SBR工艺研究进展及其应用

2014-04-03王贺鑫刘贯一

河北水利 2014年9期

王贺鑫刘贯一

SBR （SequencingBatchReactor）是序批式（间歇）活性污泥法的简称。1914年，英国学者Ardern和Locket发明了该工艺，但由于受当时自动化水平的限制，尤其后来工业废水的处理规模不断扩大，其操作困难、工作量大的缺点日益突出，SBR工艺的研究一度被人们放弃。因此，SBR工艺开始并没有得到广泛推广。

近年，由于电脑技术的飞快发展及自动化控制技术的快速进步，SBR反应器操作困难，工作繁琐的缺点逐渐得以解决。SBR工艺与传统活性污泥法相比有很多优点，这引起许多国内外学者的关注。

20世纪70年代初，美国的Irvine等人在美国环保总局的资助下建立了世界上第一个SBR污水处理厂。此后，日本、德国等国也开始关注SBR工艺的研究。我国于上世纪80年代开始有学者对SBR工艺进行研究，并于1985年在吴淞建立了我国第一个应用SBR工艺的废水处理站。

1. SBR反应器工作原理

作为一种新型的污水处理技术，SBR的运行有别于传统活性污泥法，一般采用多个SBR反应器并联间歇运行的方式。对于单一SBR反应器，每个运行周期包括5个阶段：进水期，反应期，沉淀期，排水排泥期，闲置期。

进水期阶段可以采用限制曝气或非限制曝气，污水连续进入SBR反应器，此时活性污泥对有机污染物进行吸附去除，有机污染物浓度达到最大值，当污水到达预设水位后，停止进水开始曝气，反应期随即开始，该阶段有机污染物被活性污泥充分去除，BOD、COD值不断减小，当有机污染物浓度降低到适当值时，停止曝气，随即进入沉淀阶段，该阶段依靠重力的作用，使混合液中的活性污泥不断沉降，达到高效的泥水分离效果。在进入到排水排泥期后，上清液通过滗水器排除，剩余污泥也通过排泥系统排出，当进入到闲置期后，活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，当进入下个运行期的进水期时，活性污泥便可以充分发挥初始吸附去除作用。

2. SBR反应器的主要设备结构

2.1 曝气装置

传统SBR的曝气装置主要有微孔曝气器和射流曝气器。近年，在射流曝气的基础上发展而来的两性曝气装置应用广泛，它由风机和水泵组成，需要曝气时，同时打开风机和水泵，当不需要曝气时，只要打开水泵关闭风机即可，起到了机械厌氧搅拌的作用。两用曝气器的氧转移速率高，充氧率一般可以达25%以上，且用射流泵代替传统的搅拌设备，能量消耗少，简便易行。

2.2 滗水器

滗水器用于SBR反应器排水阶段，使上清液可以连续派出。滗水器的种类很多，国内SBR反应器一般采用旋转式滗水器，李金根等对旋转式滗水器设计做了大量研究，认为旋转式滗水器在我国中小污水处理厂有很大的应用前景。

3. SBR反应器的特点技术

与传统活性污泥法曝气池相比，SBR反应器不需要设二沉池，减少了建筑用地，节省了基建费用，投资较小。李松等人对SBR处理高浓度有机废水进行了研究，工艺中去除了初沉池和调节池，使工艺流程大大简化。

Ketchum等人对SBR反应器处理小城市生活污水进行了基建费用统计，统计结果表明，与建设传统活性污泥法工艺相比，SBR工艺节省了30%以上的建设投资费用。

SBR反应器泥水分离效果好，出水上清液SS低，有机污染物去除效果佳，M.Torrijos等人对SBR工艺处理奶酪废水效果进行了研究，其出水COD和BOD去除率都达到97%以上。

SBR反应器在反应期时间上具有理想的推流式曝气过程，生化反应速率高且易于自动化控制。由于进水期的曝气方式灵活，可以采用限制曝气来提高进水有机污染物浓度，使得反应器有较大的浓度梯度，有效地抑制污泥膨胀，且可以使反应尽可能保持较大的推动力；当进水有机污染物有毒时，采用非限制曝气，可以有效控制有毒污染物的积累。

