SBBR工艺研究进展

陈辅强

(山西省建设信息中心，山西太原 030013)

SBBR工艺，英文名称有多种，如Sequencing Batch Biofilm Reactor，Periodic Submerged Filter等，中文名称序批式生物膜反应器或周期性悬浮填料反应器等。SBBR工艺是SBR工艺的一种改良，因此每个运行周期仍保留了传统SBR工艺的三个阶段:进水阶段、反应阶段、排水阶段［1］，是一种可控制的非稳态运行工艺。由于SBBR可根据不同水质选择不同的填充固定填料、流化填料或微孔膜(见图1)，从而在微生物环境、微生物群体的优势组分及活性等方面具有传统活性污泥法SBR工艺不可比拟的优势，可实现不同类型废水的高效去除。本文从SBBR的特点、国内外应用和机理等方面展开讨论。

图1 SBBR分类图

1 SBBR工艺特点

SBBR工艺结合了SBR工艺、生物膜工艺以及膜分离技术的特点，既具有SBR优点，又具有独特的优点［2］。1)多样的生物相:SBBR中的微生物附着在填料上生长，易于生长繁殖，通过进水、反应、排水三个间歇式的运行阶段使得生物膜上的微生物均匀分布，这样增殖速度慢，世代时间长的细菌和较高级的微生物能栖息在不同膜层上。同时多种微生物的栖息，在生物膜上形成较长的食物链，使工艺具有较强的脱氮除磷效果。2)耐冲击负荷。间歇式的运行方式造成膜层间微生物生物活性更高，生长速率更快，单位反应器容积内的生物量高，可达活性污泥法的5倍～20倍，这使得微生物对进水底物具有较强的快速吸附作用，提高了系统对水质水量变化的应变能力，增强了工艺整体的稳定性。3)节省工艺流程和运行费用。由于反应器的间歇停止起到了二沉池的作用，因此不需要建设普通活性污泥法处理中的二沉池，减少了占地面积，降低了基建投资。在运行过程中，SBBR工艺不设污泥回流，降低了运行费用;生物膜系统也避免了污泥膨胀，而且产生的剩余污泥产量少，降低了污泥处理与处置费用。

2 SBBR工艺研究进展

1)国外研究现状。国外学者研究SBBR工艺主要用于处理有毒、有害、难降解废水。C．Di Iaconi等［3］利用SBBR工艺结合臭氧工艺处理高浓度制革废水。实验进水COD浓度不小于3 500 mg/L，NH4-N浓度在200 mg/L～300 mg/L之间。反应实验控制在常温20℃，填料选用具有欧洲专利的KMT填料，长7 mm，直径11 mm，表面积450 m2/m3，密度0．95 g/cm3，通过外循环来保证底物和生物体在反应器内的一致分布，曝气使用纯溶解氧以便预处理水体中的脂肪、碳水化合物等杂质，臭氧量固定在0．8 A和100 L/h。实验反应控制在8 h，进水、缺氧、好氧及出水时间控制在不同时间。当反应负荷从1．6 kg COD/(m3·d)提高到3 kg COD/(m3·d)，COD、氨氮和TSS的去除率分别在92%，98%和100%，显示出SBBR工艺在处理高浓度制革废水时，具有良好的耐冲击负荷能力及高效的处理能力。S．Venkata Mohan等利用颗粒活性炭(GAC)［4］作为填料，处理由10个化工厂收集到的混合废水，废水进水水质COD 6 000 mg/L，BOD 2 600 mg/L，硫酸盐1 750 mg/L。反应器采用的高与直径比(H=0．22 m，d=0．07 m)H/d ＞3，实验水力停留时间(HRT)24 h，反应温度在(26±2)℃。初始容积负荷控制在1．7 kg COD/(m3·d)，COD浓度已表现出较高的去除率，达到78%，即使容积负荷达到3．5 kg COD/(m3·d)，5．5 kg COD/(m3·d)时，COD去除率仍然达到49%和39%。提高容积负荷虽然使得COD去除率降低，但整个实验过程没有产生过程抑制，表明GAC作为缓冲剂和填料，对有毒化学物质侵害的降低作用是明显的。2)国内研究现状。国内学者主要集中在工业废水和城市生活污水处理效果等方面。唐维彬等［6］结合 SBBR和曝气生物滤池(BAF)处理猪皮制革废水，SBBR装置有效容积5 L，BAF装置有效容积2．5 L，两装置内置有机玻璃弹性填料。进水COD在200 g/L ～40 000 g/L，TDS在200 mg/L ～46 000 mg/L，pH=4．0 ～12。SBBR单元运行周期控制在12 h，其中曝气10 h，静置1 h，换水1 h，COD去除率在88%～94%，但对氨氮去除率稍低，因此SBBR可作为COD去除的主要单元，有效缓解氨氮去除对微生物的营养竞争。常风民等研究了SBBR处理腈纶生产废水，废水进水水质 COD 600 mg/L～1 300 mg/L，BOD 350 mg/L～450 mg/L，TN 190 mg/L～225 mg/L，NH－4-N 80 mg/L～105 mg/L。在曝气时间3 h，溶解氧 4．5 mg/L ～5．5 mg/L，补充无机碳源碳酸氢钠0．5 mg/L，缺氧停留时间为2 h后的处理效果为:COD处理率为75%，BOD为98%，TOC为70%，NH+4-N为94%，TN为80%，显示出SBBR在处理高浓度腈纶废水的优势。张立秋等［7］利用SBBR系统处理低碳城市污水。在进水TN为25．6 mg/L～32．1 mg/L，COD 为50mg/L～100mg/L，pH值为7．1～7．6，温度为24 ℃ ～29 ℃的条件下，发现曝气量为100 L/h～200 L/h范围内，氨氧化速率随着曝气量的增加而增大;在曝气量为100 L/h～120 L/h条件下能够实现NO－2-N的稳定积累和高效短程硝化，且有较明显的同步硝化反硝化(SND)过程，对TN的去除率在48．1%～60．1%之间。可见SBBR工艺拓展了微生物菌群，满足了低碳城市污水的脱氮需求。

