SBR工艺的应用现状与发展趋势探讨

史向荣

（河北环境工程学院 环境科学系，河北 秦皇岛 066100）

SBR 工艺（Sequencing Batch Reactor）也称间歇曝气式活性污泥法或序批式活性污泥法.它是近年来在国内外引起广泛重视，并且研究日趋增多的一种污水生物处理新技术.我国是近年来才开始对SBR污水生物处理工艺进行研究的.经过几年的实际运行实践，证明了其良好的处理效果.

1 SBR工艺的基本流程

SBR工艺去除污染物的机理与传统活性污泥工艺完全一致，只是运行方式不同.

传统活性污泥工艺采用连续运行方式，污水连续进入处理系统并连续直流式排出，在运行过程中系统内每一单元的功能保持不变，污水依次流过各处理单元，从而走完污水净化处理的全过程.

而SBR工艺的处理工序是不连续的，污水通常是间歇式地、周期性地进入反应器.反应器进水后，依时间按顺序进行不同的处理工序或功能状态.

所以，SBR工艺是由按一定时间顺序间歇式操作运行的反应器组成，一个完整的操作过程中，每个间歇反应器在处理污水时的操作过程包括如下5个阶段：①进水期；②反应期；③沉淀期；④排水排泥期；⑤闲置期.

SBR工艺的运行工况以间歇操作为特征.其中自进水、反应、沉淀、排水排泥至闲置期结束为一个运行周期.在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握.

2 SBR工艺的主要性能特点

与传统活性污泥工艺相比，SBR工艺的最显著的区别是：

在空间方面，SBR系统内只有一个反应器（处理单元）.但在时间方面，在不同的时间段上适时地转换功能角色，发挥不同的作用，以便完成不同的任务.空间上的同一个反应器集合了均和、初沉、生物降解、终沉等功能于一体，系统简单，构筑物数量少.

与其它处理工艺相比，SBR工艺使污水处理构筑物大大简化，具有以下特点：

（1）工艺流程简单，节省建设费用，占地比较少：SBR系统除预处理外，只有综合反应池一个处理单元，日常维护管理非常方便.SBR工艺无需配设初级沉淀池，更无需终极沉淀池，系统内构筑物数量少，节省建设费用，占地较少.

（2）运行方式灵活，除磷脱氮效果好，出水水质较好：SBR工艺进水时可曝气，或不曝气而仅进行搅拌；反应阶段也可曝气、搅拌，或两者交替进行，为除磷脱氮创造厌氧、缺氧、好氧的有利环境，满足了除磷脱氮的要求；SBR工艺在时间上为理想的推流式反应过程，反应推动力大，降解速度快，处理效率高；另外，SBR工艺为理想的静止沉淀，固液分离效果好，因此出水水质优于传统的活性污泥法.

（3）操作灵活、运行稳定：SBR工艺在时间上为理想的推流式反应过程，浓度梯度大且缺氧、好氧交替进行，有利于抑制丝状菌的增殖，因此SBR工艺是防止污泥膨胀的好工艺；此外，SBR工艺为间歇非稳态反应，且无初沉池，SVI值较低，污泥沉降性较好，因此运行稳定可靠.

（4）可控性好，易于实现自动化控制操作：尽管SBR工艺控制较复杂，但易于实现自动控制，能根据进水水质和水量情况，灵活改变反应时间（包括好氧、缺氧、厌氧）和泥龄的长短，日常维护管理也非常方便.

（5）缓冲能力强，抗污泥膨胀性能较好：SBR反应池在空间上仍属典型的完全混合式，污水逐渐进入反应池，逐渐反应；且进水一般只占反应池容积的1/3～1/5，有很大的稀释均化作用，能处理有毒或高浓度有机污水，具有很强的抗冲击负荷能力.

所以，SBR工艺具有投资省、占地少、动力消耗低、流程简单、运行管理灵活、自动化程度高、剩余污泥少等诸多优点，尤其适合中小型的污水处理厂.

3 SBR工艺的发展

随着SBR工艺技术的不断发展和在工程应用的增多，SBR工艺也逐步得到了实践的检验，得到了很大发展，形成了SBR系列改进型工艺，例如ICEAS工艺、UNITANK工艺、ASBR工艺、BSBR工艺、CAST工艺等.而其中的CAST工艺是近年来国际社会公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺之一.下面就对其做进一步介绍.

CAST工艺（Cyclic Activated Sludge Technology）是一种循环式活性污泥法，整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程接曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分流过程结合在一个池子中进行.CAST工艺是一种“充水和排水”活性污泥法处理系统，污水按照一定的时限周期和阶段得到处理，是SBR工艺的改进改良型工艺.该工艺的前身为ICEAS工艺.与ICEAS工艺相比，预反应区容积较小，是设计更加优化合理的生物反应器.

CAST工艺由于投资和运行费用低，污水处理性能较强，尤其，优异的脱氧除磷功能而越来越得到认可并重视，目前已广泛应用于除磷脱氮要求较高、土地比较紧缺的地区的城镇污水和各种工业废水处理领域.

CAST工艺的主要优点是：

（1）工艺流程简单，占地面积小，管理简单易行，便于实现自动化控制.

CAST的核心构筑物为综合反应池，不需要配设二沉池及污泥回流设备，一般情况下还可不设调节池及初沉池.因此，污水处理设施布置紧凑、占地面积小、投资低.尤其在整个污水处理系统可以采用全自动控制，减少操作管理人员；主要耗电设备风机采用变频控制，有压力传感器传输信号给变频器，控制风机电机转数，以降低运行费.

（2）生化反应推动力大.

