硝化和脫磷的潛力的影響進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)：加甲醇的可以觀察到兩種反硝化速度；初始時(shí)反應(yīng)速度較快隨后逐漸減慢。在初始時(shí)的快速階段反硝化速度隨甲醇的濃度的增加而增加；隨著甲醇的消耗，反硝化作用持續(xù)但速度隨之減慢。在SBR反應(yīng)器中只有有外加的甲醇作為碳源時(shí)微生物對(duì)磷的攝取和釋放才有意義。甲醇可能不會(huì)被用作碳源來(lái)提高生物除磷作用，但是甲醇的添加是重要的，因?yàn)樗梢韵牡艨梢岳玫南跛猁}，使得生物除磷作用得以進(jìn)行。
2.4.4對(duì)電子受體的研究Lee，DaeSung，Jeon，等認(rèn)為濃度高至10mgNO2/L的亞硝酸鹽不會(huì)抑制缺氧狀態(tài)下磷的攝取。不僅如此，他們還認(rèn)為以亞硝酸鹽為電子受體時(shí)比以硝酸鹽為電子受體時(shí)磷的攝取速度更快；Ahn，Johwan等為了更好地研究反硝化聚磷菌的代謝行為，在接種有活性污泥的間歇序批式反應(yīng)器中，具體調(diào)查了不同類型的電子受體在缺氧條件下對(duì)磷的攝取。他們研究了三種不同的電子受體：硝酸、亞硝酸和混合的硝酸、亞硝酸，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，以硝酸和亞硝酸作為電子受體對(duì)缺氧條件下磷的攝取沒有抑制作用。但當(dāng)缺氧反硝化產(chǎn)生的氮?dú)饬肯嗟葧r(shí)，以亞硝酸鹽為電子受體時(shí)吸收磷的量相對(duì)要小于以硝酸鹽為電子受體時(shí)的量。缺氧條件下，只要有電子受體存在，就會(huì)發(fā)生磷的攝取，缺氧時(shí)磷的攝取與初始時(shí)電子受體的負(fù)荷量及類型有關(guān)，此外還與缺氧狀態(tài)下污泥的MLSS有關(guān)，當(dāng)MLSS增加時(shí)，磷的攝取能力表現(xiàn)為下降。
2.5與其它水處理技術(shù)的組合應(yīng)用SBR工藝仍屬于發(fā)展中的污水處理技術(shù)，在高濃度有機(jī)廢水處理上，直接采用有時(shí)難以取得理想的效果，在基本的SBR工藝基礎(chǔ)上與其它工藝相結(jié)合往往收效顯著。國(guó)內(nèi)見報(bào)道的有如下幾種：ABR――SBR：ABR是一種新型的厭氧折板流反應(yīng)器，它具有不短流、不堵塞、無(wú)需攪拌、易啟動(dòng)的特點(diǎn)，可將其控制在水解酸化階段與SBR聯(lián)用，效果良好。中山寶盈香食品調(diào)味料有限公司是一家以生產(chǎn)醬油調(diào)味料的食品企業(yè)，生產(chǎn)車間排放的廢水濃度高、水質(zhì)復(fù)雜，濃度波動(dòng)幅度大，屬難降解污染物。在采用了以ABR—SBR為主體的組合處理工藝后，處理出水指標(biāo)可達(dá)GB8978－1996的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。UASB――SBR—陶粒過(guò)濾工藝：UASB是升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的簡(jiǎn)稱。UASB反應(yīng)器處理工藝具有較高的處理能力和處理效率，尤其適用于各種高濃度的有機(jī)廢水的處理，陶粒濾粒質(zhì)輕、表面積大，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、水頭損失小、吸附力強(qiáng)，價(jià)格較活性碳便宜，適宜于脫色等處理。李學(xué)平應(yīng)用該法處理湖南某廠的白酒廢水，污水可達(dá)綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978－1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。CAF渦凹?xì)飧〃D―SBR：CFA是自吸旋流氣浮裝置，主要由氣浮槽凈水機(jī)組成，配以刮渣機(jī)和出渣機(jī)等輔助設(shè)備，對(duì)懸浮物含量高的廢水處理效果明顯。國(guó)內(nèi)寧平等人把它與SBR聯(lián)合應(yīng)用于昆明市生豬食品交易市場(chǎng)中來(lái)處理屠宰廢水的處理，其CODCr、SS、動(dòng)植物油、TP、TN、色度/倍等的去除率分別為：94.49%、98.89%、99.77%、99.45%、60.91%、93.75%，效果明顯。混凝氣浮――微電解――SBR工藝：微電解凈水器對(duì)廢水水質(zhì)的變化，尤其是染料種類的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以進(jìn)一步削減污染物濃度，保障SBR工藝單元的穩(wěn)定運(yùn)行；此外利用微電解池原理，通過(guò)微電凈水器自發(fā)產(chǎn)生的電化學(xué)氧化還原、電附集、吸附、絮凝沉淀等綜合作用，提高了廢水的可生化性，并具有較顯著的脫色效果。劉林、崔永活將該工藝應(yīng)用于油墨與黏合劑混合廢水的處理，CODCr、SS、色度/倍等各項(xiàng)去除率分別達(dá)到97.4%、98.3%、98.0%，處理后的出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，效果良好。
3SBR工藝展望
相對(duì)傳統(tǒng)的活性污泥法，SBR工藝是一種尚需要不斷發(fā)展、完善的新型技術(shù)，其操作方法尚不夠科學(xué)，運(yùn)作治理經(jīng)驗(yàn)還欠成熟，還需深入研究下面的幾個(gè)問(wèn)題：（1）反應(yīng)器各操作周期中活性污泥中微生物活性和種群分布，以及微生物的代謝理論；（2）生物脫氮、除磷的微生物機(jī)理的進(jìn)一步深入研究；（3）SBR操作參數(shù)的確定；（4）SBR與其它處理工藝的聯(lián)合運(yùn)用處理含高濃度有毒有害物質(zhì)工業(yè)廢水；SBR工藝是一種高效的污水處理方法，但目前在污泥停留時(shí)間、充水時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間比等這些操作參數(shù)的準(zhǔn)確選擇，及如何采用合理的曝氣方式、曝氣強(qiáng)度，確定恰當(dāng)?shù)某渌畷r(shí)間和反應(yīng)時(shí)間，在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)好氧――缺氧――厭氧狀態(tài)的交替操作等一系列問(wèn)題上，還都停留在經(jīng)驗(yàn)取值的水平上，還需要做大量相關(guān)的研究工作。相信隨著對(duì)SBR工藝研究的深入進(jìn)行，有關(guān)SBR工藝的成熟操作和控制問(wèn)題會(huì)逐步得到解決。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