SBR工艺有很好的脱氮除磷效果，通过对SBR反应器曝气量的控制，可以实现反应器内厌氧缺氧好氧交替运行。Agnes等人通过控制曝气时间和厌氧搅拌时间，使SBR反应器内出现厌氧好氧交替环境处理污泥消化池上清液，达到了很高的氨氮、总氮去除率。

SBR反应池对时间来说具有理想推流式反应器的特点，但它就其本身来说仍然是完全混合式，耐冲击负荷，可以省去水量调节池。SBR反应器没有污泥回流且沉淀阶段为静止沉淀，因此，SBR反应器内可以维持较高的污泥浓度。

4. SBR反应器的主要改进型

4.1UNITANK工艺

1987年，UNITANK工艺由比利时史格斯清水公司提出，此工艺结合了传统SBR工艺和传统活性污泥法的优点。使进出污水连续且减少了二沉池，实现了沉淀池和生物处理单元的一体化，而对于单个UNITANK曝气池则为间歇进出水，通过灵活控制UNITANK单个反应池的曝气、搅拌和增大水力停留时间，可以达到很好的脱氮除磷效果。

UNITANK工艺的工作原理：UNITANK反应器分为3个单池，每个运行周期分为两个主体段和一个中间过渡段，两个主体运行段过程完全一样，只是相互对称。第一个主体段污水由左池进入，经过中间池进入右池沉淀出水。第二个主体段污水由右池进入，经过中间池进入左池沉淀出水，过程和第一个主体段相同，水流方向相反。中间过渡段污水由中间池进入，两个边池作为沉淀池。通过对主体段曝气、搅拌时间的控制可以实现BOD去除和脱氮除磷。

UNITANK工艺的特点：采用固定堰出水，不采用滗水器；沉淀时近似于平流式沉淀池的特点；3个反应池串联构成一个串级系统的模式，弥补了单个反应器完全混合的缺点；3个反应池的作用各不相同，各个反应池中的污泥浓度不同，生物量分布不均匀。

由于边池兼作曝气池和沉淀池，反应池的容积利用率比较低。

4.2CASS工艺

CASS工艺是由Goronszy教授在ICEAS的基础上研究开发出来的一种改进型SBR工艺。1986年美国国家环保局正式宣布CASS工艺为革新代用技术。

CASS反应器的工艺原理：CASS反应池分为预反应区和主反应区，污水经过预反应区后污水中可溶性污染物得到迅速吸附，进入主反应区后污水中的有机污染物被降解。CASS为连续进水间歇出水反应器，集反应、沉淀、排水等功能于一身，且通过对反应器中DO的控制使CASS反应器处于好氧、厌氧、缺氧交替环境，起到对污水脱氮除磷的作用。

CASS反应器的工艺特点：基建费用较低，CASS工艺与传统活性污泥法相比，省去了初沉池、二沉池，工艺流程简单，布局紧凑；建成后运行费用低，CASS工艺由于周期性的曝气，池内溶解氧浓度是变化的，在每一周期开始时，氧浓度梯度大，传递效率高，节省运行费用；运行管理可靠方便，CASS工艺控制系统简单，不易发生污泥膨胀且污泥产量少。

4.3ICEAS工艺

ICEAS全称为间歇循环延时曝气活性污泥法，属于连续进水、间歇出水工艺。ICEAS工艺在反应器前部设置预反应区，经过预处理的污水在预反应区内吸附去除BOD后进入与前置预反应区相连接的主反应区，在主反应区中污水进行间歇曝气，使活性污泥处于厌氧好氧交替的环境之中，起到良好的脱氮除磷效果，处理后的污水在反应池中沉淀后在滗水器的作用下出水，这样使整个反应池处于曝气-闲置-沉淀-滗水的周期之中。