在完全混合式连续流曝气池中，基质浓度等于二沉池出水基质浓度，基质流入曝气池的速率即为基质降解速率.根据生化动力反应学原理，由于曝气池中的有机物基质浓度很低，其生化反应推动力也就很小，反应速率和有机物去除效率都比较低.在理想的推流式曝气池中，污水和回流污泥形成的混合液从池首端进入，呈推流状态沿曝气池流动，直至池末端流出.

对于CAST工艺，从污染物的降解过程来看，当污水以相对较低的水量连续进入CAST池时即被混合液稀释，因此，在空间上CAST工艺属于变体积的完全混合式活性污泥法范畴.作为生化反应推动力的基质浓度，从进水区的最高浓度逐渐降低至出水时的最低浓度，在整个反应过程中，基质浓度没被稀释，此间在曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的返混.而从工艺开始曝气到排水结束整个周期来看，基质浓度由高到低，浓度梯度从高到低，基质利用速率由大到小.因此，CAST工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器，保持了尽可能较大的生化反应推动力.

（3）沉淀效果好.

CAST工艺在其沉淀阶段（沉淀工序段），几乎整个反应器均起沉淀作用.沉淀阶段的池体表面负荷比普通二次沉淀池要小得多，虽然有进水的干扰，但其影响很小，所以沉淀效果较好.

实践证明，冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理某些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CAST工艺的正常运行.实验和工程中曾遇到了SVI高达96%的情况，但只要将沉淀阶段的时间稍作延长，系统运行就可不受影响.

（4）水质水量的变化适应性强，抗冲击负荷性能高.

CAST工艺在设计时已充分考虑到进水水量水质变化的因素，可通过调节运行周期来适应进水水量和进水水质的变化.当进水浓度较高时，也可通过延长曝气时间的方法实现达标排放，达到抗冲击负荷的目的.当进水水量增大时，也能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放.即使在出现暴雨的情况下，可经受平常平均水量达6倍以上高峰水量的冲击，而不需要增设独立的调节池.

经运行资料表明，在水量冲击和有机物负荷冲击超过设计值2—3倍时，处理效果仍然能令人满意.（而传统处理工艺如果设有辅助的流量平衡调节设施，很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失，严重影响排出水的水质.）

（5）脱氮除磷功能较强.

由于设置了生物选择器，能有效地防止了污泥膨胀和大大提高生物除磷效果；同时还能硝化反硝化，取得较好的除磷脱氮效果.

（6）有效防止污泥膨胀，污泥产出量小.

污泥膨胀是活性污泥法运行过程中所遇到的常见问题.发生污泥膨胀时，由于污泥沉降性能变差，活性污泥与处理出水无法在二沉池中进行有效分离，造成污泥流失，使出水水质变差，严重时会使污水处理厂无法正常运行.而控制并消除污泥膨胀，则需要相当长的时间，具有一定的滞后性.因此，选择不易发生污泥膨胀的污水处理工艺是污水处理厂设计中必须考虑的问题.

而丝状菌的异常增殖，是发生污泥膨胀的直接原因.由于丝状菌具有的长丝结构和细丝结构，使其不同于菌胶团细菌的生物性能.长丝结构有利于其在固相上附着生长，并保持一定的细胞密度，不会被微型动物所吞食.细丝结构使其比表面积比菌胶团细菌大，因此，有利于摄取低浓度物.

在一般情况下，在高浓度底物下菌胶团和丝状菌都以较大速度降解底物并增殖，但由于菌胶团细菌的增殖速率比丝状菌的增殖速率大，其增殖量也较大，从而较丝状菌占据优势.此时活性污泥的沉降性能较好，不会出现污泥膨胀.但是，当丝状菌的增殖速率比菌胶团细菌大，丝状菌占据优势时，污泥的沉降性能变差，必然导致污泥膨胀.

而CAST反应池中存在着较大的浓度梯度，而且处于缺氧、好氧状态交替变化之中，这样的环境条件可以选择性地培养菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，从而有效地抑制了丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀，从而提高系统的运行稳定性.

（7）节省投资、节省用地面积，适合分期建设，适用范围广.

CAST工艺可以应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛；连续进水的设计和运行方式，一方面便于与前处理构筑物相匹配，另一方面控制系统比SBR工艺更简单.

在处理水量增加，超过设计水量不能满足处理要求时，可以把同样的CAST系统综合反应池单元模式进行复制式的扩建.因此CAST工艺污水处理厂的建设可随污水量规模的发展而分步建设，它的分期建造和后期扩建均较传统活性污泥法简单方便得多.

（8）CAST工艺非常适合我国北方城镇污水处理厂的建设.我国北方地区冬季寒冷干旱，在旱季CAST系统可以采用4h循环周期.此外，还可以调整循环中各个阶段的时间分配以适应此时的水力和有机负荷；CAST工艺可以供氧方式采用鼓风曝气，污泥处理采用加药带式污泥浓缩脱水，能有效减小低温给生物处理和污泥浓缩带来的影响，确保冬季出水达标.

结语

当然，相对于传统活性污泥法，SBR工艺尚处于发展、完善阶段，在基础研究和工程设计等方面的研究工作刚刚起步，缺乏科学的设计依据和方法以及成熟的运行管理经验，另外，SBR自身的特点也更加深了解决问题的难度.

但是，SBR工艺是一种理想的间歇式活性污泥处理工艺，它具有的工艺优点是其它工艺所不具备的，随着我国经济社会的不断发展及研究的不断深入，在不久的将来SBR工艺及在其基础上开发的ICEAS和CAST等工艺在工业废水和生活污水的净化处理中的应用将必然会出现重大的突破.