3 机理研究

SBBR工艺在高浓度有机物污染物去除、低浓度C/N比情况下脱氮除磷等方面已经体现出其高效的去除能力，这与其膜填料表面丰富的生物相关系密切。多样的生物相使得微生物在高浓度污染物环境下耐受性增强，从而有效实现了高浓度COD污染物的去除。而在低浓度环境下，虽然有机污染物质缺乏，但由于生物链条长，亚硝化细菌、厌氧氨氧化细菌、硝酸细菌及反硝化细菌等世代时间长的微生物在曝气阶段积极参与氮素转化，实现了硝化反应，将有机氮和氨氮转化为NO－2-N和NO－3-N。而厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌在厌氧、缺氧阶段又会发挥作用，促进反硝化和同步硝化反硝化(SND)反应，将好氧层产生的NO－2-N和转化为此外，厌氧发酵产酸菌、聚磷菌又会协同作用，通过厌氧、好氧两个阶段主动过量吸收污水中的正磷酸盐，以聚合磷酸盐的形式积聚于体内，形成高磷污泥以污泥排放的形式去除磷。

4 结语

作为一种将SBR周期操作和生物膜技术相结合的工艺，SBBR拓展了普通SBR技术和传统生物膜工艺的处理能力。由于独特的微生物环境，使得SBBR在处理高浓度有机物、高负荷氮磷等污染物方面效果显著，SBBR是应用于废水处理最具潜力的污水生物处理技术之一。

［1］Peter A．Wilderer．Technology of membrane biofilm reactors operated under periodically changing process conditions［J］．Wat．Sci．Tech．，1995，31(1):173-183．

［2］王亚宜，李探微，彭永臻．生物膜法非稳态可控制技术在污水处理中的应用［J］．环境污染与防治(网络版)，2005(3):1-7．

［3］C．Di Iaconi，A．Lopez，R Ramadori，et al．Combined chemical and biological degradation of tannery wastewater by a periodic submerged filter(SBBR)［J］．Water research，2002(36):2205-2214．

［4］N．Chandrashekara rao，S．Venkata．Mohan，P．Muralikrishna，et al．Treatment of composite chemical wastewater by aerobic GAC-biofilm sequencing batch reactor(SBGR)［J］．Journal of Hazardous Materials，2005(124):59-67．

［5］李伟光，赵庆良，马 放，等．序批式生物膜反应器处理屠宰废水［J］．中国给水排水，2000，16(10):59-60．

［6］唐维彬，周后珍，谭周亮，等．猪皮制革废水生物处理工艺试验研究［J］．应用与环境生物学报，2010，16(2):285-288．

［7］张立秋，张朝升，张可方，等．SBBR系统短程硝化处理低碳城市污水研究［J］．中国给水排水，2012，28(7):12-17．

［8］姚敬博，李亚峰，王 勋，等．SBBR工艺脱氮除磷理论及影响因素［J］．工业安全与环保，2009，35(8):18-20．